Слышу цель: дрон найдет потерявшихся в лесу людей по крику
Российские математики разрабатывают новый метод поиска потерявшихся в лесу людей. Задачу по обнаружению человека в массиве с густой листвой они возложили на группу дронов, каждому из которых прямо в воздухе можно менять полетное задание. Вместо визуальных и тепловизуальных средств наблюдения беспилотники оснащены акустической системой, анализ звукового сигнала ведется в реальном времени по характерным для человеческого голоса маркерам. При этом все лишнее — шум пропеллеров, ветра, воды — отсекается. Летные испытания системы планируются весной.
Минус видео и тепловизор
Звук, а не видео как средство обнаружения потерявшегося в лесу человека лег в основу разработки принципиально новой системы поиска потерявшихся людей. Ее авторами стали ученые Центра математической робототехники и искусственного интеллекта Санкт-Петербургского государственного университета. Работа над изобретением ведется совместно со спасателями.
Попытки включить беспилотники в работу по поиску потерявшихся людей, как правило, связаны с установкой на аппарат видеокамеры или тепловизора. Однако результативность таких новаций не очень впечатляет.
— Мы отказались от видеокамеры и тепловизора, потому что они не работают, это многократно проверено. Если между дроном и человеком оказываются листья и ветки, его не видно, — пояснил «Известиям» директор научно-образовательного центра «Математическая робототехника и искусственный интеллект» Санкт-Петербургского государственного университета Константин Амелин.
По его словам, есть и другие причины выбора в пользу звука. В частности, видеопоток тяжелее по объему данных и сложнее в обработке. Кроме того, при осуществлении видеосъемки с коптера требуются специальные разрешения, и их получение ведет к большим потерям времени. В случае работы со звуком таких препятствий нет.
От сирены к голосу
В первой версии разработки на дрон установили акустическую систему, усилители и подобрали звук сирены так, чтобы он давал максимальный охват территории при минимальном расходе питания. Беспилотник с сиреной помогает в том случае, если потерявшийся может позвонить, но не может определить свое местоположение, назвать спасателям какие-либо приметы места, где он находится.
Специалисты, находясь на связи, запускают дрон с сиреной, и человек сообщает, слышит ли он звук, усиливается ли он или гаснет. Беспилотник можно остановить в воздухе и покрутить вокруг своей оси, чтобы определить местонахождение потерявшегося еще точнее. Когда оно установлено, туда выходят специалисты.
— Мы пробовали сирены пожарных и скорой помощи, звук часов Кремля, метроном. Звук колокола отпал из-за того, что высокие вибрации быстро гаснут, а низкие не воспринимает динамик, — рассказал Константин Амелин.
В итоге разработчики остановились на очень громком звуке, который в помещении невозможно прослушать, не прикрывая рукой динамик. А на местности он распространяется на расстояние в 35 м при высоте полета дрона в 50 м. Но часто бывает, что человека начинают искать, когда он не выходит на связь. Если в телефоне села батарейка, то остается полагаться лишь на собственный голос.
Сейчас основные усилия разработчиков направлены на поиск наилучших способов выделять из общего звукового фона параметры, характерные для голоса человека. На дисплее компьютера они видны в виде своеобразных столбиков. Ученые центра разрабатывают программное обеспечение, которое позволяет разделять типы звуков, искать нужный им элемент, обрабатывать данные. Также они занимаются настройкой динамика, чтобы он мог собирать как можно более широкий спектр, и пробуют использовать в его конструкции и составе микрофона графеновые пленки, которые уже хорошо зарекомендовали себя в акустике. Параллельно специалисты работают с аэродинамикой коптера, чтобы уменьшить шум его винтов, планируют установить на него новые типы процессоров для обработки сигнала с максимальной скоростью.
Работы по созданию поискового дрона нового типа ученые ведут уже около трех лет. Они начинали с корпуса собственной разработки с диаметром лучей (так обозначают расстояние от одного двигателя до другого. — «Известия») 680 мм, но поняли, что дрон великоват, и поместили электронику собственной разработки в корпус стандартного квадрокоптера Maviс, сократив диаметр лучей до 330 мм. Затем ученые провели испытания с сиреной в Подмосковье и Ленинградской области.
Перепрошивка в воздухе
Сейчас обрабатывающее сигнал устройство находится у оператора. Установив его на борт, ученые обеспечат более полный охват звукового спектра, так как для передачи с коптера на пульт управления акустический сигнал конвертируют в радиосигнал. Если конвертировать необработанный сигнал, возможна потеря каких-то элементов информации. Чтобы сократить их, ученые решили уйти от цифрового сигнала и использовать аналоговый. Испытания новой версии прототипа поискового дрона со всеми новациями запланировано на весну.
Проект предполагает одновременное использование в поисковой операции не одного, а целой группы дронов. Они распределятся по территории и могут вести поиск каждый на своем участке примерно в 5 кв. км. Это существенно увеличит скорость поиска. Групповая работа беспилотников — самый наукоемкий элемент проекта.
— Дроны автоматически делят между собой область поиска и свои ресурсы, — отметил доктор физико-математических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета Олег Граничин. — Мы научились решать вопрос перепрошивки программы одного дорона-робота другим и планируем использовать эти алгоритмы в этом проекте.
Такой маневр будет очень кстати в том случае, если группу беспилотников сносит ветром. Возможность перепрошивки программы в воздухе без потери управляемости обеспечивается за счет трехуровневой системы. За поддержание дрона в воздухе в режиме автопилота отвечает один уровень управления, за полетное задание — другой, а за групповую работу — третий.
— Технология при должной техподготовке должна дать хороший результат, — сказал в беседе с «Известиями» заместитель генерального директора компании «Геоскан» Андрей Грудев. — Она может быть пригодна для применения при условии разработки достаточно чувствительных микрофонов, которые не будут заглушаться звуками пропеллеров, и высокого качества искусственного интеллекта, который научат выделять голоса людей на фоне гудков машин, которые проезжают внизу, голосов птиц и животных.
Вместе с тем Андрей Грудев оспорил утверждение разработчиков о непригодности фото-, видео- и тепловизионной техники для поиска потерявшихся людей. Он напомнил итоги состоявшегося две недели назад конкурса «Экстренный вызов», победитель которого показал близкую к 100% точность распознавания людей средствами фото-, видео- и тепловизионной фиксации с обработкой с помощью искусственного интеллекта.
