Мультиспектральная система обнаружения дыма
В конце 2021 года в России стартовали продажи уникального оптико-электронного комплекса для обнаружения дыма на расстоянии до 60 километров. По своим характеристикам комплекс IQ FireWatch уникален не только для России, но и для всего мира. Система раннего обнаружения лесных пожаров разработана немецкой компанией IQ wireless GmbH в 2000 году и на протяжении последних 20 лет постоянно совершенствовалась. На сегодняшний день комплекс IQ FireWatch — это сочетание современных мультиспектральных оптических датчиков с инновационной системой алгоритмов поиска дыма, основанных на искусственном интеллекте (ИИ).
Комплекс предупреждения лесных пожаров в радиусе до 60 кмПреимущества мультиспектрального оптического блока IQ FireWatch
Дым — первый видимый признак любого возгорания. Именно этот признак доступен нам при наблюдениях за обширными территориями, т.к. сам очаг возгорания скрыт за кроной деревьев. Для обеспечения максимальной дальности наблюдения необходима прозрачная атмосфера.
Однако, идеальные условия встречаются редко. Уровень прозрачности атмосферы сильно зависит от воздействия различных природных факторов: температуры, времени суток, влажности воздуха, осадков, скорости и направления ветра и других факторов.
Тепловизор ближнего ИК спектра и сверхчувствительная дневная камера
Туман и осадки представляют большую проблему для дневных камер и тепловизоров. При таких условиях видимость дневной камеры может упасть до нескольких десятков метров независимо от мощности объектива. Тепловизор среднего или дальнего ИК спектра также будет ограничен по дальности наблюдения, т.к. влажный воздух и осадки активно поглощают излучение в этом диапазоне.
В комплексе IQ FireWatch используется тепловизор ближнего ИК спектра (NIR), что даёт ему значительные преимущества прозрачности атмосферы при данных условиях наблюдения. Такой тепловизор практически не замечает тумана и осадков, а наличие дополнительной сверхчувствительной дневной камеры усиливает эффект прозрачности атмосферы. При этом важно отметить, что тепловизор NIR в составе IQ FireWatch по-прежнему ищет очертания дыма, а не сам очаг пожара, который скрыт за листвой деревьев.
В условиях тёмного времени суток обычные дневные камеры ничего не видят без активной подсветки, дающей максимальную видимость до 100 м. Конечно, можно использовать мощные направленные прожекторы освещения, но даже при их помощи максимальная видимость дневной камеры не превысит 1 км.
Датчики с различными спектральными диапазонами
Использование в составе комплекса IQ FireWatch нескольких датчиков (камер) в различных спектральных диапазонах позволяет решить эту проблему. Работая одновременно, датчики формируют суммарно чёткое изображение объекта, имея преимущество прозрачности в одном из спектральных диапазонов. Наличие тепловизора и сверхчувствительной камеры в составе комплекса позволяет быть ему эффективным даже в полной темноте.
За счёт мультиспектральности IQ FireWatch компенсирует ухудшение постоянно изменяющейся атмосферы. Именно это и позволяет комплексу вести наблюдение на расстоянии до 60 км.
В каждом конкретном случае итоговая дальность действия одного комплекса будет зависеть от рельефа местности и высоты установки оптического блока над землёй.
Преимущества использования искусственного интеллекта при обработке изображений в комплексе IQ FireWatch
Достижение больших успехов в области машинного обучения и искусственного интеллекта позволило на порядки увеличить производительность процессов, связанных с обработкой большого массива данных. В случае с обнаружением очагов природных пожаров, речь идёт об обработке и анализе большого количества изображений в единицу времени.
Разработчикам комплекса удалось реализовать уникальный алгоритм обработки изображений, позволяющий распознавать очертания дыма на изображениях при любой погоде и независимо от времени суток. В поисках лучшей картинки, искусственный интеллект комплекса анализирует до 6 различных кадров с 4 каналов:
- 1 кадр с монохромной сверхчувствительной дневной камеры;
- 1 кадр с тепловизора NIR диапазона;
- 1 кадр — с обычного тепловизора (опционально);
- 3 кадра с RGB дневной камеры.
Все камеры комплекса работают с частотой 50 кадров в секунду, таким образом, искусственный интеллект комплекса суммарно обрабатывает до 300 кадров в секунду в поисках дыма!
Такое решение позволяет автоматически, в режиме 24/7 решать задачу мониторинга пожаров на территории ~1 000 000 га, в любую погоду, днём и ночью!
Сравнение классических систем наблюдения с IQ FireWatchТехнические особенности комплекса IQ FireWatch
Характеристики датчиков
Опорно-поворотное устройство
- Вращение горизонт/вертикаль: 360° непрерывно / –90° ... +45°
- Точность позиционирования: ±0.02°
- Потребляемая мощность: 24 В, 20 Вт (без обогрева), 200 Вт (с обогревом)
- Интерфейс управления: Ethernet
- Температура эксплуатации: –50°C ... +55°C
- Допустимая скорость ветра: 52 м/с
- Класс защиты: IP66
Передача данных
Для функционирования системы необходимо обеспечить скорость передачи данных не менее 1 Гб/с на участке от ОПУ до БПС и не менее 1 Мб/с на участке от БПС до АРМ. Мы рекомендуем использовать оптоволокно на участке от ОПУ до БПС для обеспечения надежного высокоскоростного соединения.
Мировой опыт использования IQ FireWatch
Около 350 систем IQ FireWatch работают по всему миру. Комплексы IQ FireWatch охраняют территории от пожаров в Германии, Испании, Португалии, США и ещё 8 странах. IQ FireWatch день за днём защищает более 6 миллионов гектаров земли на четырёх континентах по всему миру. Будь то холмистые или равнинные леса, промышленные объекты или жилые кварталы, окруженные лесами, система IQ FireWatch может использоваться в самых разных местных условиях, о чем свидетельствуют следующие примеры.
1. Национальный парк Бранденбурга. Германия.IQ FireWatch впервые установлена в конце 1990-х годов в Бранденбургском лесу. Система продолжает совершенствоваться и адаптироваться к различным условиям окружающей среды. В недавнем прошлом в Германии осматривал леса специально обученный персонал со смотровых вышек. Сегодня FireWatch взяла на себя эту задачу и контролирует площадь около 700 км² на одну систему. То, что раньше делали 10 человек на пожарных вышках, теперь делает один человек в центре управления.
Почти 100% лесных участков в Германии, находящихся под угрозой исчезновения, находятся под наблюдением FireWatch. Около 180 систем работают в Бранденбурге, Мекленбурге-Передней Померании, Саксонии, Саксонии-Ангальт и Нижней Саксонии.
2. Дворец Пена и культурный ландшафт Синтры в Португалии.Португальский курортный город Синтра защищает свой культурный ландшафт с помощью системы раннего обнаружения лесных пожаров IQ FireWatch. Синтра — популярное туристическое место, не в последнюю очередь благодаря живописному природному парку и дворцам, некоторым из которых несколько сотен лет. В результате в 1995 году он был классифицирован как объект Всемирного наследия ЮНЕСКО. Поэтому опасность лесных пожаров для этого района очень серьёзна. По этой причине на территории Национального дворца Пена уже много лет установлена система раннего обнаружения лесных пожаров — IQ FireWatch. Комплекс помогает обнаружить лесные пожары вокруг Национального дворца Пена на самой ранней стадии.
В январе 2019 года система мониторинга была модернизирована и оснащена тремя промышленными камерами от Baumer. Сочетание монохромной и цветной камеры, а также камеры с особо высокой чувствительностью в ближнем ик-спектре (NIR) обеспечивает радиус наблюдения не менее 15 километров, а при хороших погодных условиях до 60 километров.
3. IQ FireWatch в Чили помогает предотвращать лесные пожары.В январе 2017 года лесные пожары в южных и центральных районах Чили бушевали более двух недель. В пламени погибли 11 человек. Чтобы усилить превентивные меры во избежание подобного в будущем, чилийский партнер IQ Wireless, компания BZ Forest, установила первую систему обнаружения пожаров FireWatch, включающую метеостанцию Lufft, которая передаёт данные об окружающей среде на онлайн-платформу Weather Underground.
Weather Underground — это глобальное сообщество, объединяющее гиперлокальные данные с экологических датчиков, таких как метеостанции и мониторы качества воздуха. Пользователи могут свободно использовать их для создания прогнозов, предупреждений или для других целей. В будущем эти данные будут использоваться в основном для прогнозирования распространения лесных пожаров.
На изображении №3 показан случай обнаружения возгорания в начале февраля 2021 года, когда система IQ FireWatch обнаружила лесной пожар на большом расстоянии в горной местности в южной части Чили.
4. Пожар в Калифорнии в 2020 году на виноградниках плантации Napa.Пик Атлас в долине Напа, Калифорния. Это один из самых известных винодельческих регионов мира. Пожар в Калифорнии 2020 года, прокатившийся по виноградным плантациям Napa был обнаружен ночью 27 сентября двумя датчиками FireWatch. Это был самый разрушительный пожар в истории округа. В округе Напа он сжег 16 450 гектаров и уничтожил, по оценкам экспертов, 1 022 строения. Камеры системы IQ FireWatch находятся на полигоне Кловер Флэт и на Даймонд Маунтин. Они были пилотным или тестовым оборудованием для планируемой системы раннего оповещения о лесных пожарах округа Напа, которая ещё только формировалась, система оповещения не была настроена и не передавала информацию в режиме реального времени. Но датчики смогли зафиксировать только что зародившийся вдалеке пожар. На фотографии №4 показаны изображения с ночного датчика вскоре после обнаружения пожара, а также его масштабы спустя некоторое время.
Проект противопожарной защиты в округе Напа предусматривает установку и настройку трёх систем IQ FireWatch, а затем будет расширен до 11, которые обеспечат сеть раннего оповещения о пожарах, охватывающую 90% территории округа.
5. IQ FireWatch Plus теперь работает в Уистлере, Британская Колумбия, Канада.Пожарная спасательная служба Уистлера приобрела два датчика IQ FireWatch Plus. Камеры расположены на станции Whistler Transfer и в Crystal Hut на горе Блэккомб. До появления новой технологии пожарная служба полагалась на звонки населения и помощь авиации, так по-старинке узнавали о новых пожарах.
FireWatch Plus была установлена после катастрофических последствий лесных пожаров по всей Северной Америке и в других частях света. Это новое, 7 поколение систем раннего обнаружения лесных пожаров включает в себя 3 различных блока научных оптических камер, которые работают вместе и покрывают спектральный диапазон 400-1100 нм. Человеческий глаз и цветные камеры видят только видимый спектр в диапазоне 400-680 нм.
Принцип работы системы раннего обнаружения пожаров
Справиться с негативными факторами, влияющими на прозрачность атмосферы, может только мультиспектральная оптическая система, которая способна вести наблюдение в различных спектральных диапазонах одновременно. В этом случае, насколько бы «плохой» ни была атмосфера, комплекс увидит дым в одной или нескольких из своих камер. Далее за работу берется ИИ, выбирая лучшее из полученных изображений.
Лесные пожары в России
Лесные пожары в России в 2021 году: площадь пожаров в Сибири оказалась больше, чем все природные пожары в мире, вместе взятые!
Более 18 миллионов гектаров леса пострадало в России в 2021 году от лесных пожаров. В Минприроде подсчитали, что экономический ущерб от лесных пожаров в России в 2021 году составил 10,6 млрд рублей. 2021-й стал лидером по площади лесных пожаров. До этого самым «горящим» годом был 2012-й — тогда огонь охватил 18,11 млн га. В некоторых районах России из-за рисков для безопасности людей вводили режим ЧС.
В России ежегодно выгорают миллионы гектаров - это площадь, сопоставимая со средней по величине европейской страной, Италией или Германией. Большинство пожаров возникают из-за человеческого фактора. Горят не только леса, но и степи, сельхозугодья, осушенные торфяники.
Вот некоторые данные по итогу 2021 г., связанные с лесными пожарами в нашей стране:
Раньше катастрофические пожары площадью более 10 млн га случались примерно один раз в пять лет. Последние четыре года площадь лесных пожаров ежегодно не падает ниже 15 000 000 га.
- 18,16 га — общая площадь лесных пожаров в 2021 году.
- Село Бяс-Кюель Горного улуса в Якутии. 250 пожаров на территории площадью 5720 км2.
- В Красноярском крае дым от пожаров накрыл почти 400 населенных пунктов.
- 16 июня 2021 года в Костромской области введен особый противопожарный режим.
Посёлок городского типа Кыcыл-Сыр в Вилюйском улусе Якутии. 29 июля в Якутии пожар охватил 3 000 000 га леса,
задымление наблюдалось в 100 населенных пунктах.
В селе Бяс-Кюель Горного улуса в Якутии обесточены все газовые сети.
250 пожаров на территории площадью 5720 квадратных километров.
В Красноярском крае дым от пожаров накрыл почти 400 населенных пунктов, из-за этого задерживались рейсы в северные поселки,
а также несколько рейсов в аэропорту Красноярска. В Якутии ущерб от пожаров оценили в 1 млрд руб.
16 июня 2021 г. Костромская область. Распоряжением губернатора Сергея Ситникова на всей территории области введен особый
противопожарный режим. Сформирована группировка сил и средств в количестве 1187 человек и 2979 единиц техники и оборудования.
Из них лесопожарные формирования – 249 человек, 131 единица техники, более 600 единиц оборудования.
Всего с 2000 года пожарами было уничтожено более 205 000 000 гектар леса!
Лесные пожары — это решаемая проблема. Внедрение автоматизированной системы раннего предупреждения пожаров IQ FireWatch позволит не только спасти жизни людей, дома и наши леса, но и имущество предприятий. FireWatch превосходит любой традиционный метод или технологию раннего обнаружения лесных пожаров, включая людей с брандспойты, видеонаблюдение, спектроскопию, спутник и тепловое инфракрасное излучение.
