CC BY
70
Советов, С.А. Яковлев - М.: Высш. шк., 1998. - 319 с.
4. Дегтярев Ю.И. Методы оптимизации: Учеб. пособие для вузов [Текст] / Ю.И. Дегтярев. - М.: Сов. радио, 1980. - 272 с.
ОПТИЧЕСКОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ ДЫМА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ КООРДИНАТ ЛЕСНОГО ПОЖАРА С БПЛА
Н.С. Шимон, начальник отдела, к.т.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж,
А.О. Яшкин, Л.А. Яшкина,
Главное управление МЧС по Брянской области, г. Брянск
Одной из сфер применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является авиамониторинг лесов и разведка лесных пожаров [1, 2]. Однако разведка обычно ведется визуальным методом: изображение передается на пульт управления или ноутбук оператора БПЛА, и оператор визуально оценивает наличие пожара, его местоположение, характер и интенсивность пожара.
Одной из проблем является точное определение координат лесного пожара, чтобы сопоставить координаты пожара с картой лесных дорог и выбрать кратчайший маршрут движения сил и средств для ликвидации пожара [3, 4]. В лесной местности наблюдатель, находящийся на земной поверхности, практически не имеет возможности точно определить направление на пожар, из-за крон деревьев и перепадов высот рельефа местности (могут составлять десятки метров). В то же время БПЛА или другие авиационные средства позволяют подняться на 100 ... 1000 м и с высоты сделать фотографии местности (рис. 1, а). При таком определении координат зоны активного горения нет препятствий в виде крон деревьев или перепадов высот рельефа местности, а дальность видимости пожара достигает 10 ... 100 км.
Рис. 1. Определение направления на зону активного горения лесного пожара: а - фотография с высоты около 100 м; б - оптическое распознавание направления на пожар по наиболее светлым областям; в - оптическое распознавание направления на пожар по наиболее серым областям
в
Современные БПЛА оснащены ГЛОНАСС или GPS-приемником, позволяющим с высокой точностью определять координаты БПЛА. Поэтому появляется возможность расчета с высокой точностью координат зоны активного горения по двум или более последовательным фотоизображениям с БПЛА, полученным в различных точках траектории его полета (рис. 2). Цель данной работы заключалась в разработке математических основ оптического распознавания лесного пожара и определения его координат по последовательным фотографиям с БПЛА.
лесной массив
УО, Ф1
Рис. 2. Определение координат хр, ур зоны активного горения лесного пожара по двум фотографиям с БПЛА, полученным в двух последовательных точках траектории
(Х1, У1) и (Х2, У2)
В принятых на рисунке 2 обозначениях координаты зоны активного горения (хр, ур) определяются по формулам
р
Ур = У +
У2 - У + - .
tgPl - ^2 '
^2 - У1 + - х2^2 Л
V
У
где (х1, у1) и (х1, у1) - координаты БПЛА при съемке двух фотографий; ф1 и
ф2 - углы между направлением на пожар и осью х (направлением географической параллели).
Наиболее сложной является задача программного определения направления на зону активного горения по фотографии. Один из наиболее эффективных методов оптического распознавания дыма лесных пожаров заключаются в выделении светлых областей (белый или серый дым) на темном фоне (темно-зеленые кроны деревьев). На рисунке 1, б изображены наиболее светлые области фотографии, для которых яркость превышает заданный уровень. Предварительно по фотографии определяется уровень горизонта, и затем направление на зону активного горения определяется вычислением координат центра тяжести изображения, находящегося ниже уровня горизонта (вертикальная линия на рисунке 1, б, в).
Другой эффективный метод оптического распознавания заключается в цветовом выделении дыма. Цвет дыма от пожаров, как правило, представляет собой оттенки серого цвета (от белого до черного цвета). На фотографии серый дым хорошо отделяется от зеленого цвета леса и голубого цвета неба. На рисунке 1, в, изображены серые области фотографии и определен центр тяжести серого цвета (ниже уровня горизонта и выше уровня темных областей). Результаты определения направления на пожар обоими методами практически совпадают.
Таким образом, разработан математический аппарат для оптического распознавания области активного горения на фотографии с БПЛА и для определения координат лесного пожара по двум последовательным фотографиям с БПЛА.
Список использованной литературы
1. Арцебашев Е.С. Применение аэрологических методов в охране лесов от пожаров [Текст] / Е.С. Арцебашев. - М. Наука. 1984. - 15 с.
2. Валендик Э.Н. Мониторинг лесных пожаров [Текст] / Э.Н. Валендик, А.И. Сухинин, Е.К. Кисиляхов, Б.А. Хребтов // Исследование лесов аэрокосмическими методами. - М.: Наука, 1987. - С. 118-135.
3. Воробьев Ю.Л., Лесные пожары на территории России: Состояние и проблемы [Текст] / Ю.Л. Воробьев, В.А. Акимов, Ю.И. Соколов. - М.: ДЭКС-ПРЕСС, 2004. - 312 с.
4. Ходаков В.Е., Лесные пожары: методы исследования [Текст] / В.Е. Ходаков, М.В. Жарикова. - Херсон: Гринь, 2011. - 470 с.
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ТРАЕКТОРИИ ПОЛЕТА БПЛА
