Системы видеоконтроля за безопасным производством работ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

-------------------------------- © Н.С. Г руничев, Ю.А. Мельников,

С.А. Аксенов, Н.А. Архипов,

2011

Н.С. Груничев, Ю.А. Мельников, С.А. Аксенов,

Н.А. Архипов

СИСТЕМЫ ВИДЕОКОНТРОЛЯ ЗА БЕЗОПАСНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ РАБОТ

Представлена характеристика и даны рекомендации по разработке систем видеонаблюдения для контроля за безопасностью труда на производстве. Ключевые слова: системы видеоконтроля, видеокамеры, безопасное производство работ.

Лрименение системы оперативного видеоконтроля (СОВ) за безопасным производством работ позволяет получить достоверную информацию о соблюдении требований безопасности и разрабатывать мероприятия по предупреждению производственного травматизма.

Наибольшую трудность в инженерном отношении представляют системы видеоконтроля с использованием видеокамер, установленных на движущемся объекте (автомобили, локомотивы на железнодорожном транспорте и др.).

При таком способе видеосъемки необходимо решать следующие задачи:

1. выбор типа, количества и места расположения видеокамер;

2. определение координат места съемки на местности;

3. создание программного продукта для просмотра, обработки, анализа и хранения получаемой видеоинформации, включая составление программы.

1. Видеосъемка движущихся объектов должна производиться видеокамерами с высокой разрешающей способностью

[1], что позволит получить качественную картинку как близко расположенных так и удаленных объектов. Если говорить о цифровой аппаратуре, то целесообразно использовать высокоскоростные видеокамеры с разрешением 1280 х 960 пикселей. Применение подобных видеокамер позволяет обеспечить качество записи при относительно небольших финансовых затратах

[1]. Количество и места расположения камер зависят от площади «охвата» снимаемых площадей.

Характерными примерами систем видеосъемки, используемых на железнодорожном транспорте, являются система из камер наблюдения, проходящая испытания на Забайкальской железной дороге [3] и мобильный топографический комплекс МТК, апробированный институтом «Иркутскжелдорпроект» [4].

На Забайкальской железной дороге камеры видеонаблюдения устанавливаются в кабинах транспортных средств и используются для записи обстановки в кабине и на пути перед локомотивом [3]. Для записи используются видеокамеры с высоким разрешением. Камера устанавливается в кабине локомотива. Запись ведется на флеш-карту. Управление работой видеокамеры производится локомотивной бригадой. По завершении поездки машинисты сдают в депо видеозапись выполненного маршрута. Обработка данных поездки, включая оценку дорожной обстановки перед локомотивом, осуществляется работниками депо на специализированных рабочих местах.

В мобильном топографическом комплексе МТК [4]. видеосъемка организована 4 видеокамерами с записью дорожной обстановки и проведением геодезических измерений. Видеокамеры устанавливаются на кабине транспортного средства (локомотив, автомобиль) и позволяют получать видеоматериалы местности в поперечном и продольном направлениях во время движении транспортного средства. По данным института «Иркутскжелдорпроект» указанная система видеосъемки хорошо зарекомендовала себя при предпроектном обследовании различных территорий и объектов.

Перспективным способом определения места видеосъемки при движении транспортных средств является его привязка на местности с помощью глобальных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS.

Данные о местонахождении передвигающегося транспортного средства через спутники ГЛОНАСС/GPS непрерывно поступают в системы видеосъемки, а затем обрабатываются с использованием программного продукта. В системе ГЛОНАСС точность абсолютного определения местоположения составляет примерно 10-15 м

[2].

На локомотивах использование спутниковой системой ГЛО-НАСС/GPS осуществляется в устройствах КЛУБ. Данные о движении локомотивов (местонахождения локомотива, скорость пере-

движения, координатные отметки положения локомотива на местности и т. д.) переписываются с устройства КЛУБ и хранятся в локомотивных депо.

При разработке систем оперативного видеонаблюдения (СОВ) за производством работ на железнодорожных путях возможно получение информации о координатах места съемки напрямую с помощью спутников ГЛОНАСС/GPS [5], а также из данных устройства КЛУБ. Однако, необходимость получения исходных материалов от устройств КЛУБ создает определенные неудобства в работе операторов систем видеосъемки, в части необходимость обращения в места хранения информации и дополнительной профессиональной подготовке по расшифровке полученных данных. Другими сдерживающим фактором является то, что устройствами КЛУБ на ВСЖД комплектуются лишь 10% всех локомотивов. Большая же часть из них оснащена устройствами САУТ, которые не имеют связи со спутниковой системой ГЛОНАСС/GPS.

3. Программное обеспечение СОВ состоит из прикладного приложения и базы данных, которые позволяют обрабатывать видеоинформацию и формировать отчетную документацию по результатам поездки.

Средства обработки видеоизображения осуществляют его запись и хранение. С помощью данных, полученных от GPS-приемника, имеется возможность каждому кадру видеозаписи определить координату, что существенно упрощает дальнейшую работу с видеоинформацией. Например, в случае регистрации нарушения, имеется возможность автоматически фиксировать место нарушения.

Так как объем записываемого видео при длительных поездках велик, то для уменьшения объема хранимых данных предусмотрены средства редактирования, позволяющие из общего объема видеозаписей выделять только необходимые для работы моменты.

В случае наличия нарушений, выявленных и зафиксированных системой оперативного видеоконтроля, приложение имеет средства для создания различного рода отчетной документации. Имеющаяся в составе комплекса база данных позволяет автоматизировать процесс работы с созданными документами.

Программное обеспечение

Прикладное приложение

0

Обработка видеоизображения Формирование отчетной документации

0

База данных

Программное обеспечение системы видеоконтроля за безопасным производством работ

Анализ существующих систем видеосъемки показывает следующее:

1. Система видеосъемки, используемая на Забайкальской железной дороге, предназначена для оценки и оптимизации работы локомотивных бригад на основе изучения дорожной обстановки. Система должна работать во взаимодействии с устройствами САУТ и КЛУБ. Она не предусматривает фиксацию и оперативный анализ видеоматериалов во время съемки. В ней нет программного обеспечения, позволяющего обрабатывать отдельные фрагменты видеозаписи без предварительного их просмотра.

Поэтому компоновка системы видеонаблюдения Забайкальской железной дороге из описанных выше составных частей не может быть использована в неизменном виде в качестве основы системы оперативного видеоконтроля за безопасным производством работ на железнодорожных путях.

2. Комплекс МТК, используемый институтом «Иркутскжел-дорпроект» обеспечивает синхронную видеосъемку и лазерное определение геометрических координат с географической привязкой к местности.

Использование лазерной системы в комплексе при определении геометрических координат позволяет получить большую точ-

ность (до нескольких сантиметров), но требует немалых затрат времени, средств, а потому оправдано при топографическом обследовании, где требуется высокая точность топографических данных.

В нашем случае речь идет лишь об определении местонахождения локомотива и расстояний до интересующих объектов с погрешностью до 30 м, а потому использование лазеров нецелесообразно. Точность измерений с помощью системы ГЛОНАСС/GPS (10-15 м, а по некоторым данным - до 30м) приемлема для решения поставленной задачи.

3. Применительно к разрабатываемой системе оперативного видеоконтроля за безопасным производством работ на железнодорожных путях получение пространственных координат непосредственно через систему ГЛОНАСС/GPS для последующей программной обработки представляется более предпочтительным. Это сведет к минимуму затраты времени на получение и программную обработку спутниковой информации. Данные о местонахождении локомотивов, оснащенных устройством САУТ, будут подтверждением спутниковых данных разрабатываемой системы видеосъемки и будут востребованы в случае их отказов в работе или получения некорректных спутниковых данных от системы ГЛОНАСС/GPS.

На основании изложенного выше следует, что основными элементами системы оперативного видеоконтроля за производством работ на железнодорожных путях (СОВ), разрабатываемой в настоящее время ИрГУПС должны быть (рис. 2):

• Высокоскоростная видеокамера с разрешением 1280 х 960 пикселей;

• GPS-приемник для обеспечения связи СОВ с глобальными спутниковыми навигационных системами ГЛОНАСС/GPS;

• Программный комплекс, включающий в себя средства, первичной обработки данных, полученных с видеокамер, и модули для формирования различного рода отчетных документов;

• Ноутбук. При выборе ноутбука необходимо руководствоваться следующим:

- для передачи потока данных от видеокамеры к ноутбуку, требуется, чтобы интрефейс на выходе видеокамеры совпадал с интерфейсом на входе ноутбука. Например можно использовать контроллер IEEE-1394 или любой другой, поддерживающий спецификацию OCHI (Open Host Controller Interface). Следование этому

правилу позволит менять видеокамеру на любую другую и при этом не потребуется вносить какие-либо изменения в разработанное программное обеспечение;

- особое внимание необходимо уделить оперативной памяти и производительности процессора. Алгоритмы работы с видео (например сжатие или захват видео) требуют больших вычислительных ресурсов и, в общем случае, не предполагают использование многоядерных процессоров. В связи с отсутствием на современном рынке ноутбуков, оборудованных одноядерными процессорами с высокой тактовой частотой работы, целесообразно использовать ноутбук, оборудованный многоядерным процессором с максимально возможной тактовой частотой. Поскольку при обработке видеопотока требуется большой объем оперативной памяти, то целесообразно использовать ноутбук с объемом оперативной памяти не менее 1 Гб;

- к видеокарте ноутбука особых требований нет, поскольку любая современная видеокарта способна выполнить все операции по воспроизведению видеопотока любого формата.

- к жесткому диску также особых требований нет. Однако не стоит забывать, что хранение многочасовых записей требует довольно большого количества свободного места. Для задач по видеосъемке в системе СОВ потребуется жесткий диск с объемом 300-400 Гб.

Все выше сказанное учтено при разработке общей схемы системы оперативного видеоконтроля (СОВ) за безопасным производством работ на железнодорожных путях.

На основании изложенного следует

1. Существующие на производстве системы видеонаблюдения за движущимися объектами не могут быть использованы в неизменном виде при создании системы оперативного видеоконтроля (СОВ) за безопасным производством работ на железнодорожных путях

2. Система оперативного видеконтроля за безопасностью работ на путях должна:

• обеспечивать непрерывную видеосъемку с фиксацией отдельных фрагментов видеозаписи;

• иметь постоянную связь со спутниковой системой ГЛО-НАСС/GPS для получения местоположения локомотива и трассы его движения;

Рис. 2. Общая схема системы оперативного видеоконтроля (СОВ) за безопасным производством работ на железнодорожных путях:

1 - система ГЛОНАСС/GPS; 2 - GPS-приемник; 3 - высокоскоростная видеокамера; 4 - ноутбук с программным обеспечением

• производить программную обработку полученной видеоинформации, включая просмотр и обработку отдельных фрагментов видеозаписи;

• формировать отчетную документацию по результатам поездки и хранить полученную информацию в базе данных системы СОВ.

• определять расстояние до различных объектов видеосъемки и получать видеоизображение трассы на экране монитора ПЭВМ.

3. Основными элементами системы оперативного видеоконтроля за производством работ на железнодорожных путях (СОВ) должны быть высокоскоростная видеокамера с разрешением 1280х960 пикселей, вР8-приемник для обеспечения связи СОВ с глобальными спутниковыми навигационных системами ГЛО-НАСС/вР8; ноутбук и программное обеспечение.

Аппаратное обеспечение СОК представляет собой систему видеорегистрации, состоящую из видеокамеры, вР8-прием-ника и ноутбука. Видеокамера, входящая в состав комплекса, устанавливается на корпусе локомотива любого типа, позволяет осуществлять непрерывную видеосъемку дорожной обстановки по ходу движения поезда. вР8-приемник используется для определения координат местоположения локомотива. Данные с видеокамеры и вР8-приемника поступают на ноутбук, где происходит их обработка.

Программное обеспечение СОК состоит из прикладного приложения и базы данных, которые позволяют обрабатывать видеоинформацию и формировать отчетную документацию по результатам поездки. Средства обработки видео осуществляют его запись и хранение. С помощью данных, полученных от GPS-приемника, имеется возможность каждому кадру видеозаписи определить координату, что существенно упрощает дальнейшую работу с видеоинформацией. Например, в случае регистрации нарушения, имеется возможность автоматически фиксировать место нарушения. Так как объем записываемого видео при длительных поездках велик, то для уменьшения объема хранимых данных предусмотрены средства редактирования, позволяющие из общего объема видеозаписей выделять только необходимые для работы моменты. В случае наличия нарушений, зафиксированных системой видеоконтроля, приложение имеет средства для создания различного рода отчетной документации. Имеющаяся в составе комплекса база данных позволяет автоматизировать процесс работы с созданными документами.

--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Прайс-листы на видеокамеры

2. Проспекты на видеокамеры

3. Интернет: zabinfo.ru www.zabinfo.ru

4. Залуцкий В.Т., Ларионова С.К. Предпроектное обследование участков Восточно-Сибирской, Северо-Кавказской Улан-Баторской железных дорог с помощью мобильного топографического комплекса. В кн. Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, мтроительства и эксплуатации железных дорог: труды всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Иркутск,20-24 апреля 2009г.-Иркутск: ИрГУПС, 2009.-Томм.-288с.:илл.

5. Спутниковые технологии на железных дорогах России /О.В.Тони, И.Н. Розенберг и др.; под.ред.В.И. Якунина.- 2-е изд., перераб. И доп..- М.:ИПЦ «Дизайн. Информация. Картография»,2008.-136 с.:илл. шгд=1

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------

Груничев Н.С. - доктор технических наук, профессор,

Мельников Ю.А. - инженер,

Иркутский государственный университет путей сообщения,

Аксенов С.А. - зам.начальника отдела охраны труда и промышленной безопасности ВСЖД - филиала ОАО «РЖД»,

Архипов Н.А. - кандидат технических наук, доцент Иркутского государственного технического университета.