CC BY
53
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
ПРИ ЗВУКОВОМ ОПОВЕЩЕНИИ НАСЕЛЕНИЯ МАЛЫХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ О ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
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
При угрозе возникновения чрезвычайной ситуации в определенной местности органы государственной власти, местного самоуправления и подразделения МЧС России производят оповещение населения. Наибольшие сложности представляет оповещение в малых населенных пунктах и отдельных объектов (турбазы, дачные участки, машинно-тракторные станции и т.п.). Примерами чрезвычайных ситуаций, требующих локального оповещения объектов могут быть приближающийся к объекту лесной пожар, угроза затопления объекта, прогнозируемый сход снежной лавины на объект.
В настоящее время производители беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) предлагают использовать их для оповещения населения о ЧС. Такой способ может быть особенно эффективен для малых населенных пунктов и изолированных объектов. Запущенные оператором БПЛА могут двигаться со скоростью порядка 5...50 м/с и за короткое время облететь заданную местность. БПЛА самолетного типа могут издавать звуковой сигнал «Внимание всем!» (звук однотональной сирены, оповещающий население о необходимости включить теле- или радиоприемники), а БПЛА вертолетного или мультикоптерного типа могут останавливаться в определенных точках и передавать подробные звуковые сообщения в радиусе 10-100 м.
Одной из проблем способа оповещения с помощью БПЛА является планирование оптимальной траектории движения БПЛА, чтобы минимизировать время оповещения объекта или максимизировать площадь, охватываемую оповещением [3, 4]. Современные БПЛА оснащены системами компьютерного управления и ГЛОНАСС- или ОРБ-приемником, позволяющим направлять БПЛА по заданному маршруту. Поэтому проблема наиболее результативно может быть решена с использованием спутниковой карты и компьютерной оптимизации траектории движения БПЛА, а также координат и времени остановок для БПЛА вертолетного или мультикоптерного типа.
В случае использования БПЛА мультикоптерного типа задача поиска оптимального алгоритма полета сводится к минимизации длины траектории в виде ломаной линии (рис.), либо времени полета.
Перед началом необходимо оператор задает точки зависания БПЛА и передачи голосовых сообщений. Современные технологии оптического распознавания позволяют определять по спутниковым картам здания и сооружения, и автоматически выбирать точки остановки БПЛА так, чтобы радиус оповещения охватывал наибольшее количество целевых объектов.
Рис. Возможная траектория движения БПЛА мультикоптерного типа при оповещения населения населенного пункта Чистое Воронежской области. Кругами показаны зоны охвата
звуковым оповещением
Изложим математические основы поиска оптимального алгоритма движения БПЛА. Исходными данными служит набор точек Р0, Рь Р2, ... Рп, заданных оператором и привязанных к спутниковой карте местности. Задача построения оптимальной траектории заключается в выборе последовательности перелета между точками, таки образом, чтобы суммарное время полета было минимальным. Время полета может немонотонно зависеть от длины траектории, так как на скорость полета может оказывать существенное влияние (около 1050 %) ветер (от 3 до 10 м/с). Поэтому целесообразно минимизировать именно суммарное время оповещения, но не длину траектории. Кроме того, в случае оптического распознавания координат зданий в алгоритм оптимизации может включаться и выбор координат точек зависания (хр!, ур!, ¿и).
Для расчета суммарного времени полета tсуж предлагается использовать следующую формулу:
( \
г = п • г +
сум оп
п+1
I
I=0, I = п+1^г = 0
гР +■
^ 1 - хр} + (уц 1 - Ур } - 1Р - А
г
+ г_
V. + V СОБ
Arctg
Ур-1 - Ур
Хр X
V V V "р-1 "р у у у
где п - количество точек остановки, tоп - время голосового оповещения; tp и tx - время разгона и торможения при движении по прямолинейному участку (порядка 2-5 с); Ьр и Ьт - длина участков разгона и торможения (порядка 10-30 м); (хР1, ур!) - координаты ¡-й точки остановки мультикоптера; ум - скорость
мультикоптера; vB и фв - скорость и угол направления ветра; прописные буквы в обозначениях Cos и Arctg означают коррекцию углов под косинусом на переход 0-3600 и удвоение диапазона 1800 для арктангенса. Действие «i = n+1 => i = 0» означает, что последней точкой остановки мультикоптера будет не точка Рп+ь а точка P0 (возврат в исходную точку запуска).
Задача оптимизации плана полета записывается аналитически следующим образом.
*сум (P P > Pj Ж Ц min ^ i jv,
То есть, необходимо добиться минимума времени оповещения ?сум путем выбора оптимальной последовательности точек i, j, и т.д. В настоящее время ведется работа по разработке компьютерной программы, реализующей предложенный метод оптимизации плана полета БПЛА.
Таким образом, в рамках данной статьи разработана методологическая основа выбора оптимального алгоритма движения БПЛА при оповещении населения в малых населенных пунктах и изолированных объектах.
Список использованной литературы
1. Моисеев В.С. Основы теории эффективного применения беспилотных летательных аппаратов: монограф. - Казань: Редакционно-издательский центр «Школа», 2015. - 444 с. (Сер. «Современная прикладная математика и информатика»).
2. Ефимов А.П. Акустика: Справ. [Текст] / А.П. Ефимов, А.В. Никонов, М.А. Сапожков, В.И. Шоров. - М.: Радио и связь, 1989. - 336 с.
3. Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом: учеб. - М.: Университетская книга, Логос, 2008. - 424 с.
4. Советов Б.Я. Моделирование систем [Текст]: Учеб. пособие / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев - М.: Высш. шк., 1998. - 319 с.
