Первой С.В. Система видеонаблюдения для предотвращения критических ситуаций в прибрежной акватории (Система видеонаблюдения для предотвращения критических ситуаций в прибрежной акватории), страница 5

При этом основная задача такогопромежуточного слоя – облегчить пользователям доступ к удаленным ресурсами обеспечить их совместное использование.Наиболее часто для реализации распределенных систем управленияиспользуют концепцию SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition Диспетчерское Управление и Сбор Данных). Такой подход позволяет достичьвысокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления,сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации [12].Например, интегрированная SСАDА-ориентированная система контроляакватории и периметра шельфовых и прибрежных объектов «Плавник»обеспечивает отождествление и объединение параметров отметок обнаруженныхцелей различными трактами, ориентированными на работу с соответствующимифизическими полями обнаруживаемых объектов.

Система также включает в свойсостав слой программного обеспечения, обеспечивающего обмен данными ссистемами управления технологическими процессами на объекте, связанными сиспользованием подводных аппаратов и маломерных судов, такжепредполагающими излучение во внешнюю среду и изменение внешних полейобъектов.На рисунке 1.4.2 приведен типичный многосенсорный измерительныймодуль системы «Плавник».Рис.

1.4.223В качестве трактов контроля надводной обстановки ИСКАП ориентированна работу с несколькими позициями радиолокационно-тепловизионныхизмерительных сенсоров «Плавник» и комплексом гидроакустических систем«Амулет». Вместо тепловизионного канала может быть подключена внешняявидеокамера. Послойная архитектура построения индикатора на рабочем местеоператора позволяет использовать в качестве подложки электронные картыразличного формата: как растровые, так и векторные. Система «Плавник»рассчитан на минимальную мощность излучения и диапазон частот, нетребующие специального разрешения регулирующих органов.1.5 Видеонаблюдение за прибрежной акваторией с использованиембеспилотных летательных аппаратов (БЛА)Современный полномасштабный беспилотный летательный аппарат поуровню технического оснащения часто превосходит по сложности бортовогооборудования пилотируемый самолет.

Поэтому, успех выполнения полетногозадания автономного БЛА, в первую очередь, зависит от надежности,функциональности и точности работы всех его бортовых систем, а также, ввозможности компенсации возможных отказов отдельных компонентов. То естьрешающими факторами эксплуатации современных беспилотных авиационныхсистем (БАС) являются независимость от человека-оператора и устойчивость квнешним воздействиям.К сожалению, для мини- или микро- масштабных БЛА обеспечить этитребования в полном масштабе не удается, так как массово - габаритные иэнергетические характеристики таких беспилотных авиационных систем непозволяют обеспечить весь перечень поставленных задач с высокойэффективностью. Однако, как показали уже проведенные эксперименты [14,15],даже для микро – масштабных БЛА удается получить приемлемые результатырешения указанных задач при использовании относительно дешевых систем сиспользованием визуальных систем управления.В основе ранних бортовых системах управления БЛА обычнореализовывалась следующая последовательность действий:24- измерение состояния системы;- сравнение текущего состояния с желаемым;- выработка воздействия для компенсации отклонения текущего состояния отжелаемого.Система мониторинга и регистрации исследуемой местности, чаще всего,лишь осуществляла сбор и архивирование необходимой информации с помощьюразличных сенсоров.Типичный состав бортового комплекса навигации и управления таких БЛАобычно состоит из следующих трех модулей: интегрированной навигационнойсистемы (ИНС), приемника спутниковой навигационной системы и автопилота.При этом, функцию измерения состояния системы выполняет модуль ИНС,который, обычно, имеет в своем составе наборы инерциальных датчиков(микромеханических гироскопов и акселерометров), барометрический(ультразвуковой, радиочастотный или иной конструкции) высотомер, а также,при необходимости, трехосный магнитометр и иные сенсоры.

При этом, в рамкахфункционирования бортовой системы, также обеспечивается комплексированиеданных с этих датчиков с данными приемника спутниковой навигации.Такое решение дает возможность управлять положением автономного БЛАпри его движении по заданной траектории, но оно не позволяет:- решать задачи по поиску и распознаванию целей, координаты которых доначала полета неизвестны, а также их сопровождения;- самостоятельно менять летательному аппарату маршрут движения привыявлении препятствий, что часто бывает при мониторинге прибрежнойакватории;- осуществлять поиск посадочной платформы с неизвестными, до ееобнаружения БЛА координатами.Помимо управления БЛА, автопилот также программируется науправление бортовой аппаратурой, в том числе на выполнение следующихфункций: стабилизация видеокамеры; формирование покадрового представлениявидеопотока; сброс груза или отбор проб в заданной точке и прочее.25В полете стабилизация камеры переднего обзора обеспечиваетсяотработкой колебаний БЛА по крену и тангажу по сигналам автопилота, а такжеданным ИНС.

Таким образом картинка видео изображения оказываетсястабильной, несмотря на колебания ЛА по углам крена и тангажа, так как взадачах аэрофотосъемки точная информация об углах ориентации, координатах ивысоте БЛА совершенно необходима для коррекции аэрофотоснимков.Оптико-электронные бортовые системы, чаще всего, реализуются в видекомплекта видеокамер, различного оптического диапазонов, размещаемых либонепосредственно в корпусе беспилотного летательного аппарата и жесткосвязанных с его конструкцией, либо с помощью гиростабилизированныхплатформ, обеспечивающих поворот оптической оси выбранной видеокамеры влюбую сторону с некоторой заданной скоростью.

Для отслеживания положенияобъекта также используются PTZ-камеры (Pan Tilt Zoom камера). Как правило,жесткая связь оптической оси устройства с конструкцией летательного аппаратаиспользуется для авиационных фотоаппаратов и оптических устройств обзорапередней или других полусфер БЛА. При этом, оптические устройстваотличаются по размерам и по массе в зависимости от максимальной дальностификсации исследуемого объекта и параметров разрешения [16,17].Предельные значения углов поворота объектива выбираются исходя изназначения БАС.

При этом, как правило, обеспечивается круговой обзор исканирование по углу места, что необходимо для устойчивого сопровожденияобъекта. Однако, имеющиеся ограничения угловой скорости поворотаоптической оси объектива существенно ограничивает возможности поворотногооптико-электронного устройства из-за невозможности полного сканированиезоны видимости. Поэтому, в этом отношении оптические системы на основеустройств, оптическая ось которых жестко связанна с конструкцией летательногоаппарата, имеют определенное преимущество [13]. Но, для обеспеченияэффективности поиска цели визуальным методом с помощью малого БЛА,необходимо правильно планировать маршрут полета летательного аппарата сцелью его точного выведения в некоторую, небольшую по размерам, зонуморской акватории.26На рисунке 1.5.1 приведена блок-схема бортовой системы БЛА в режимевыведения летательного аппарата в район поиска цели [18].Рис.

1.5.1После выхода летательного аппарата в заданный район морской акватории,бортовая система управления и навигации начинает выполнение программытипового маршрута патрулирования. Видеонаблюдение с помощью БЛА, вбольшинстве случаев, выполняется с высоты полета 150–900 метров. При этомфактическая величина высоты полета не должна отличаться от заданногозначения не более, чем на 30 метров [20]. Программа полета чаще всегоосуществляется по линиям с интервалом 50–70 метров.На рисунке 1.5.2 приведена типовая схема такого маршрута [18,19].Рис. 1.5.2Следует отметить, что автопилот малых БЛА самолетного типаобеспечивает следование по маршруту с отклонением, не превышающим 10–15метров при небольших ветровых возмущениях, и, с точностью поддержания27высоты в пределах 5 метров.

Кроме того, при пропадании сигнала спутниковойнавигации управление маршрутом осуществляется только с использованиеминформации, получаемой с ИНС, что приводит к увеличению траекторныхошибок.На рисунке 1.5.3 приведен пример реализации отработки программымаршрута БЛА самолетного типа при потере и последующем восстановлениисигнала спутниковой навигации [21].Рис. 1.5.32 Способы обнаружения и распознавания воднотранспортных средствсистемами видеонаблюденияОсновные задачами системы видеонаблюдения за морской акваториейявляются:- визуальный мониторинг заданного района акватории;- организация и оптимизация визуального поиска цели в некоторой областиакватории, в том числе и в прибрежной зоне;- обнаружение и сопровождение цели (в том числе с помощью БЛА);- распознавание типа обнаруженного воднотранспортного средства.В данном разделе анализируются основные методы выявленияводнотранспортных средств на водной поверхности, способы обнаружения изаконы управления движением БЛА при слежении за выявленной целью, а такжеметоды и алгоритмы классификации обнаруженных на водной поверхностиобъектов.282.1 Методы и алгоритмы выделения объектов на фоне водной поверхности.После определения задач слежения и определения района поиска передсистемой видеонаблюдения, точнее перед ее аппаратно-программнымкомплексом, возникает задача нахождения и распознавания объекта,находящегося в данном районе.