Хабрахабр

Инженеры спасают пропавших в лесу людей, но лес пока не сдается

Из городов наша технологическая мощь кажется настолько огромной, что ей по плечу любая задача. Каждый год спасатели ищут десятки тысяч пропавших в диких условиях людей. Но это совсем не так. Вроде, возьми десяток дронов, повесь на каждый по камере и тепловизору, прикрути нейросетку и все — найдет кого угодно за 15 минут.

До сих пор технологии упираются в массу ограничений, а спасательные отряды прочесывают огромные площади сотнями волонтеров.

В нем приняли участие сотни инженеров и конструкторов. В прошлом году благотворительный фонд «Система» запустил проект «Одиссея» чтобы найти новые технологии поиска людей. Но даже подкованные технически и опытные люди иногда не подозревали, насколько лес непробиваем для технологий.

В 2013 году в селе Синск в Якутии пропали две маленькие девочки — Алина Иванова и Аяна Винокурова. На их поиски бросили колоссальные силы: снарядили сотню волонтеров, бригады спасателей, водолазов, беспилотники с тепловизорами. Съемки с вертолета выкладывали в общий доступ, чтобы записи могли просматривать все в интернете. Но сил не хватило. Что случилось с девочками неизвестно до сих пор.

Если бы она была государством, то вошла бы в десятку крупнейших по площади. Якутия огромна. В такой бескрайней безлюдной тайге Николай Находкин 12 лет работал в службе спасения, 9 из которых — руководителем. Но на гигантской территории живет меньше миллиона человек. И как говорит Николай, идеи появляются не от хорошей жизни. Когда условия тяжелее некуда, а ресурсов мало, приходится выдумывать новые способы поиска людей.


Николай Находкин

Также при службе существует научная группа, где инженеры-энтузиасты занимаются разработкой прикладных технологий для спасателей. С 2011 года служба спасения Якутии пользуется беспилотниками. Они помогают, но не заменяют старых методов.

Следопыт идет по следу, собака помогает не сбиваться», рассказывает Александр Аитов, который был руководителем научной группы. «Существующие способы поиска, которые есть у МЧС, у служб спасения, во всяких силовых структурах — не меняются с 30-х годов. Все объединяются и прочесывают леса. «Если человека не находят, в Якутии поднимается целая деревня, две, три. Его всегда мало. Для поиска живого человека каждый час важен, а время уходит быстро-быстро.

Чтобы как-то это исправить, пришла идея не воспринимать пропавшего как пассивное звено, а использовать его собственную тягу спастись и активную жажду жизни». Когда случилась трагедия в Синске, мы понесли большие затраты — и без результата.

Потерявшийся человек, придя на них, найдет воду, галеты и спички — а заодно и инструкцию сидеть на месте и ждать спасателей. Инженеры решили собрать спасательные свето-звуковые маяки — довольно крупные, но легкие устройства, которые издают громкий звук и светятся долгое время, привлекая к себе внимание днем и ночью.

Звук они издают низкий, как будто рокочет машина — потому что высокие частоты гораздо хуже распространяются в лесу. Такие маяки стоят на расстоянии трех километров друг от друга и опоясывают примерную зону поиска пропавшего. Часто спасенные думали, что идут на звук дороги или собирающейся уезжать компании туристов.

Научная группа уже не в первый раз внедряла элементарные, но гениальные решения. Маяки были невероятно простыми.

Штаны и куртка выглядят как обычная спецодежда, но в воде они поддерживают человека на плаву. «Там к примеру разработали плавающий костюм. Внутри вшиты гранулы пенополиуретана. Если говорить совсем утилитарно, костюм двухслойный. Иногда клапана покрываются инеем, и человек задыхается. Есть разработка для погружения водолаза при низкой температуре. Несколько институтов не могли придумать, что с этим делать — разрабатывали специальные материалы, делали электрообогрев, внедряли всякие современные подходы.

Холодный воздух, который идет из баллона (а под воду ходят в -40) они пропускали через змеевик, пропущенный через китайский термос. Наши ребята решили проблему за 150 рублей. Воздух нагревается, люди идут под воду и могут там работать».

Во время поисковых операций спасателю регулярно приходилось пробегать огромные расстояния, чтобы проверить каждый маяк. Но маяки слишком просты, многих полезных функций им не хватало. Если маяков десять — значит спасатель должен пройти 30 км по тайге за 3-4 часа.

Николай Находкин и Александр Аитов решили принять участие — назвали команду «Находка» и повезли свое простейшее устройство, чтобы совершенствовать его в соревновании с другими. Но в 2018 году благотворительный фонд «Система» запустил проект «Одиссея» — конкурс для команд, которые с помощью новых технологий попытаются найти новейшие способы для спасения пропавших людей в дикой природе.

Каждого пропавшего в среднем искали сто человек. По данным МВД в 2017 году в России пропало почти 84 тысячи человек, и половину из них не нашли. Это могут быть приборы, датчики, беспилотники, новые средства связи и все, на что только способно ваше воображение». Поэтому миссией конкурса «Одиссея» стало «создать технологии, которые помогут находить пропавших людей в лесу без источника связи.

Но у команды не было прототипа, и они ограничились лишь презентацией своей идеи», рассказывает эксперт конкурса Максим Чижов. «Из неочевидных решений – или фантазийных – можно назвать дирижабль, оборудованный системой биорадиолокации.

С помощью прототипа даже удалось найти статиста, который изображал «потеряшку» (как ласково их назвали участники), но далеко в конкурсе команда не прошла. Другая команда решила использовать сейсмодатчик — прибор, который среди вибраций на земле может распознать человеческие шаги и показать направление, откуда они доносятся.

Перед ними была поставлена задача — менее чем за 2 часа на участке 4 квадратных километра найти двух статистов. К июню 2019 года после нескольких тренировочных испытаний в лесах Ленинградской, Московской и Калужской областей 19 лучших команд вышли в полуфинал. У каждой команды было две попытки на поиск человека. Один передвигался по лесу, другой лежал на одном месте.

Используя ИИ, он бы анализировал окружающую обстановку и выявлял человека. «Среди полуфиналистов одна команда хотела создать рой дронов, который должен был летать под кронами деревьев, управляемый искусственным интеллектом, определяя направление движения, облетая стволы, уворачиваясь от веток и сучьев.

Я думаю, понадобится около года, чтобы оно заработало хотя бы в тестовых условиях», рассказывает Максим Чижов. Но это решение еще достаточно далеко от реализации в функционирующем виде.

У них на борту был громкоговоритель, который подключался к рации, микрофон, который мог слушать окружающее пространство, камера и вычислитель с ИИ и обученной нейросетью, которая обрабатывала снимки с камеры в режиме реального времени, где мог засветиться человек. Близка к успеху была команда «ALB-поиск».

«Оператор мог бы анализировать не тысячи снимков, что физически невозможно, а десятки или даже единицы, и затем принимать решение: изменить ли маршрут дрона, нужен ли дополнительный дрон для разведки или сразу отправить поисковую группу».

Но большинство команд столкнулись с похожими проблемами — технологии оказались не приспособлены к условиям реального леса.

Компьютерное зрение, на которое полагались многие, работало при испытаниях в парках и редколесье — но оказалось бесполезным в густом лесу.

Летом — а в это время пропадает больше всего людей — листва нагревается так, что превращается в сплошное горячее пятно. Тепловизоры, на которые надеялось около трети команд, тоже оказались неэффективны. Для верификации подозрительных мест могла бы помочь камера, но ночью от нее мало пользы. Легче вести поиски в небольшой промежуток ночью, но тепловых пятен все равно много — нагретые пни, животные и многое другое.

«К сожалению из-за ограничений, наложенных на нас ЕС и другими странами, хорошие тепловизоры в России недоступны», рассказал Алексей Гришаев из команды «Вершина», которая как раз полагалась на эту технологию. Ко всему прочему тепловизоры оказалось сложно достать.

В итоге мы нашли очень хороший китайский тепловизор. «Доступные на рынке тепловизоры имеют цифровой выход с частотой 5-6 кадров в секунду и дополнительный аналоговый видеовыход с высокой частотой кадров, но низким качеством изображения. Но он выдавал картинку на маленький мониторчик, где ничего не было видно. Можно сказать, нам повезло — в Москве такой был всего один.

Наша команда смогла доработать модель и получить с него качественное цифровое изображение с частотой 30 кадров в секунду. Большинство команд использовали именно видеовыход. Лучше, наверное, только военные модели». Получился тепловизор очень серьезного уровня.

За то короткое время, что БПЛА летал над зоной поиска, камеры и тепловизоры набирали десятки тысяч снимков. Но даже эти проблемы — только начало. Поэтому беспилотник возвращался на точку, с его носителей сгружали записи, тратя на это не меньше получаса, а в итоге получали такое количество материала, что физически не отсмотреть и за часы. Передавать их на точку на лету было невозможно — ни интернета, ни сотовой связи над лесом не было. Это сокращало время обработки данных. В этой ситуации команда «Вершина» использовала специальный алгоритм, который выделял снимки, где были обнаружены тепловые аномалии.

Что в лесу по-другому распространяется радиосигнал и теряется достаточно быстро», объявлял на пресс-конференции Максим Чижов. «Мы увидели, что не все команды, которые пришли на квалификационные испытания, понимали, что такое лес. Для некоторых было неожиданностью отсутствие интернета над лесом. «Видели и удивление команд, когда связь пропадала уже на расстоянии в полтора километра от точки старта. Это тот лес, где теряются люди». Но это реальность.

В финал вышли четыре команды, три из которых опирались именно на это решение. Хорошо себя показала технология на базе светозвуковых маяков. Среди них — и «Находка» из Якутии.

Каждый инструмент нужен для своей задачи, а они хороши для осмотра больших открытых пространств.», — говорит Александр Аитов. «Когда мы увидели эти подмосковные джунгли, сразу поняли — с беспилотниками там делать нечего.

И пока многие решали инженерные задачи, Находка работала, как спасатели. К полуфиналу в команде были всего три человека, которые пошли по лесу пешком и расставили маяки в зоне поиска. Надо вести себя как спасатель, ставить себя на место пропавшего, смотреть примерное направление, куда он может идти, какими тропами». «Надо применять не аграрную психологию, когда просто кроешь площадь.

С помощью грантов «Системы» инженеры команды разработали технологию радиосвязи. Но и маяки «Находки» к этому моменту уже не были такими простыми, как несколько лет назад в Якутии. БПЛА нужен не для поиска, а для того, чтобы поднять в воздух ретранслятор радиосигнала и увеличить радиус передачи сигнала активации от маяков. Теперь, находя маяк, человек нажимает кнопку, спасатели сразу получают сигнал и точно знают, у какого маяка потерявшийся будет их ждать.

Например, команда ММS Rescue создала сеть портативных маяков, где каждый маяк является ретранслятором, что позволяет передавать сигнал о его активации даже в случае отсутствия прямой радиосвязи со штабом поиска. Еще две команды разработали на основе звуковых маяков целые поисковые комплексы.

«Мы занимались другими отраслями — техникой, ИТ, у нас есть специалисты из космической области. «У нас группа энтузиастов, которые взялись за такую задачу впервые», говорят они. Основными критериями были низкая себестоимость и простота использования. Мы собрались, поштурмили и решили делать такое решение. Чтобы люди без обучения могли брать и применять».

Они разработали специальное приложение, которое отслеживало и положение дрона, и местонахождения маяков, и положение всех спасателей. Другая команда — «Стратонавты» — с помощью похожего решения смогла найти статиста быстрее всех. Дрон, который доставлял маяки, выступал также и ретранслятором для всей системы, чтобы сигнал от маяков не затерялся в лесу.

В один из дней мы хорошо промокли. «Это было не просто. Но уставшие и довольные вернулись — все таки мы нашли человека в обеих попытках всего за 45 минут», рассказывает Станислав Юрченко из «Стратонавтов». Два наших человека пошли в лес сквозь бурелом, и они поняли, что это далеко не выезд на пикник.

За один полет дрон может перенести один маяк. «Мы вынесли с помощью дронов маяки в центр зоны чтобы обеспечить наибольшее покрытие. Мы использовали маленькие компактные дроны DJI Mavick — один маяк с него размером. Это долго — но быстрее, чем человек. Это максимум, что он может нести, зато получается бюджетно.

С ИИ, чтобы дрон сканировал лес и определял точки сброса. Конечно, хотелось бы найти полностью автономное решение. У нас сейчас есть оператор, а через километр, если не использовать дополнительных приспособлений — связь кончается.
Поэтому в следующем этапе будем что-то придумывать».

Теоретически, шансы найти его остались только у команды «Вершина», которая вопреки всем трудностям смогла найти человека и пройти в финал при помощи тепловизора и камеры. Но ни одна команда не нашла обездвиженного человека, и самое главное — так и не придумала, как это сделать.

Мы решили попробовать их и в этом конкурсе. «Изначально у нас была идея использовать два беспилотника самолетного типа», — рассказывает Алексей Гришаев из «Вершины», — «Мы разрабатывали их для определения состава атмосферы, и у нас до сих пор есть задача сделать всепогодный БПЛА. Большая скорость и уникальные аэродинамические характеристики БПЛА обеспечивают возможность поиска при любых погодных условиях и позволяют достаточно быстро просканировать заданный район». Скорость каждого — от 90 до 260 км/ч.

Минус — они не такие маневренные, как квадрокоптеры. Преимущество таких аппаратов в том, что они не падают, когда отключается двигатель, а продолжают планировать и садятся на парашюте.

На борту основного БПЛА находится микрокомпьютер, который с помощью разработанного командой программного обеспечения самостоятельно обнаруживает тепловые аномалии и присылает их координаты с детальным изображение с обеих камер. На основном беспилотнике «Вершины» установлен доработанный командой тепловизор и фотокамера высокого разрешения, на втором только фотокамера. «Таким образом, нам не приходится отсматривать весь материал в живую, а это, для понимания, около 12 000 снимков за час полета.»

«Мы побоялись его брать на испытания — он мог просто свалиться. Но технологию самолета команда создала недавно, и с ним еще было много проблем — с системой запуска, с парашютом, с автопилотом. Поэтому взяли классическое решение — DJI Matrice 600 Pro». Хотелось избежать технических заморочек.

Это потребовало большой работы, во-первых с тепловизором, во-вторых с самими способами поисков. Несмотря на все трудности, из-за которых многие отказались от камер и тепловизоров, Вершина смогла найти статиста.

«Была доля везения, потому что маршрут статистов пролегал через такие леса, что ни один тепловизор ничего не увидит. В течении трёх месяцев команда тестировала технологию, которая позволила тепловизору просматривать землю между крон. Вместо этого мы решили искать человека, летая над просеками, полянами и открытыми участками. И если человек устал и сел где-нибудь под елкой — найти его будет нереально.
Мы с самого начала отказались от полного прочесывания леса нашими БПЛА. Я приехал на место заранее чтобы изучить местность, и, используя все доступные онлайн карты, нарисовал маршруты для БПЛА только над теми местами, где теоретически может быть виден человек».

рублей), но в финале придется. По словам Алексея, использовать сразу несколько дронов в связке очень дорого (один носитель с техническим решением для поиска на борту стоит больше 2 млн. «Мы изначально хотели искать именно лежачего человека. Он считает, что это дает шанс обнаружить неподвижного статиста. А команды с маяками — искали только движущегося». Нам казалось, что подвижного мы и так и так найдем.

Ведь маячки для него бесполезны. Я спросил Александра Аитова из команды «Находка» — не кажется ли им, что все уже заранее похоронили статичного человека?

Мне показалось, что все остальные команды говорили с улыбками и огоньком в глазах о решении инженерных задач. Он задумался. «Стратонавты» признали, что это сложнейшая сверхзадача, для которой пока нет идей. Ребята из ММS Rescue пошутили, что сброшенный маяк может упасть прямо на лежащего человека. А спасатель из «Находки» заговорил, как мне показалось, со смесью печали и надежды:

Она провела там десять дней, и десять дней велись поиски большим количеством людей. — У нас в тайге пропала девочка, в четыре с половиной года. Нашли только прочесыванием. Когда ее нашли, она лежала в траве, сверху ее практически не было видно.

И возможно, она бы к нему подошла и нажала бы кнопку. Если бы были расставлены маяки… в четыре с половиной года ребенок уже достаточно сознательный. Я думаю, часть жизней была бы спасена.

— А ее спасли?

— Ее да.

Осенью четыре оставшиеся команды поедут в Вологодскую область, и задача перед ними встанет в разы сложнее — найти человека в зоне радиусом 10 километров. То есть на площади свыше чем в 300 квадратных километров. В условиях, где у дрона есть полчаса полета, зрение разбивается об кроны, а связь исчезает уже через километр. Как говорит Максим Чижов, пока ни один прототип не готов к таким условиям, хотя верит, что шансы есть у всех. Григорий Сергеев, председатель поисково-спасательного отряда «Лиза Алерт» добавляет:

И я призываю всех участников и неучастников – ребята, тестируйте технологии! «Сегодня мы уже готовы использовать пару технологий из тех, что видели, и это будет эффективно. И тогда ни для кого не будет секретом, что лес непрозрачен для радиосигнала, а тепловизор не видит через кроны. Приезжайте к нам на поиски! Моя основная мечта – меньшими силами находить больше людей».

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть