Хабрахабр

Обыскать 314 км² за 10 часов — финальное сражение инженеров-поисковиков против леса

Один из них еще подвижен, другой лежит на месте и не может пошевелиться. Представьте задачу — в лесу пропали два человека. Радиус поиска вокруг нее — 10 километров. Известна точка, где их видели последний раз. У вас есть десять часов на поиск с помощью новейших технологий. Получается территория площадью 314 км2.

Но потом увидел, как передовые решения спотыкаются обо все, что возможно и невозможно учесть. Услышав условие в первый раз, я подумал: «пфф, подержите мое пиво». Лес оказался территорией скрытых подвохов, где современные технологии бессильны. Летом я писал, как около 20 инженерных команд пытались решить задачу в десятки раз проще, но делали это на пределе возможностей, и только четыре команды справились.

В начале октября в Вологодской области прошел его финал. Тогда это был лишь полуфинал конкурса «Одиссея», организованного благотворительным фондом «Система» — цель которого придумать, как модернизировать поиск пропавших в дикой природе людей. Я отправился на место, чтобы понаблюдать за одним из конкурсных дней. Четыре команды столкнулись с той самой задачей. Но я никак не ждал увидеть «Настоящий детектив» для любителей DIY-электроники.
И в этот раз ехал с мыслью, что задача — нерешаемая.

В этом году рано выпал снег, но если живешь в Москве и поздно просыпаешься, его можно не увидеть. То, что не растает само, сто процентов раскидают рабочие. Стоит проехать от Москвы семь часов на поезде и еще пару часов на машине — и увидишь, что зима на самом деле давно началась.

Рядом с лесом и деревушкой из трех с половиной домов организаторы «Одиссеи» разбили полевой штаб — большие белые шатры с тепловыми пушками внутри. Финал проходил в Сямженском районе недалеко от Вологды. О результатах никто не говорил, они были под NDA. Три команды уже провели поиски в предыдущие дни. Но по выражениям лиц складывалось впечатление, что никто не справился.

Команда «Находка» из Якутии гремела маяками так, что журналистам, берущим интервью, приходилось делать паузы. Пока к испытанию готовилась последняя команда, остальные участники выставляли на улице свое оборудование для красивых кадров местного телевидения, показывали и объясняли, как оно работает.

Они проходили испытание за день до этого, и им досталась самая худшая погода. Снег и порывистый ветер не позволили даже запустить беспилотник. Многие маяки не удалось расставить, потому что ломался транспорт. А когда наконец сработало одно из устройств — оказалось, что ветром повалило дерево, и оно придавило кнопку. Тем не менее, за командой следят с любопытством, потому что они самые опытные поисковики.

Они давно ждали первого снега. — У меня вся команда — охотники. Мне их как сторожевых собак приходилось сдерживать, — говорит Николай Находкин. Увидят следы любого зверя, точно его догонят.

Поэтому они полагались только на свои звуковые маяки с мощнейшим пробивным звуком. Прочесывая лес пешком, они вероятно смогли бы найти и след человека, но такую победу им бы не засчитали — это конкурс технологий.

Видно, что его делали люди с большим опытом. Уникальный аппарат на самом деле. Ее слышно за полтора километра в условиях леса. Технически он очень прост — это обыкновенная пневмо-квакушка с модулем LoRaWAN и с развернутой на ней MESH-сетью. Но правильно подобранная частота и конфигурация дают такие результаты. У многих других такого эффекта не возникает, хотя уровень громкости у всех примерно одинаковый. Мною лично был зафиксирован на дистанции примерно 1200 метров звук с очень хорошим пониманием, что это действительно звук сигнала.

Мы не можем взять и с помощью этих аппаратов найти человека, который находится без сознания, то есть эти изделия применимы только в очень узком диапазоне ситуаций. Они выглядят самыми не технологичными, и при этом у них наиболее простое, надежное и очень эффективное решение, скажем так, но со своими ограничениями.

  • Никита Калиновский, технический эксперт конкурса

В наш день работала последняя из четырех команд — MMS Rescue. Это обычные парни, программисты, инженеры, электронщики, которые раньше никогда не занимались поисками.

Они связываются в одну сеть, где каждая единица — ретранслятор радиосигнала, и начинают издавать громкий звук. Их идея была такой — с помощью нескольких беспилотников самолетного типа разбросать над лесом сотню-другую маленьких звуковых маяков. Потерявшийся человек должен его услышать, найти, нажать кнопку и таким образом передать сигнал о своем местонахождении.

Осенний лес днем почти прозрачен, поэтому команда рассчитывала засечь на фото лежачего человека. Беспилотники в это время ведут фотосъемку. На базе у них была обученная нейросеть, через которую прогоняли все снимки.

Чтобы покрыть 314 км2, нужна армия коптеров и, наверняка, несколько точек для запуска. В полуфинале MMS Rescue разбрасывали маяки обычными квадрокоптерами — для четырех квадратных километров этого было достаточно. Поэтому в финале они объединились с другой командой, которая до этого выбыла из конкурса, и использовали их самолеты «Альбатрос».

Перед ним в лагере была страшная суета. Старт поиска назначили на 10 утра. Их тактика засеять лес маяками перестала казаться преувеличением, когда они привезли и выгрузили все маяки — почти пять сотен штук. Вокруг ходили журналисты и гости, участники таскали оборудование на техническую проверку.

Наш программист Борис сделал потрясающую программу, которая управляет всем навесным оборудованием, говорит Максим, участник MMS Rescue, — У нас стоит LoRa, плата собственного проектирования с навесным оборудованием, мосфеты, стабилизаторы, GPS модуль, аккумуляторная батарейка и 12 В-сирена. — В основе каждого лежит ардуино, как это ни странно.

На разработку и производство было всего два месяца. Каждый маяк стоит около 3 тысяч, при том, что у ребят каждый рубль был на счету. Поэтому они возвращались с работ и до глубокой ночи занимались подготовкой. Для большинства членов команды проект MMS Rescue — не основное занятие. Но технического эксперта конкурса это не впечатлило: Когда пришли запчасти, они вручную собирали и паяли все оборудование сами.

У меня есть большие сомнения, что они потом соберут те триста маяков, которые сюда притащили. — Их решение мне нравится меньше всего. Сам поиск, скорее всего, сработает если засеять таким количеством, но ни конфигурация сбрасывания, ни конфигурация самих маяков мне не понравилась. Вернее как — мы их заставим собрать, но не факт что получится.

Маяки, которые будут разбросаны сейчас, предполагают дальнейший поход по лесу для сбора. — Технологи маяков уменьшает количество километров, пройденных ногами. То есть сама технология — окей, но возможно надо додумывать тактику, как разбрасывать, чтобы потом было проще собирать — говорит Георгий Сергеев из Liza Алерт. И это будет дистанция, которая не уменьшает количество человеческого труда.

Пять самолетов. В двухстах метрах от лагеря команда, которая занималась беспилотниками, оборудовала площадку для запуска. Каждый взлетает с помощью рогатки, несет на борту четыре маяка, разбрасывает их примерно за 15 минут, возвращается и приземляется с помощью парашюта.


Пропавшие охотники

Журналисты разъехались, организаторы разбрелись по шатрам. После старта поисков лагерь начал пустеть. Часть участников по-прежнему занималась контролем беспилотников, часть села в машину и поехала по лесу расставлять маяки вдоль дорог вручную. Я решил остаться на весь день и следить, как команда будет работать. Он мне рассказал подробнее об этом проекте. Максим остался в лагере, чтобы следить за тем, как разворачивается сеть и принимать сигналы от маяков.

Таблица заполняется данными. — Сейчас мы смотрим, как разворачивается сеть маяков, видим маяки, которые появились в сети, что с ними происходило, когда мы увидели их в первый раз, и что происходит сейчас, видим их координаты.

Мы просто еще ни разу не разбрасывали по 300 маяков. — Сидим и ждем сигнала?
— Грубо говоря, да. Поэтому смотрю, как можно использовать данные с них.

У нее свой набор правил — вот она смотрит в лес и видит тропинку. — По какому принципу вы их разбрасываете?
— У нас есть программа, которая анализирует местность и считает, где нужно сбрасывать маяки. Это практика которую озвучивали спасательные отряды и люди, которые терялись. Сначала она предложит скинуть маяки вдоль нее, а потом уже пойдет в лес, потому что чем глубже, тем меньше вероятность, что человек находится там. 800 метров — не 10 км. Я недавно читал, что пропавшего мальчика нашли в 800 метрах от своего дома.

Если человек туда попал, то он скорее всего еще там. Поэтому сначала мы ищем максимально близко к вероятной зоне входа. Система просто растет вокруг вероятной точки присутствия человека.
Если нет, то мы будем по нарастающей расширять границу поиска.

Те наоборот рассчитывали максимальное расстояние, какое человек может пройти от точки входа, расставляли маяки по периметру, а затем смыкали кольцо, уменьшая радиус поиска. Эта тактика оказалась противоположной той, что использовали опытные поисковики из «Находки». При этом маяки были расставлены так, что человек не может выйти за кольцо, не услышав их.

— Что вы разрабатывали конкретно для финала?
— У нас очень много чего поменялось. Мы проводили много тестов, замеряли разные антенны в условиях леса, замеряли расстояние проходимости сигнала. На предыдущих испытаниях у нас было три маяка. Мы разносили их пешком и крепили к стволам деревьев на небольшом расстоянии. Теперь корпус адаптирован под сброс с беспилотника.

Изначально мы планировали сделать форму корпуса в виде цилиндра с торчащим вверх крылом. Он падает с высоты 80–100 метров со скоростью 80–100 км/ч полета беспилотника, плюс ветер. Хотели разместить центр тяжести в виде батарей в нижней части корпуса, а антенна бы поднималась автоматически вверх, чтобы добиваться хороших показателей общения между маяками в условиях леса.

Поэтому пришли к форме кирпича. — Но не стали этого делать?
— Да, потому что крыло, в которое мы вставляли антенну, очень мешало самолету. Плюс пытались решить вопрос по питанию, потому что каждый элемент тяжелый, надо запихать в маленький корпус минимальную массу при этом сохранив максимальное количество энергии, чтобы маяк не сдох через час.

300 маяков в одной сети могут друг друга перебивать, поэтому мы делали разносы. Дорабатывали программное обеспечение. Там большая комплексная задача.
Надо чтобы наши сирены в 12 В орали как надо, чтобы система прожила как минимум 10 часов, чтобы ардуино не перезагружалась, когда включалась LoRa, чтобы с пищалки не было наводок, потому что там стоит повышающее устройство, которое дает 40 В из 12.

Казалось бы, разумнее искать с собаками по запаху вдоль поваленных деревьев. — А что делать с лежащим человеком?
— К сожалению, никто на этот вопрос достоверный ответ не дал. Если потерявшийся лежит где-то на буреломе, теоретически его можно заснять и распознать с беспилотника. Но оказалось, что собаки находят гораздо меньше людей. У нас летают два самолета с такой системой, мы собираем данные в воздухе и анализируем на базе.

Все отсматривать глазами?
— Нет, у нас обученная нейросеть. — Как вы будете анализировать фотографии?

— На чем?
— На данных, которые мы сами собирали.

Идеальный вариант, когда беспилотник анализирует снимки в реальном времени на борту с помощью нейросети, обученной на огромном объеме данных. Когда прошел полуфинал, эксперты говорили, что для поиска людей с помощью анализа фотографий надо проделать еще очень много работы. В реальности командами приходилось тратить очень много времени, чтобы загрузить отснятые материалы на компьютер, и еще больше — на отсмотр, потому что по-настоящему рабочего решения тогда ни у кого не было.

Но все это настолько сырое, настолько недоученное, говорит Никита Калиновский, — как показала практика, применение линейных алгоритмов в данных условиях сработало гораздо эффективнее, чем нейросети. — Сейчас местами используются нейросетки, при чем они развернуты как на персональных компьютерах, на платах Nvidia Jetson, так и на самих летательных аппаратах. Нейросеть не нашла практически ничего. То есть определение человека по пятну на изображении от тепловизора с помощью линейных алгоритмов по форме объекта дало гораздо больший эффект.

Даже не то что спорные — их почти не было. — Потому что не на чем было учить?
— Утверждали, что учили, но результаты были крайне спорные. Если правильно применить нейросетки в этих условиях, то скорее всего они дадут неплохой результат, но надо понимать всю методологию поиска. Есть подозрение, что их либо учили неправильно, либо учили не тому.

То есть, вот — реальное применение современных технологий, это действительно полезно для поиска. — Мы недавно запустили историю с нейронкой Билайна, говорит Григорий Сергеев, — Пока я был здесь на конкурсе, эта штука нашла в Калужской области человека. Если оптика позволяет, это очень хорошая история. Но очень важно иметь носитель, который долго летает и позволяет не мазать фотографии, особенно на рассвете и закате, когда света в лесу уже практически нет, но разглядеть что-то еще можно. В принципе, тенденция правильная и идея правильная — вопрос цены всегда беспокоит. Кроме того, все экспериментируют с тепловизорами.

За три дня до этого, в первый день финала, поиски вела команда «Вершина» — пожалуй, самая технологичная из финалистов. Если все полагались на звуковые маяки, главным орудием этой команды был тепловизор. Найти рыночную модель, которая способна выдать хоть какой-то результат, доработать и настроить ее — все это было отдельным приключением. В итоге, что-то получилось, и я слышал восторженные перешептывания, как в лесу тепловизором нашли бобра и нескольких лосей.

У них был тепловизор плюс трехцветная камера. Мне очень понравилось решение этой команды именно идеологией — ребята ищут техническими средствами не привлекая наземные силы. Не буду говорить, нашли они того, кого нужно или нет, но находили и людей, и животных. Они искали только летаками, при этом нашли людей. Сравнивали по координатам объект на тепловизоре и объект на трехцветной камере, и определяли что это именно по двум изображениям.

Идеально система работала бы, будь в ней стереопара: одна монохромная камера, одна трехцветная, тепловизор, и все работают в единой системе времени. У меня есть вопросы по реализации — синхронизация тепловизора и камеры была сделана небрежно. Фотоаппарат работал в одной системе, тепловизор — в отдельной, и у них возникали из-за этого артефакты. Здесь же этого не было. А будь скорость летака чуть повыше, это дало бы уже очень сильные искажения.

  • Никита Калиновский, технический эксперт конкурса

Категоричнее всего про тепловизоры высказывался Григорий Сергеев. Когда я летом спрашивал его мнение об этом, он сказал, что тепловизоры — это просто фантазия, и за десять лет поисковый отряд ни разу никого с их помощью никого не нашел.

Но пока это все равно дико дорого, уронить такую штуку в два раза больнее, чем сам беспилотник. — Сегодня я вижу падение цены и появление китайских моделей. Второй мавик стоит около 120. Тепловизор, который может что-то прилично показывать, стоит больше 600 тысяч. Если за один тепловизор мы можем купить шесть мавиков без тепловизора, естественно мы будем действовать мавиками. Причем беспилотник уже может что-то показать, а для тепловизора нужны конкретные условия. Фантазировать, что мы найдем под кронами кого-то не стоит — мы никого не найдем, кроны не прозрачны для теплика.

Пока мы все это обсуждали, в лагере не было особой активности. Взлетали и садились беспилотники, где-то в дали лес обрастал маяками, но сигналов с них не поступало, хотя прошла уже половина отведенного времени.

На шестом часу я заметил, что ребята стали активно переговариваться по рациям, Максим засел за компьютер, очень встревоженный и серьезный. Я старался не лезть с расспросами, но через несколько минут он подошел ко мне сам, тихо выматерился. С маяков пришел сигнал. Но не с одного, а сразу с нескольких. Спустя время сигнал SOS трубили уже больше половины единиц.

Я бы в такой ситуации подумал, что это проблемы с ПО — не может же одинаковая механическая неисправность вылезти одновременно на таком количестве устройств.

Никаких проблем не было. — Мы прогоняли тесты двести раз. Это не может быть ПО.

Если хоть один из маяков сработал по нажатию, как его определить у Макса не было идей. Через несколько часов база была переполнена ложными сигналами и кучей ненужных данных. Тем не менее, он сел и стал вручную перебирать все, что приходило с устройств.

Тогда, возможно, ребята бы засекли передвижение на одной из единиц. Теоретически, настоящий потерявшийся мог бы найти маяк, взять его с собой и пойти дальше. Тоже возьмет или пойдет на базу без устройства? Как поведет себя статист изображающий потерявшегося?

Они сгрузили фотографии и нашли на одной из них очень четкие следы человека. Около шести часов в штаб прибежали ребята, которые занимались беспилотником.

Ребята посмотрели на координаты, сопоставили фото с картой и увидели, что она находится на самом краю их зоны полета. Следы проходили тонкой полоской между деревьев и скрывались за пределами фотографии. Фотография была сделана больше пяти часов назад. Следы уходят на север, туда, куда беспилотник не полетел. Ему ответили: «сейчас время нашего пролета». По рации кто-то спросил, который час.

В них было заложено нечто вроде отложенной активации. Макс продолжал копаться в базе и обнаружил, что все маяки начинали сигналить через одно и то же время. То есть, маяк должен был ожить и начать издавать звуки через полчаса после вылета. Чтобы кнопка не сработала во время перелета и падения, ее деактивировали на время доставки. Но вместе с активацией у всех срабатывал и сигнал SOS.

А пойти не так могло многое. Ребята достали несколько маяков, которые не успели отправить, расковыряли, начали перебирать всю электронику, пытаясь найти, что могло пойти не так. Решение было найдено довольно поздно, поэтому несколько сотен маяков собирали руками в последний момент. Когда электронику тестировали, она еще не была упакована в корпус, который мог выдержать сброс.

До конца поисков оставался один час. Макс в это время перебирал вручную все сообщения от маяков в базе.

Наконец, Макс вышел из шатра и сказал: Все нервничали, я тоже.

— Напиши там в своей статье, чтобы никогда не забывали экранировать.

Поскольку корпус для маяков появился очень поздно, всю электронику приходилось упаковывать компактнее задуманного. Разобрав несколько маяков, парни зацепились за теорию. А из-за того, что времени поджимало, ребята не успели экранировать провода.

Этот маяк был доставлен в лес не на беспилотнике, ребята принесли его сами и привязали к дереву рядом с одной из дорог. Через несколько минут в базе нашелся сигнал с устройства, которое сработало намного позже остальных. Если кнопку и правда нажал статист, то из-за шума сигнал от него не могли распознать несколько часов. Сигнал с него поступил в полвторого, а сейчас на часах была уже половина восьмого.

Тем не менее, ребята воспряли духом, быстро выписали координаты маяка и время активации и тут же побежали фиксировать находку.

Как среди кучи сломанных маяков, мог найтись один сработавший по-настоящему? На кону стояло многое, и технические эксперты отнеслись к находке с недоверием. Ребята второпях пытались объяснять.

Замена корпуса привела к тому, что у вас перестали работать сигналы после падения?
— Не совсем так. — Давайте на шаг назад вернемся.

— Это связано с корпусом?
— Это связано с тем, что кнопка SOS срабатывала до того момента, как должна срабатывать.

Звуковой сигнал давал пик-пик, 12 В преобразовывались в 40 В, давалась наводка на провод, и наш контроллер думал, что кнопка нажата. — Она активировалась при падении?
— Не при падении, а при срабатывании звукового сигнала. Это пока предположения, но очень похоже на правду.

Не может она давать такие наводки. — Очень странно. Причина ложных срабатываний с точки зрения схемотехники?
— Я сейчас объясню, все просто. Я сильно сомневаюсь. В данный момент некоторые провода, в том числе провод от кнопки, проходят непосредственно рядом с вот этой штукой. Раньше корпус был шире и расстояние между элементами было больше.

И не только с ним. — Это трансформатор?
— Да. Еще рядом находится антенна 1 Вт. Он поднимает на 40 В, это повышайка. При передаче мы получаем определенное сообщение, и тут же оно переходит в состояние SOS.

— Кнопка как у вас завязана на проц?
— Просто на GPIO повесили, с подтяжкой нижней.

— Вы повесили кнопку напрямую на порт, подтянули ее вниз и любой сигнал, который по ней проходит, сразу запрыгивает наверх, так?
— Ну, получается так.

— Тогда похоже на правду.
— Я тоже уже понял, что надо было тянуть не так.

У нас есть несколько таких маяков. — Не пробовали заматывать провода фольгой?
— Пробовали.

Не когда идет сигнал по гудку, а когда наступает время активации маяка. — Хорошо, вы увидели, что когда сигналы идут по гудку, и когда идет сигнал по антенне, у вас …
— Не совсем так. Там определенная временная задержка. Кнопка отсечена, для того чтобы она случайно не нажалась об ветку или еще что-то там, когда летит в самолете. Никаких задержек, ничего, все элементы начали сразу подниматься и работать, и в этот момент происходит срабатывание кнопки. Когда приходит время включения, активации кнопки, то включается весь маяк, как будто взяли и сомкнули ему питание.

— Почему тогда не все так срабатывают?
— Потому что есть погрешность.

Сколько изделий работали по ложным срабатываниям? — Тогда следующий вопрос. Больше половины?
— Больше.

Он взял коробку, в которой была отдельная партия маяков, и фактически расставил те маяки, у которых не было такой погрешности. — Как из них вы вычленяли один, который подали как координаты пропавшего?
— Наш капитан поехал на машине в наиболее вероятные зоны и разносил маяки вручную. Мы провели аналитику данных, которые собрали, вычленили из всех, которые не начали кричать SOS в то время, когда он должен активироваться и вышли на маяк, который начал кричать SOS гораздо позже, чем 30 минут.

Мы проанализировали координаты — это недалеко от места, где по легенде появился человек. — Допускаете ли вы что там сначала не было ложного срабатывания, а потом оно могло появиться?
— Ну вы знаете, больше 70 минут с момента оживления маяка он простоял.

За полчаса до конца поисков у команды, наконец, приняли координаты пропавшего. Похоже было на реальное чудо. В лесу гора маяков, больше половины сломались. Хуже того, половина маяков из той партии, что расставляли вручную — сломалась тоже. И на территории в 314 квадратных километров, усыпанной сломанными маяками, статист нашел рабочий.

Но команда пошла праздновать возможную победу, а я, после одиннадцати часов на холоде, мог со спокойной душой покинуть лагерь. Требовалось только это проверить.

21 октября, примерно через неделю после испытания, мне пришел пресс-релиз.

Все разработки, представленные в финале, были доработаны на средства грантового фонда АФК „Система” в размере 30 млн рублей. По итогам финальных испытаний проекта „Одиссея”, направленного на разработку технологий эффективного поиска пропавших в лесу, лучшим технологическим решением была признана комплексная система радиомаяков и беспилотных летательных аппаратов команды «Стратонавты».

Кроме Стратонавтов перспективными признали еще две команды — «Находку» из Якутии и «Вершину» с их тепловизором. «До весны 2020 года команды совместно с отрядами спасателей будут продолжать тестировать свои технические решения, участвуя в поисковых операциях в Московской, Ленинградской областях и Якутии. Это позволит им доработать свои решения под конкретные задачи поисков», — пишут организаторы.

Координаты, которые они передали, оказались неверными — статист не находил этот маяк, и ничего не нажимал. MMS Rescue не упомянули в пресс-релизе. И поскольку идея со сплошным засеиванием леса не нашла отклика у экспертов, от нее отказались. Все-таки, это было очередное ложное срабатывание.

Они были лучшими и в полуфинале. Но и Стратонавты тоже не справились с задачей в финале. Тем не менее эксперты признали их технологический комплекс лучшим. Тогда на площади 4 квадратных километра команда нашла человека всего за 45 минут.

Возможно, потому что их решение — золотая середина между всеми остальными. Это аэростат для связи, беспилотники для съемки, звуковые маяки и система, которая в реальном времени отслеживает всех поисковиков и все элементы в режиме реального времени. И как минимум эту систему можно брать и оснащать ей настоящие поисковые отряды.

Мы пока еще не на том этапе, когда по лесу ходят человечки из Boston Dynamics, а мы курим на опушке и ждем, когда они принесут нам пропавшую бабушку. — Поиск сегодня — это по-прежнему каменный век с редкими вспышками чего-то нового, — говорит Георгий Сергеев, — Разве что ходим мы не с обычными факелами, а со светодиодными. Надо будоражить сообщество — нам нужны думающие люди. Но если не двигаться в эту сторону, не двигать всю научную мысль, ничего и не будет.

Показать больше

Похожие публикации

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»