30 October 2019

Биорадиолокатор, картонный беспилотник и летающая сосиска — Никита Калиновский о хороших и плохих поисковых технологиях

Search enginesGeoinformation servicesManufacture and development of electronicsSystems engineering


Несколько дней назад завершился конкурс «Одиссея», в котором инженерные команды искали самую лучшую технологию для поиска пропавших в лесу людей. Летом я рассказывал о полуфинале, а вчера выложил большой репортаж с финала.

Организаторы поставили колоссально сложную задачу — найти двух человек на территории в 314 км2 за 10 часов. Идеи были разные, но (спойлер) не справился никто. Одним из технических экспертов конкурса выступил Никита Калиновский. Я обсудил с ним участников, их решения, а также расспросил, какие еще идеи запомнились на протяжении всех этапов конкурса.

Если вы уже прочитали репортаж о финале, некоторые реплики встретятся вам и здесь. Это просто полное интервью с минимальным редактированием.



Если же вы не читали еще не одну статью из этого цикла, я вкратце перескажу контекст.

В предыдущих сериях
Фонд АФК «Система» запустил конкурс «Одиссея», чтобы найти способы внедрить современные технологии в поиск людей, которые потерялись в дикой природе без средств связи. Из 130 команд в финал вышли четыре команды — только они смогли найти людей в лесу площадью 4 км2 два раза подряд.

Команда «Находка», основанная ветеранами Службы спасения Якутии. Это поисковики с огромнейшим опытом в реальных лесных условиях, но пожалуй наименее продвинутая в плане технологий команда. Их решение — большой звуковой маяк, который с помощью особой конфигурации сигнала отчетливо слышно на расстоянии вплоть до полутора километров. Человек приходит на звук и отправляет с маяка сигнал спасателям. Фишка не столько в технологии, сколько в тактике ее использования. Инженеры-поисковики используют минимум маяков, чтобы оградить периметр поиска и, постепенно его сужая, найти человека.

Команда «Вершина» — полная противоположность «Находки». Инженеры полностью полагаются на технологии и вообще не используют наземных сил. Их решение — беспилотники оснащенные кастомизированными тепловизорами, фотокамерами и громкоговорителями. Поиск среди отснятых материалов тоже ведут алгоритмы, а не люди. Несмотря на скепсис многих экспертов о бесполезности тепловизоров и низком уровне алгоритмов, «Вершина» несколько раз находила людей и в полуфинале, и в финале (но не тех, что нужно).

«Стратонавты» и MMS Rescue — две команды, которые используют целый комплекс решений. Звуковые маяки, аэростаты для установления связи на территорией, беспилотники с фотосъемкой и трекеры поисков в реальном времени. Стратонавты были лучшими в полуфинале, потому что находили пропавших быстрее всего.

Звуковые маяки стали самым эффективным и распространенным решением, но с их помощью можно найти только человека, который способен двигаться. У лежачего человека шансов почти нет. Кажется, что его лучше всего искать тепловизором, но тепловизор ничего не видит сквозь кроны, а также с трудом выделяет тепловые пятна от людей среди всех остальных объектов в лесу. Фотосъемка, алгоритмы и нейросети — перспективные технологии, но пока плохо себя показывают. Экзотические технологии тоже были, но в каждой из них было больше ограничений, чем преимуществ.





— Чем вы занимаетесь вне конкурса?
— Группа компаний INTEC, город Томск. Основная сфера — это промышленный дизайн, разработка электроники и программного обеспечения, в том числе встроенного. У нас есть свое небольшое опытное и мелкосерийное производство, мы помогаем довести продукт от идеи до массового производства. Один из наших наиболее известных проектов это проект «NIMB», который мы разрабатывали с 2015 года. В 2018 году мы с этим проектом получили премию Red Dot Design Award. Это одна из наиболее престижных премий в мире промышленного дизайна.

— Что эта штука делает?
— Это кольцо безопасности, тревожная кнопка, которую нажимает пользователь, при наступлении тревожного события. Выглядит как обыкновенное кольцо на палец. На его нижней части расположена кнопка, внутри Bluetooth-модуль для связи со смартфоном, микроэлектромотор для тактильной индикации, аккумулятор, трехцветный светодиод. В базе лежит комбинированная гибко-жесткая плата. Основная часть корпуса металлическая, крышка пластмассовая. Это достаточно известный проект. В 2017-том году они собрали порядка 350 тыс. долларов на Кикстартере.

— Как вам здесь? Команды оправдывают ожидания?
— В одних командах люди обладают большим опытом поиска, не раз бывали в лесу, не раз проводили такие мероприятия. Они хорошо понимают, как найти человека в реальных условиях, но они очень плохо понимают в технике. В других командах ребята очень хорошо разбираются в технике, но совершенно не представляют, как передвигаться по лесу, в летних, зимних, осенних условиях.

— Золотой середины нет?
— Пока не видел ни разу. Общее мнение всех экспертов такое: если все команды объединить, вогнать их в единую коллаборацию, заставить объединить решения, взять самое лучшее из каждого и реализовать, то получится очень крутой комплекс. Его естественно нужно допилить, довести до вменяемого продуктового состояния, привести в конечный товарный вид. Однако это будет очень крутое решение, которое реально можно использовать и которое реально будет спасать жизни людей.

Но по-отдельности каждое из решений не является эффективным в полной мере. Где-то не хватает всепогодности, где-то не хватает круглосуточности, кто-то не ищет людей без сознания. Всегда нужно подходить комплексно и самое главное, всегда нужно понимать что есть определенная теория поиска людей и комплекс должен соответствовать этой теории.

Сейчас решения сыроваты. Здесь можно увидеть два класса проектов: первый — очень простые и очень надежные системы, которые работают. Те звуковые сигнальные маяки, которые притащили ребята из Якутии, команда «Находка» — уникальный аппарат. Видно, что его делали люди с большим опытом. Технически он очень прост, это обыкновенный пневмо-сигнал с модулем LoRaWAN и с развернутой на ней MESH-сетью.

— Что в ней такого уникального?
— Ее слышно за полтора километра в условиях леса. У многих других такого эффекта не наблюдается, хотя уровень громкости примерно одинаковый у всех. Но правильно подобранная частота и конфигурация пневмо-сигнала дают такие результаты. Мною лично звук был зафиксирован на дистанции примерно 1200 метров, с очень хорошим пониманием что это действительно звук сигнала и направление на него. В реальных условиях эта штука работает отлично.

— При этом она выглядит самой не технологичной.
— Это действительно так. Они сделаны из куска ПВХ трубы, при этом наиболее простое, надежное и очень эффективное решение. Но со своими ограничениями. Мы не можем взять и с помощью этих аппаратов найти человека, который находится без сознания.

— Второй класс проектов?
— Второй класс — это сложные технические решения, которые реализуют различные специфические модели поиска — поиск с помощью тепловизоров, совмещение тепловизионного и трехцветного изображений, беспилотники и прочее.

Но, там все очень сырое. Местами используются нейросетки. Они развернуты на персональных компьютерах, на платах nvidia jetson, на самих летательных аппаратах. Но все это еще недоученное. И как показала практика, применение линейных алгоритмов в данных условиях сработало гораздо эффективнее, чем нейросети. То есть определение человека по пятну на изображении от тепловизора, с помощью линейных алгоритмов, по площади и по форме объекта, дало гораздо больший эффект. Нейросеть же не нашла практически ничего.

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

— Говорят, что нейросети — это перспективно. Если их сделать классно, то они будут работать. Про тепловизор же, наоборот, говорят, что это бесполезно в любом случае.
— Тем не менее, факт был зафиксирован. Тепловизор реально ищет людей. Как и в случае с нейросетями, надо понимать, что мы говорим об инструментах. Если мы берем микроскоп, то чтобы рассмотреть мелкие объекты. Если мы забиваем гвоздь, то микроскопом лучше не пользоваться. С тепловизором и нейросетями все то же самое. Нормально настроенный, правильно примененный в нужных условиях инструмент дает хороший результат. Если мы применяем инструмент не там и не так, естественно что результата мы не получим.

— Ну а как применить тепловизор, если здесь говорят, что даже гниющий пень дает больше тепла, чем пропавшая бабушка?
— Не больше. Проверяли, смотрели — не больше. Человек имеет четкий паттерн. Нужно понимать, что человек — это очень специфический объект. Причем в разное время года это разные объекты. Если мы говорим про лето, то это человек в легкой маечке или в футболке или в рубашке, которая светится мощным пятном на тепловизоре. Если мы говорим про осень, про зиму, то мы видим закрытую капюшоном голову с остатком теплового следа который выбивается из под капюшона или из под шапки, светящиеся руки — все остальное скрыто одеждой.

Поэтому человека видно в тепловизор, однозначно видно, я сам это своими глазами видел. Другое дело что точно так же хорошо видно кабанов, лосей, медведей, и надо очень четко фильтровать, что мы все-таки наблюдаем. Одним тепловизором точно не обойдешься, нельзя просто взять, показать на тепловизор и сказать, что он решит все наши проблемы. Нет, должен быть комплекс. Комплекс должен включать в себя трехцветную камеру, которая дает полноцветное изображение либо монохром с подсветкой светодиодами. Он должен быть с чем-то еще дополнительным, потому что сам тепловизор дает просто пятна.

— Из тех команд, что сейчас в финале, кто круче всего?
— Любимчиков нет, по-честному. В каждого могу бросить солидный кирпич. Скажем так, мне очень понравилось решение первой команды «Вершина». Как раз у них был тепловизор плюс трехцветная камера. Понравилась именно идеология. Ребята ищут техническими средствами не привлекая наземные силы, у них вообще не было мобильных экипажей, они искали только беспилотниками, при этом они нашли людей. Не буду говорить, нашли они того, кого нужно, или нет, но людей они находили и находили животных. Если сопоставить по координатам объект на тепловизоре и объект на трехцветной камере, то мы сможем идентифицировать объект и определить человек ли там.

У меня есть вопросы по реализации, синхронизация тепловизора и камеры была сделана небрежно, ее там вообще практически не было. В идеале в системе должна быть стереопара, одна монохромная камера, одна трехцветная и тепловизор, и они все работают в единой системе времени. Здесь же этого не было. Фотоаппарат работал в отдельной системе, тепловизор — в отдельной, и у них возникали из-за этого артефакты. Будь скорость беспилотника чуть повыше, это дало бы уже очень сильные искажения.

— Они летали на коптере или был самолет?
— Коптера здесь не было ни у кого. Вернее коптеры запускались у одной из команд, но это была чисто техническая функция для обеспечения связи в районе поиска. На них вешался лоровский ретранслятор, и он обеспечивал связь в радиусе 5-ти километров.

В итоге все поисковые летательные аппараты здесь самолетного типа. Это влечет за собой свои проблемы, потому что взлететь и посадить не просто. Например вчера погодные условия не дали команде «Находка» запустить свой беспилотник. Но я бы сказал так — беспилотник, который состоял у них на вооружении, им бы не помог в том виде, в каком он сконфигурирован сейчас.

— В полуфинале они хотели использовать беспилотник только для ретрансляции.
— Беспилотник у «Находки» был сделан для фото-видеосъемки и оповещения. Там стоит сигнальный оповещатель, тепловизионная камера и цветная камера. По крайней мере это, то что я от них слышал. Они его даже не распаковывали вчера. Как привезли, так и стоял запакованный. Но даже если бы они его достали, скорее всего не воспользовались бы им. У них совершенно другая тактика — они искали ногами.

Сегодня ребята хотят засеять лес маяками и найти человека с помощью них. Это решение мне нравится меньше всего. У меня есть большие сомнения, что они потом их соберут те 350 маяков, которые сюда притащили. Вернее как, мы их заставим собрать, но не факт что они соберут все. Больше всего мне понравилось решение первой команды, потому что оно предполагает полный отказ от наземных сил.

— Только из-за этого? Ведь если реально взять количеством такую огромную площадь, может быть сработает.
— Оно скорее всего сработает, но ни конфигурация сбрасывания, ни конфигурация самих маяков мне не понравилась.

— Остался кирпич для Cтратонавтов.
— У Стратонавтов классное решение. Если бы они его сделали так, как хотели сделать, у них бы все получилось. Но у них так же возникли проблемы с летающими аппаратами.

У них сделана система обеспечения групп поиска. Основной упор сделан на мобильные наземные силы. Им выдаются маяки, обеспечивается связь с группами и связь с наземными маяками для развертывания групп поиска в нужных точках и в нужных направлениях. У них есть аэростаты с ретрансляторами, которые обеспечивают связь над районом. У них есть наземные стационарные маяки, но их очень мало, и они сами признаются, что сделали их в последний момент, и у них это не является основной тактической единицей — они их сделали ради пробы. Их достаточно мало и они особого вклада в тактику не внесли.

Основная тактика была в том, что у каждого поисковика в группе есть свой персональный трекер, который объединен в единую информационную сеть вместе со штабом. Они хорошо видят, кто в каком месте находится. Идет прочесывание в реальном времени, корректируется направление.

— Все выглядит так, что реально хочется соединить в одно.
— Да, абсолютно так. Мы с Григорием Сергеевым ходили, он смотрит и говорит – «Блин, какая крутая штука, мне бы ее», приходим к другим – «Блин, какая крутая штука, мне бы вот ее», приходим к третьим – «Блин, какая крутая штука, я бы там-то и там-то нашел человека».

По-отдельности они секторально являются неплохими решениями для тех или иных условий. Если их объединить, тогда получается очень неплохой комплекс, у которого есть единое поле связи, есть развертывание системы на большую дальность с помощью аэростатов, есть система трекинга и управления наземными силами в реальном времени, есть маяки, которые бьют на достаточно большую дальность и могут при правильном использовании и рассечении области поиска на сектора обеспечить сигнализацию человеку, чтобы он на них выходил, и дальше уже все превращается в дело техники. Есть лётная погода — одни силы используются, нет летной погоды — другие, ночь — третьи.

— Но это же все катастрофически дорого.
— Что-то дорого, что-то нет.

— Например, один беспилотник, который сейчас взлетает, стоит, наверное, как Боинг.
— Да, стоимость у них достаточно высокая. Но надо понимать, что при правильном использовании это одноразовая покупка. Нужно один раз купить, а потом просто возить по стране и применять. Такое одноразовое вложение в умелых руках прослужит достаточно долго если правильно обслуживать и эксплуатировать.

— Когда вы смотрели заявки на конкурс, там было что-то такое, что вам понравилось, но не прошло в финал?
— Там было очень много смешного.

— Что самое смешное запомнилось?
— Очень запомнились биорадиолокаторы, подвешенные на аэростате. Я долго смеялся.

— Даже страшно спрашивать, что это такое.
— Фишка в том, что это действительно хороший способ определения. Биорадиолокация направлена на то, чтобы определять именно биологические живые объекты на фоне всего остального, что отражается. Обычно используется колебание грудной клетки, пульс. Для этого применяются очень высокочастотные радары под 100Ггц, они светят на достаточно хорошее расстояние и просвечивают лес в глубину на 150 на 200 метров.

— Почему тогда смешно?
— Потому что эта штука работает только когда установлена стационарно, а они ее захотели повесить на аэростат. И говорят — «это стационарный объект». Вот мы сейчас смотрим на аэростат, его постоянно колбасит, а на него хотят повесить штуку, которая должна намертво быть прикручена к земле, иначе там картинка будет такая, что на ней вообще ничего не будет понятно.

Еще очень смешные были картонные беспилотные летательные аппараты.

— Картонные?
— Да, картонные беспилотники. Это было очень смешно. Самолет, склеенный из картона и покрашенный лаком. Он летал просто как Бог на душу положит. Ребята хотели, чтобы он летел в одну сторону, а он летел куда угодно, только не в ту, которую нужно, и в итоге разбился, избавив себя от мучений.

Очень смешной был «летающий бублик, который может быть переконфигурирован в летающую сосиску» — реальная цитата из заявки. Берется внешняя оплетка пожарного шланга, снимается резина, надувается и становится длинной трубой, закрученной с двух сторон. Они его связывает, и получается летающий бублик, на который вешают камеру. И что бублик может быть легко преобразован в летающую сосиску — над сосиской ржали все. Зачем, почему сосиска — не понятно, но это было очень смешно.

— Я слышал про кубы, которые ставят на землю, и они считывают вибрации и шаги.
— Да, действительно, были такие вещи. Надо понимать, что штука на самом деле достаточно рабочая. Я знаю несколько коммерческих продуктов, которые именно так и работают. Это сейсмограф, настроенный на безопасность, для систем обеспечения периметра. Но эта штука используется исключительно для объектов критической инфраструктуры и военных объектов. Я знаю, что на газоперекачивающих станциях стоят трехуровневые системы контроля доступа, первый из которых — как раз сейсмографы.

— Звучит вроде перспективно. Почему тогда нет?
— Дело в том, что одно дело охранять замкнутый периметр объекта критической инфраструктуры с небольшой площадью, а другое — засеять этими сейсмографами весь лес. Дальность у них очень небольшая, и самое главное, что ты с трудом можешь отличить бегущего кабана, бегущего человека и бегущего медведя. Теоретически можно конечно, если правильно матаппарат включить, но это все сильно усложняет технику, есть методы гораздо проще, как мне кажется.

Всем рекомендовали идти в четвертьфинал, всем рекомендовали попробовать свои силы. Те, кого мы здесь видим, это те, кому реально удалось найти людей. Все остальные людей не нашли, поэтому конкурс, как мне кажется, достаточно объективный. Можно, например, доверять мнению экспертов, можно не доверять, но факт остается фактом — нашли или не нашли.
Tags:Одиссея
Hubs: Search engines Geoinformation services Manufacture and development of electronics Systems engineering
+32
4.8k 19
Leave a comment
Top of the last 24 hours