Обмен знаниями: Как работает система сбора и обработки данных для беспилотных лодок, используемых для тушения пожаров и спасения? 

Поддержка данных для беспилотных надводных аппаратов (БНА) в процессе пожаротушения и спасения на протяжении всей оперативной логики

Общая архитектура разделена на четыре уровня: «Сбор данных с борта судна → Предварительная обработка данных на борту → Многоканальная передача данных → Анализ и расчеты в командном центре → Обратная связь управления → Замкнутый контур выполнения на месте», образуя замкнутый контур двусторонней передачи данных в реальном времени для поддержки всего процесса автономного пожаротушения, поиска и спасения персонала и мониторинга опасностей.

I. Первый уровень: Собственный уровень мониторинга (сбор исходных данных, источник данных)

Множество датчиков, расположенных по всему судну, одновременно собирают четыре категории исходных данных: данные об окружающей среде, состоянии корпуса, пожарной обстановке и спасательных работах, которые затем единообразно агрегируются на бортовой промышленной управляющей плате:

1. Данные о позиционировании и ориентации: двухрежимное RTK-позиционирование Beidou + GPS (точность позиционирования 1-3 м), инерциальный гироскоп IMU и электронный компас, собирающие данные о широте и долготе, скорости, крене/тангаже корпуса и курсе для определения собственных координат беспилотного надводного судна.

2. Данные об обнаружении пожара: инфракрасная тепловизионная камера, датчики температуры и высокоточный поворотный модуль видимого света собирают данные о координатах точки возгорания, температуре пламени, диапазоне зоны задымления и типе горения; оснащен газовыми датчиками для мониторинга концентрации легковоспламеняющихся летучих газов и прогнозирования риска дефлаграции.

3. Данные об обходе препятствий окружающей среды: LiDAR, миллиметровый радар, гидролокатор бокового обзора и ультразвуковые датчики идентифицируют плавающие объекты, рифы, затонувшие суда, людей в воде и подводные препятствия; одновременно собирают гидрологические данные о скорости ветра, расходе воды и высоте волн.

4. Данные о работе оборудования: датчики давления водяного насоса, энкодеры водяной пушки и датчики напряжения питания собирают данные об угле возвышения/поворота пожарного монитора, давлении воды, оставшемся заряде батареи, уровне топлива и состоянии запуска/остановки водяного насоса.

5. Данные для поиска и спасения: камера распознавания на воде (алгоритм глубокого обучения YOLO) в режиме реального времени фиксирует координаты контуров людей на поверхности воды, генерируя данные о местоположении для поиска и спасения.

II. Второй уровень: встроенный уровень граничных вычислений (локальное подавление шума и предварительная обработка данных)

Встроенный граничный хост (Jetson/промышленный ARM) выполняет обработку данных на месте, уменьшая передачу некорректных данных и обеспечивая автономное реагирование на чрезвычайные ситуации:

1. Слияние данных и подавление шума: Алгоритмы слияния данных с нескольких источников от датчиков устраняют ошибки шума, вызванные ветром, волнами и водяным туманом, унифицируют систему координат и преобразуют разрозненные точечные данные в единые геодезические координаты.

2. Локальное автономное принятие решений: В случае потери удаленной связи система автономно планирует свой курс и автоматически избегает препятствий, используя алгоритмы A* и DWA; она автоматически рассчитывает угол возвышения, выход воды и параметры направления распыления пожарного монитора на основе расстояния до источника пожара и температуры, обеспечивая управление операциями по тушению пожара на месте.

3. Иерархическая упаковка данных: Система различает «высокоприоритетные данные (координаты пожара, видео, отказ оборудования)» и обычные данные (местоположение, гидрология). Высокоприоритетные данные загружаются первыми, а видео сжимается с использованием H.265 для экономии полосы пропускания.

III. Третий уровень: Многоканальный резервированный уровень передачи (двусторонняя связь)

Используя систему «многоканальной автоматической коммутации резервированной сети», гарантируется передача и прием данных в различных сценариях, включая ближние, дальние расстояния и сценарии обрыва связи. Восходящий канал передает собранные данные, а нисходящий канал передает команды управления:

1. Ближний радиус действия (≤5 км): Сетчатая самоорганизующаяся сеть + промышленная радиосвязь + Wi-Fi, обеспечивающая межсудовую связь для передачи данных о пожарах и поисково-спасательных операциях, а также скоординированные действия по тушению пожаров с задержкой <200 мс.

2. Средняя и большая дальность действия (5-30 км): общедоступная сеть 4G/5G (зашифрованный протокол MQTT), передача видео высокой четкости и полных данных с датчиков в режиме реального времени, доступная в режиме реального времени с мобильных устройств в пожарных машинах.

3. Акватории сверхдальнего действия без общедоступных сетей: служба коротких сообщений Beidou + спутниковая мобильная связь, узкополосная передача местоположения, сообщений об опасностях и состояния оборудования, обеспечивающая минимальный объем передаваемых данных в изолированных водах.

> Правила связи: система отслеживает отношение сигнал/шум канала в режиме реального времени; автоматически переключается на резервный канал при ухудшении сигнала; при прерывании связи судно автоматически переключается в локальный автономный режим работы.

IV. Четвертый уровень: Уровень приложений для берегового/командного центра (анализ больших данных + выдача команд)

Платформа управления пожарной безопасностью подключается к электронной морской карте и базе данных пожарной аварийной ситуации для проведения анализа данных, оценки ситуации и генерации команд:

1. Ввод и анализ данных: Получает полные данные от беспилотных надводных судов (БНС) и в режиме реального времени отмечает на электронной морской карте местоположение БНС, координаты горящего судна, опасные зоны и местоположение персонала в воде. Данные с нескольких БНС отображаются одновременно на одном экране.

2. Поддержка больших данных на бэкэнде

Извлекает исторические гидрологические данные и архивы судов, а также оптимизирует расположение пожарных станций на основе данных о расходе воды в режиме реального времени;

Извлекает данные о соотношении огнетушащих веществ и эталонные данные о давлении воды в зависимости от типа пожара (нефтяной пожар/открытое пламя на грузовом судне) для помощи в настройке параметров;

Создает комплексную тепловую карту пожара на основе данных, полученных с нескольких беспилотных надводных аппаратов (БНА), и управляет несколькими БНА для тушения пожаров и поисково-спасательных работ в конкретных районах.

3. Выдача команд в замкнутом контуре: Командиры выдают команды на платформе для изменения маршрута, включения/выключения водометов, регулирования потока и развертывания спасательных кругов. Данные передаются обратно на подводную лодку по каналу связи. Бортовые исполнительные механизмы получают данные, регулируют оборудование, и новые оперативные данные передаются обратно в бэкэнд, образуя систему управления с замкнутым контуром.

V. Дополнение: Механизм резервного копирования данных в автономном режиме/в случае чрезвычайной ситуации

1. Полная потеря связи: Подводная лодка использует локально хранящиеся электронные карты и алгоритмы периферийных вычислений, применяя существующие данные датчиков для автономного выполнения заранее определенных задач по тушению пожаров/поиску и спасению. Все данные кэшируются и передаются пакетами в бэкэнд после восстановления связи.

2. Анализ после происшествия: Все исходные данные, журналы команд и видеозаписи архивируются в базу данных пожарной безопасности для анализа происшествий и оптимизации работы оборудования.