Общая характеристика объекта автоматизации

Охранные системы в сельском хозяйстве практически в большинстве случаев не автоматизированы и до наших дней патрулируются охранниками, система призвана заменить патрулирующего охранника и способна решать аналогичные задачи непрерывно, не покидая маршрут патрулирования.

К опасным объектам на территории ЗАО «Щелковохлеб» относятся:

- Электрическая подстанция 110/10 кВ;

- Здания и сооружения котельной установки;

- Складские помещения для хранения химических веществ;

- Помещение для хранения, погрузки, наполнения в тару муки;

 

2.2. Основные функции, выполняемые охранным роботом:

1. Обеспечивает автономное, без необходимости управления оператором, перемещение изделия между позициями видеонаблюдения по территории охраняемого объекта.

2. Система видеослежения с развитыми функциями видеоаналитики, обеспечивающая обнаружение и слежение за человеком, в случае фиксирования тревожной ситуации передаёт изображение и включает сигнал тревоги на центральный пульт управления.

3. В ряде случаев маршрут следования мобильной платформы может быть задана оператором с центрального пульта.

4. При обнаружении человека рядом с опасным объектом, охранный робот передает сигнал для закрытия, блокировки ограждений и дверей.

Модель современной охранной системы представляет собой интеллектуальную систему (робота) выполненную в виде самостоятельно двигающейся по заданному пути миниатюрной мобильной машины, оснащенной современной электроникой наблюдения и контроля охраняемой территории. Робот продвигается по территории практически бесшумно.

Автономная система патрулирования в сочетании с традиционным размещением стационарных камер на ключевых позициях позволит обеспечить эффективное видеонаблюдение и круглосуточную охрану в течение 7 дней в неделю, независимо от погодных и климатических условий.

5. В комплект поставки охранного робота Трал Патруль включен планшетный компьютер с предустановленным программным обеспечением.

На экране планшетного компьютера сотрудник службы безопасности видит карту охраняемой территории и местоположение роботов. В случае тревоги или иной чрезвычайной ситуации предусмотрена возможность выбора необходимого робота, и отображение в режиме реального времени видеоизображения всех панорамных и поворотной камер. Видео от камер записывается, и доступно оператору в режиме просмотра видеоархива.

6. Маршрут движения роботов, позиции наблюдения и время нахождения на них задаются с планшета и могут оперативно корректироваться в процессе патрулирования. Текущее состояние систем охранного робота, заряд батарей,

робота, и отображение в режиме реального времени видеоизображения всех панорамных и поворотной камер. Видео от камер записывается, и доступно оператору в режиме просмотра видеоархива.

6. Маршрут движения роботов, позиции наблюдения и время нахождения на них задаются с планшета и могут оперативно корректироваться в процессе патрулирования. Текущее состояние систем охранного робота, заряд батарей,

потенциал канала связи, температуры систем, запас хода также отображаются на планшетном компьютере и дублируются цветовыми сигналами нижней фары робота.

7. Составление электронной карты местности.

Для автоматического движения робота по охраняемой территории необходимо составить электронную карту доступных путей проездов и выбрать позиции, оптимальных для видеонаблюдения. С этой целью осуществляется выезд специалистов СМП Сервис на территорию подлежащую патрулированию. Проводится проезд измерительного шасси для сколки путей проездов. Далее, инженер компании осуществляет обработку полученных данных, удаляет объекты, которые не могут служить надежными ориентирами и их положение может быть изменено, или они могут быть удалены с территории. Осуществляется тестовый автоматический проезд охранного робота. В случае возникновения сложных участков для навигации, в электронную карту вводятся дополнительные условия движения для надежной привязки к местности. Далее осуществляется тестовая эксплуатация в течении двух суток. В течении этих проездов уточняются условия надежного определения местоположения в ночное время. Далее электронная карта местности вводится в планшетный компьютер, и для упрощения работы охранника – оператора охранного робота, дополняется условными значками соответствующими общепринятой картой местности.

В зависимости от криволинейности и протяженности маршрута стоимость составления электронной карты составляет 15 -25 тыс руб на площадь в несколько гектар. Так же можно воспользоваться услугами составления электронной карты.

8. Обмен данными между роботом и планшетным компьютером оператора осуществляется посредством беспроводного WiFi соединения.

 

Данный охранный робот обладает следующими достоинствами:

- Панорамное видеонаблюдение, автоматическое наведение PTZ камеры на движение.

- Удаленное видеонаблюдение на планшетном компьютере, встроенный видеорегистратор.

- Перемещение между позициями наблюдения без участия оператора.

- Автоматический объезд препятствий и возврат при разряде аккумуляторных батарей.

- Время автономного патрулирования 12 часов.

- Запас хода без подзарядки 24 км.

- Малошумные электрические приводы.

 

 

Рисунок 2.1. Визуальное определение местоположения робота

 

Основная сложность разработки систем автоматического управления движением робота заключается в точном определении текущего местоположения. Для решения этой задачи существуют варианты использования сканирующих лидаров или высокоточных дифференциальных спутниковых систем.

В роботах серии «SRX» реализован принцип визуального определения местоположения робота. Назначение роботов этой серии — движениие по известному маршруту, координаты которого хранятся в бортовом компьютере робота в виде карты со множеством характеристик условий путей проездов. Более того, робот, многократно проезжая по одним и тем же участкам, может уточнять и накапливать данные о них на протяжении дня и ночи, сезонных или погодных изменениях окружающего ландшафта.

Всё это позволило успешно применить алгоритм визуального определения местоположения робота на основе анализа и последующего сравнения видеоизображений, полученных при первичном и последующем проездах.

Первичный проезд можно рассматривать как обучающий, в нём формируется набор ключевых кадров, которые позволяют сформировать базу данных, описывающую взаиморасположение устойчивых структур. При последующем автоматическом движении характеристики текущего изображения проверяются на тождественность описаний, хранящихся в базе данных, и, при их совпадении, осуществляется привязка к текущему местоположению.

В условиях циклических проездов робота по одному и тому же маршруту появляется возможность автоматического пополнения и уточнения базы данных взаиморасположения устойчивых структур на видео с курсовой камеры. Накопленные данные будут коррелировать со сменой дня и ночи, сезонными изменениями ландшафта, особыми погодными условиями. Расширенная база данных позволяет произвести достоверное сопоставление большому количеству текущих кадров видеоизображения к ранее обработанным и сохранённым кадрам известной траектории движения, тем самым достигнуть точного определения местоположения на большинстве участков траектории движения и, соответственно, повысить скорость автоматического проезда по известному маршруту.

Используемый метод визуального определения местоположения и управления движением позволяет переносить накопленную информацию о маршруте движения от одного робота к другому. Робот, проехавший по маршруту много раз, сформирует достаточно полную базу данных о его характеристиках. База данных может быть установлена на новый робот, который еще ни разу не проходил по данному маршруту, и он успешно проедет по нему с достаточной точностью и предельно возможной скоростью.

Возможность копирования и обмена данными о маршруте, накопленными алгоритмом визуального определения местоположения, особенно полезна при проездах по значительным территориям. На начальном этапе несколько роботов накапливают информацию на локальных участках, при достижении её достаточного качества, все данные объединяются в единую базу данных и представляют собой информацию о маршруте в целом. Объём этих данных позволяет каждому из роботов проехать все участки маршрута, не смотря на то, что конкретно этот робот там никогда не ездил. Информация о маршруте длительное время остается достоверной. Несмотря на естественные изменения ландшафта, адаптивность алгоритма позволяет скорректировать массив данных даже при значительных изменениях окружающей обстановки, а при последующих проездах снова пополнить его новыми данными.

Метод визуального определения местоположения позволяет обойтись без внешних, по отношению к движущемуся роботу, компонентов системы. Информации, полученной в результате обработки изображения окружающего ландшафта, достаточно для достоверного принятия решения о выборе пути движения. И это — коренное отличие описываемого подхода по сравнению с известным методом высокоточного вождения по данным от дифференциального приемника спутниковой навигационной системы. Такая система требует не только прямой видимости на спутниковую группировку, но и базовой корректирующей станции в зоне радиовидимости робота. В реальных условиях эксплуатации каналы связи, как со спутниками, так и с базовой станцией нельзя считать надежным. Даже в городском лесопарке с низкой плотностью деревьев получить достоверные данные от спутниковой навигационной системы практически невозможно, кроме того, существуют зоны радио тени, обусловленные застройкой. Высокочастотный спутниковый сигнал подвержен серьезному ослаблению даже во время незначительных осадков, мокрая листва деревьев вносит достаточное ослабление, чтобы сделать спутниковую группировку радио невидимой. В целом, метод высокоточного вождения по данным от дифференциального приемника спутниковой навигационной системы, хорош в условиях, для которых он и разрабатывался — для автоматического вождения сельскохозяйственной техники в чистом поле и, желательно, без дождя.

Достаточно давно существуют решения, основанные на разметке трассы проезда радиометками, однако, и у этого метода есть существенные недостатки. Разметить, даже ничего не стоящими RFID метками, маршрут в несколько километров представляется затруднительным, кроме того, надо понимать, что любое отклонение от маршрута, например, для объезда препятствия, приводит к тому, что робот полностью теряется в пространстве, и вернуться на маршрут он может либо по случайности, либо под управлением оператора.

Управление движением посредством анализа видеоизображений окружающей обстановки и визуального определения местоположения обеспечивает полную автономность движения наземного робота. И, в отличие от других рассмотренных методов, не требует ни внешней инфраструктуры, ни устойчивых каналов связи с дополнительным оборудованием.

Составление карты среды

 

Сначала формируется карта рабочей зоны робота, при этом внешняя среда дискретизируется, и каждому участку, содержащему препятствие, ставится в соответствие информация о типе этого препятствия. Также предполагается, что для определения проходимости участков среды используется дистантная сенсорная подсистема сканирования на основе лазерного дальномера, а определение пройденного пути осуществляется с помощью одометрической подсистемы с применением метода пассивного колеса. Построение карты происходит одновременно с исследованием внешней среды.

Пусть в начальный момент времени внешняя среда не исследована, а робот находится в центре свободного участка 0 (рис. 2.1), который считается началом координат создаваемой карты.

 

 

Рисунок 2.2. Траектория движения робота при составлении карты

 

Участки с номерами 1-8 считаются потенциально проходимыми. Для уточнения их проходимости робот осуществляет последовательное сканирование данных участков. Сканирование начинается с участка номер 1. Если данный участок свободен, то выполняется перемещение в среде в направлении центра первого участка как показано на рисунке 2.2. Причем величина перемещения равна максимальному из габаритных размеров участков, на которые дискретизируется среда. После этого считается, что робот переместился в центр следующего свободного участка. При этом координаты центра данного участка, рассчитываемые по формулам 2.2.1 и 2.2.2, наносятся на карту.

 

 

; (2.1)

. (2.2)

 

Здесь , – абсцисса и ордината центра предыдущего участка, – величина перемещения, – курсовой угол робота.

В формуле (2.1) выбирается знак «+», если i -й участок расположен правее i -1 и знак «-», если левее. В формуле (2.2) знак «+» выбирается, если i -й участок расположен выше, чем i -1-й, и «-», если ниже. Также наряду с координатами центра каждому участку ставятся в соответствие индексы смещения по координатным осям X, Y относительно начального участка 0 (рисунок 2.2). Это делается для того, чтобы упорядочить хранение карты среды в памяти робота в соответствии с индексами участков. После того, как робот нанес информацию о первом участке на карту, он сканирует проходимость участков 2, 3,..., 8 двигаясь против часовой стрелки по периметру участка 0, как показано на рисунке 2.2. Если какой-то из данных участков оказывается занятым, то робот определяет, находится ли на нем препятствие либо цель и вносит информацию о данном участке на карту. После обследования участков 1-8 робот расширяет зону исследований и переходит к сканированию участков 9-23 и т.д. Данный процесс продолжается до тех пор, пока во внешней среде не останется ни одного неисследованного участка. После этого в памяти робота формируется карта его рабочей зоны.

Исходя из этого, строим алгоритм составления карты местности (рис.2.3).

 

 

 

Рисунок 2.3– Алгоритм составления карты местности

 

 

 

Рисунок 2.4 - Структура системы управления мобильного робота.