Разработка и испытания прототипа программно-аппаратного комплекса для спасения людей с применением БПЛА и алгоритмов компьютерного зрения на основе искусственного интеллекта

Отчет: страниц — 54 , иллюстраций —18 , таблиц —3 , источников —14, приложений –3. СПАСЕНИЕ УТОПАЮЩИХ, НЕЙРОННЫЕ СЕТИ, ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ, БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ, НАВИГАЦИЯ, МАШИННОЕ ЗРЕНИЕ. Объектом исследования является система спасения утопающих, основанная на применении искусственного интеллекта для распознавания нестандартного поведения человека в прибрежной зоне и применении беспилотного летательного аппарата, для доставки спасательного средства. Целью настоящей научно-исследовательской работы является разработка прототипа программно-аппаратного комплекса распознавания утопающих для своевременного обнаружения и спасения людей, с целью снижения рисков несчастных случаев на воде. Методология исследования основана на внедрении технологий в области робототехники, компьютерного зрения и машинного обучения с целью создания программно-аппаратного комплекса системы спасения утопающих. В целом выполнены следующие задачи НИР: 1. Проведено исследование проблем спасения утопающих, разработана технология для распознавания утопающих с помощью дрона и искусственного интеллекта; 2. Разработаны модели и алгоритмы распознавания утопающих людей в море с использованием технологий искусственного интеллекта; 3. Разработана архитектура ПО на основе гипотезы распознавания утопающих с использованием технологии детекции мелких объектов, выполнено тестирование архитектуры на синтетических данных; 4. Разработана система связи с БПЛА с подбором протоколов уровней связи, выполнено тестирование уровней связи; 5. Разработан интерфейс управления, обеспечивающий стабильную передачу данных, выполнено его тестирование; 6. Разработан модуль для передачи видеопотока, реализован прототип десктопного приложения, разработан модуль анализа видеоизображения и калибровки; 7. Разработана конструкция БПЛА, произведен выбор оптимальной конструкции БПЛА и удерживающего спасательный жилет устройства. 8. Проведен сбор данных и обучение моделей 9. Выполнено исследование алгоритмов автономной посадки БПЛА, выбрана система локализации при посадке с помощью технического зрения. 10. Разработана клиентская часть программно-аппаратного комплекса, выполнено её развёртывание, проведена проверка работоспособности клиентской части. 11. Выполнена развертка моделей и модулей программного обеспечения и его испытание 12. Проведена сборка прототипа беспилотного летательного аппарата, выполнены тестовые полеты. 13. Выполнено испытание системы в условиях максимально приближенных к условиям эксплуатации системы спасения. Проверены системы распознавания, сброса спасательного средства, автономной посадки. Новизна исследования состоит в подтверждении реализуемости и экономической эффективности разработанного программно-аппаратного комплекса системы спасения утопающих при применении его специально обученным оператором-спасателем, а так же в возможности дальнейшего развития и модернизации системы для улучшения е функциональности и производительности. Результаты разработки системы спасения на основе компьютерного зрения и БПЛА могут быть применены в различных областях, где требуется быстрый и эффективный поиск и спасение людей. Это может быть поисково-спасательная операция в горах, лесах или на море, контроль транспорта на море и суше, мониторинг окружающей среды, включая лесные пожары и загрязнение водных ресурсов, а также в других областях, где требуется точность и скорость действий. Для внедрения системы спасения необходимо провести тщательный анализ места установки, произвести расчет потребности количества единиц комплексов на площадь, в зависимости от среднего количества посещающих пляжную зону, также необходимо провести обучение спасателей, и обеспечить ее надежную работу. Важно учитывать возможные риски и проводить регулярную проверку и обслуживание оборудования. Итогами внедрения разработанной системы могут быть повышение эффективности спасательных операций, сокращение времени реагирования, уменьшение риска для спасателей и увеличение шансов на спасение жизней. Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики представленной технологии позволяют сократить время обнаружения утопающего в 10 раз и увеличить скорость доставки спасательного средства на 40-50%. Регулярность повторения процесса наблюдения обеспечивает высокое качество исходных данных и результатов анализа. Экономическая эффективность системы спасения на основе компьютерного зрения и БПЛА может быть достигнута за счет уменьшения затрат на поисково-спасательные операции и сокращения времени реагирования на чрезвычайные ситуации. Кроме того, вне купального сезона система может быть использована для мониторинга прибрежной полосы, для контроля за общественным порядком и загрязнением окружающей среды. Прогнозируется, что в ближайшие годы спрос на системы спасения на основе компьютерного зрения и БПЛА будет расти, так как такие системы могут значительно снизить затраты на поисково-спасательные операции и повысить эффективность работы. Также ожидается, что развитие технологий искусственного интеллекта и робототехники будет продолжаться, что позволит улучшить функциональность и эффективность системы спасения. Однако, возможны изменения в правовом регулировании использования БПЛА и компьютерного зрения, что может повлиять на спрос на такие системы. Также возможны изменения в экономической ситуации в стране и мировом рынке, что может повлиять на спрос на новые технологии.