Состав программного обеспечения для комплекса мониторинга лесопожарной обстановки

Ежегодно в Российской федерации происходят тысячи лесных пожаров, приносящие миллиардные убытки. Своевременное обнаружение лесных пожаров является залогом быстрой локализации и ликвидации. В лесном хозяйстве разработана и давно действует отлаженная схема патрулирования лесных массивов, которая делится на 5 подходов, называемых зонами мониторинга. Это:

1. Зона наземного патрулирования и наземного применения сил и средств – когда патрулирование и тушения производят наземные силы. Возможно лишь вблизи населенных пунктов.

2. Зона авиационного патрулирования и наземного применения сил и средств – когда патрулирование производится, в том числе и при помощи воздушных судов, а тушение – наземными силами. Возможно на большем отдалении, чем предыдущая зона.

3. Зона авиационного патрулирования и применения сил и средств – когда патрулирование и тушение производится при помощи воздушных судов. Возможно на том расстоянии, на которое может отойти воздушное судно.

4. Зона космомониторинга 1 уровня – когда наблюдение производится при помощи систем дистанционного зондирования, тушение не производится.

5. Зона космомониторинга 2 уровня – наблюдение производится при помощи систем дистанционного зондирования, тушение не производится.

В приведенных описаниях важную роль играют воздушные суда, позволяющие с наибольшей скоростью и точностью обнаружить пожар, определить его местоположение и вызвать необходимое подкрепление. Эту работу на борту воздушного судна выполняет летчик-наблюдатель.

В список задач летчика-наблюдателя входят следующие задачи

1. Необходимость ориентироваться на местности, выдерживать заранее запланированный маршрут полета. Для этого он использует специальные бумажные карты с разметкой лесных массивов.

2. В случае обнаружения пожара, записать его координаты, квартал и другие характеристики пожара, необходимые для того, чтобы планировать, сколько сил и средств нужно для его тушения, а также, чтобы спрогнозировать развитие лесного пожара. Эту информацию он записывает в бортжурнал.

3. При пролете над локальными диспетчерскими пунктами, связываться с диспетчером, получать указания и передавать информацию об обнаруженных лесных пожарах. Для этого он использует радиосвязь.

Таким образом, при работе летчик-наблюдатель сталкивается со следующими трудностями:

1. Большое количество бумажных карт, с которыми необходимо постоянно сверяться.

2. Большое количество вещей, с которыми нужно проводить разные действия: карты, GPS-приемник, бортжурнал, ручка, радиостанция.

3. Некачественная радиосвязь.

Среди всех трудностей более подробное следует рассмотреть некачественную голосовую радиосвязь, так как этот фактор напрямую влияет на скорость передачи информации с борта воздушного судна в диспетчерский пункт и на то, как скоро начнется тушение. И также нужно отметить, что никаких других возможностей связаться с центром у летчика-наблюдателя - нет. Последствия этого фактора следующие:

1. Из-за ограниченности радиуса действия, связь не может быть установлена. И даже в этом случае, летчик-наблюдатель обязан вести ВС по маршруту, а не к ближайшему ДП.

2. Из-за плохого качества, информация может быть искажена при передаче, что может быть чревато потерей времени.

Кроме всего перечисленного, использование воздушных судов является очень дорогостоящим. И часто необходимо иметь документальное подтверждение верности и качества проведенного полета.

Необходимо решение, которое объединит в себе следующие функции:

1. Навигация, поддерживающие векторные электронные карты с нанесенной квартальной сетью.

2. Возможность записывать трек полета.

3. Возможность отметить точку пожара.

4. Возможность в автоматическом режиме передавать навигационные данные, используя радиосвязь, GSM, спутниковые каналы связи.

На данный момент существуют решения, которые могут частично решить эти задачи, такие, например, как:

1. Программные средства, такие как OziExplorer, ArcMap и так далее. Но они помогают лишь отображать трек на карте и ориентироваться на местности. Но не могут передавать информацию в диспетчерский пункт.

2. Аппаратные средства: персональные переносные трекеры. Но они не позволяют ориентироваться на местности. Также большинство из них требуют надежного монтажа, что невозможно обеспечить при патрулировании лесов, так как по специфике работ чаще всего заранее неизвестно на каком именно борту будет выполняться патрулирование. Кроме того, часто патрулирование проводится на арендуемых судах, установка дополнительного оборудования на которые невозможна.

Таким образом, аппаратно-программного комплекса способного решить эти задачи – не существует, так как решение должно выполнять перечисленные выше функции, а также быть переносным. Необходима разработка программного обеспечения, которое устанавливается на любой ноутбук (обычный или защищенный), поддерживает подключение разных GPS\Глонасс навигаторов и каналов связи (радиоканала, сотовых и спутниковых модемов).

Особенности использования компьютерной техники на борту воздушного судна заключаются в следующем:

1. На месте летчика-наблюдателя очень мало места. Изначально оно не предназначено для размещения там какого-либо оборудования подобного рода. Ему приходится убирать ноутбук либо куда-то далеко, либо пристегивать на специальные резинки к разным стойкам. В это время, он может его случайно закрыть, стукнуть и так далее. Также нежелательно, чтобы устройства типа модема и навигационного приемника были подключены при помощи проводов. В таком маленьком пространстве они очень мешают.

2. В воздушных судах малой авиации трясет, это влияет на ввод информации. Пользователь может случайно нажать кнопку 2 раза, очень трудно попасть в маленькие кнопки.

3. Так как полеты производятся в светлое время суток, в отсутствии облачности (в то время когда пожары наиболее вероятны), то возможны блики на экране, что усложняет использование техники.

4. Большую часть времени воздушное судно в процессе проводит на солнце, что приводит к повышению температуры в кабине. При повышенной температуре возможен повышенный износ всего оборудования.

Все эти особенности налагают ряд требований к аппаратной части: устойчивость к повышенной температуре, вибрациям, антибликовое покрытие, долгое время работы и легкий вес. К сожалению, на текущий момент на рынке не существует решения, удовлетворяющего всем требованиям.

Предлагаемое решение

В качестве аппаратного решения предлагается использовать промышленные ноутбуки, с SSD винчестером, встроенным сотовым модемом, беспроводным навигационным приемником и адаптером питания от бортовой сети воздушного судна. Такое решение прослужит достаточно долго в экстремальных условиях и сможет обеспечить необходимый уровень работоспособности и длительности работы. В эту минимальную комплектацию не входит: антибликовое покрытие, требования по весу и времени работы.

В качестве программного решения предлагается программное обеспечение, отличающееся новизной структуры, объединяющей ГИС, учет пожаров и передачу данных по новым алгоритмам, отличающиеся оптимальностью записи навигационных данных, поддержкой разнообразных приемников и средств передачи, а также надежностью хранения данных.

Пользовательский интерфейс включает в себя:

1. Карту местности

2. Данные с навигационного приемника

Интерфейс является интуитивно понятным и простым. Кнопки на всех формах блокируются после нажатия на 3 секунды, чтобы предотвратить непроизвольные повторные нажатия.

Режим питания в процессе полета запрещает засыпания ноутбука и переводит его на пониженное энергопотребление.

Предлагаемый состав программного обеспечения представлен на рисунке 1.

Состав разделен (пунктирными линиями) на 3 уровня:

1. Уровень пользовательского интерфейса (слева)

2. Уровень системных сервисов (в центре)

3. Уровень работы с данными и устройствами (справа)

ГИС модуль представляет собой электронную карту местности и набор функций для работы с ней и использования пространственной геометрии. Этот набор программных интерфейсов разработан таким образом, чтобы возможно было использовать любую ГИС компоненту внутри приложения.

Модуль адаптивного рендеринга представляет собой отдельный блок, который является прослойкой между ГИС подсистемой и остальным программным кодом. Анализируя загрузку процессора, эта подсистема балансирует нагрузку, изменяя поток команд для отрисовки на карте.

Рис 1. Состав бортового программного обеспечения

Этот блок необходим, так как не все ГИС подсистемы имеют его и, в случае если применяемый ноутбук слаб по своей производительности, это может привести к его зависанию. То есть потребности программного обеспечения будут выше, чем технические возможности ноутбука. Этот модуль «уменьшает» требования по необходимости. Этот блок сам по себе не является визуальным, однако эффект его работы напрямую проявляется на пользовательском интерфейсе.

Модуль редактирования информации представляет собой автоматически генерируемые формы и таблицы для редактирования, создаваемые на основе XML-конфигураций. Эта подсистема позволяет просматривать и редактировать такие данные как пожары, пожары по данным космомониторинга и так далее.

Модуль записи навигационных данных служит для приема потока навигационных данных от блока чтения навигационных данных, подготовки данных к записи, оптимизации потока путем отбрасывания лишней информации (в блоке фильтрации навигационных данных) и записи их а базу данных. Вместе с информацией о навигационных точках, могут записываться так называемые навигационные события – это важные события, произошедшие в процессе полета и имеющие прямое отношение к выполняемой задаче, либо состоянию комплекса. Это могут быть: фиксация пожара, фиксация лесонарушения, критичный уровень заряда батареи, превышение порога температуры и так далее. Использование таких событий необходимо хранения важной информации, анализа проделанной работы и анализа возникших проблем при эксплуатации.

Модуль передачи информации отвечает за надежную передачу информации по комбинированным сетям с поддержкой ретрансляции и гарантией доставки. Эта подсистема использует ряд специализированных блоков управления устройствами, реализованными для разных типов каналов связи. Также для передачи данных разработаны ряд новых протоколов, позволяющих эффективно сжимать навигационную и другую производственную информацию.

Модуль импорта данных ИСДМ-Рослесхоз отвечает за дополнительный разбор и интерпретацию данных, полученных из системы ИСДМ-Рослесхоз. К таким типам информации относят: данные космомониторинга, данные по формам 27, 28 и 29.

Модуль формирования отчетности служит для анализа данных и формирования отчетной документации, такой как бортжурнал – очень сложный и основной документ-отчет летчика-наблюдателя.

Модуль логики и управления записью и передачей информации является связующим звеном, объединяющим и управляющим подсистемами записи, чтения и фильтрации навигационной информации и подсистемой передачи информации.

Модуль чтения навигационных данных поддерживает работу с тремя типами подключения приемников: через COM-порт, BlueTooth и по протоколу USB-Garmin. Основная функция блока держать подключение к приемнику и считывать с него информацию.

Модуль фильтрации навигационных данных предназначен для оптимизации потока навигационной информации путем отбрасывания лишних точек на лету. Результатом работы является набор точек, повторяющих реальное перемещение с указанной в параметрах точностью.

Модуль работы с GSM, спутниковыми системам и радиоканалом служат для непосредственной передачи данных по этим каналам связи.

Заключение

В результате работы сформулирована важность авиационного патрулирования лесов, проанализированы условия работы летчика-наблюдателя. Предложен минимальный набор средств для автоматизации его работы, оригинальный состав программного обеспечения, позволяющий решать производственные задачи.

Полученные результаты были реализованы и испытаны в реальных условиях при патрулировании лесов на воздушных судах АН-2, EV-97, R-44 в Московской и Новосибирской областях и доказали свою практическую ценность.