الكشف عن الطائرات بدون طيار

01لماذا هذا مهم؟

مركز التوزيع يتكون من عشرات الآلاف من المتر مربع من السطح، ومساحة مفتوحة مع المعدات، ومنطقة تحميل، حيث يتواجد الناس باستمرار، ومخزون مؤمن. كل هذا مكشوف، ولا يوجد أحد يراقب من خلف السياج.

محيط المكان محاط بسياج وكاميرات ومراقبة وحراس، بينما لا يوجد أي شيء آخر. ومع ذلك، فإن هذه هي المكان الذي تحدث فيه الأحداث الأكثر تكلفة: التحليق الاستطلاعي قبل السرقة، وتسجيل عمليات اللوجستيات الداخلية، ونقل البضائع إلى المنطقة، وتلف السطح أو المعدات.

أجهزة الكشف عن الإشارات تلتقط الاتصال بين الطائرة بدون طيار والتحكم. بالنسبة لهم، الطائرة التي تسير على مسار محدد مسبقًا مع إيقاف البث، لا وجود لها. الكاميرا ترى الطائرة بشكل مستقل، بغض النظر عن الإشارات الراديوية. تعمل النظام على مهمة واحدة: رؤية شخص غريب في السماء، وتحديد مصدره، وما إذا كان يقترب، وإطلاق الإنذار. لا يقوم النظام بإعاقة أو اعتراض أو التأثير على الطائرة - لذلك لا يتطلب تصاريح خاصة، وهو مناسب لأي كيان تجاري.

02الفكرة: تقسيم السماء إلى مناطق

يبحث الكاشف العادي عن الأشياء ذات الأشكال المعروفة في الصورة، ويحيط بها بإطار. أما في السماء، فهو لا يعمل بشكل جيد: لا توجد أي أشكال للأشياء على بعد 1.5 كيلومتر - بل مجرد نقطتين أو ثلاث. أما طريقة "منطقة-زوج"، فهي تعمل بطريقة مختلفة. يتم تحديد الصورة مسبقًا باستخدام شبكة من المناطق - مناطق محددة في السماء، ويتم تدريب كل منطقة على وجود زوج من الإجابات: طبيعي (وهذا هو شكل المنطقة عندما تكون الأمور طبيعية) و عنصر (عندما يظهر شيء غير طبيعي في المنطقة). السؤال الذي يتم طرحه على الشبكة العصبية ليس "ما هو هذا الشيء؟"، بل "هل تبدو هذه المنطقة كما هي عادة؟" - ويمكن الإجابة على هذا السؤال حتى باستخدام بكسلين فقط.

يبدو أن السماء متجانسة، ولكن هذا ليس صحيحًا: ضباب على الأفق، لون أزرق في الأعلى، سحب، وهالة من الشمس، حافة السطح، وعمود السفينة، وأشجار، وكابلات. يجب على النموذج العام التعامل مع كل هذه العناصر في وقت واحد، وهذا يؤدي إلى أخطاء في الحواف. المنطقة التي تقع فوق السطح تعرف أن حافة السطح موجودة دائمًا، بينما المنطقة الموجودة في الأعلى ترى فقط السماء والسحب، وبالتالي فهي الأكثر حساسية.

03 لماذا وجود نقطة في السماء يعني بالفعل اكتشاف شيء؟

الاكتشاف يعتمد على التباين، وليس على الشكل. لا توجد أشجار أو سيارات أو ظلال في السماء: تتغير شدة الإضاءة داخل المنطقة على مقاييس مختلفة، وتتكرر الصورة من إطار إلى آخر. أي بقعة مظلمة في هذا الخلفية يمكن ملاحظتها إحصائيًا، حتى لو لم يكن بالإمكان رؤيتها بالعين المجردة.

مقياس تجاوز كبير عن الضوضاء – إشارة قوية. حتى لو كان الجسم أصغر من بكسل واحد، فإنه سيظل يحجب المنطقة المقابلة بشكل متناسب، لذلك فإن حدود الكشف ستكون أبعد من "أربعة بكسلات على الهدف" المستخدمة في الطرق التقليدية (والتي تم تصميمها للعمل في ظروف التمويه على خلفية ملونة). بالنسبة للكائن الداكن في سماء صافية، فإن الكشف القوي يبدأ من بكسلين، بينما مع ثلاثة أو أربعة بكسلات، يصبح التتبع مستقرًا. لتمييز الطائرة بدون طيار عن الطائر في الصورة، يلزم 15-20 بكسل، ولكن هذه المهمة يتم حلها من خلال سلوك الكائن.

04مدى الكشف: الحساب

تُحدّد المسافة باستخدام الحجم الزاوي للبكسل: عدد البكسلات على الهدف = حجم الهدف × البعد البؤري ÷ (حجم البكسل × المسافة). لحساب ذلك، نفترض كاميرا بدقة 20 ميجابكسل، وبكسل بحجم 2.4 ميكرومتر، ومستشعر بحجم 1 بوصة؛ والهدف هو طائرة بدون طيار (كوادكوبتر) بقطر 0.4 متر.

لتحقيق هدف أكبر، تزداد المسافة بشكل متناسب: الجهاز، الذي يشبه الطائرة، وبأبعاد 1.2 متر وعدسة 50 ملم، يمكنه اكتشاف الأهداف على بعد 6 كيلومترات. ولكن، مع اقتراب المسافة من حوالي 2 كيلومتر، يصبح العامل المحدد هو الهواء - الضباب يقلل من التباين.

05 الكاميرا، والعدسة، وأجهزة التصوير الحراري

تم حساب جميع الأرقام الخاصة بالكاميرا الصناعية المتسلسلة HIKROBOT MV-CS200-10GM (أحادية اللون): وهي متوفرة، وسعرها معقول، والبرنامج قادر بالفعل على العمل معها مباشرة. العدسة: يجب أن يكون الحجم 1 بوصة أو أكبر، ودقة البكسل 2.4 ميكرومتر، وفتحة العدسة F2.8 أو أفضل، ومسافة بؤرية ثابتة بدون تقريب، وتثبيت التركيز وفتحة العدسة بالبراغي (الكاميرا مثبتة في الخارج وتتعرض للاهتزاز). العدسات المناسبة هي Kowa و Computar و Fujinon، بالإضافة إلى عدسات Hikrobot. بالنسبة للمراقبة الدائرية، فإن الأفضل هو عدسة بمسافة 25 ملم: اثنتا عشرة كاميرا تغطي 360 درجة مع وجود تداخل، وتعمل وظيفة الكشف بثقة حتى مسافة كيلومتر واحد.

كاميرا حرارية: عمل على مدار الساعة

لأجل استخدامها في الليل، وفي الساعات المظلمة، وفي العمل ضد أشعة الشمس، يتم إضافة كاميرا حرارية – وهي ليست نظامًا منفصلاً، بل هي قناة أخرى لنفس الطريقة: نفس شبكة المناطق، ونفس نظام "طبيعي / غير طبيعي" لكل منطقة، ونفس المسار. السماء في الليل في نطاق الأشعة تحت الحمراء باردة وموحدة، بينما يظهر المحركات والبطارية والمحركات على شكل نقطة دافئة على خلفية باردة.

يتم ربط مناطق القناتين بمواقع إحداثيات واحدة في السماء: خلال النهار، تؤكد بعضها البعض - أي الكائن الذي تم اكتشافه في كلا القناتين، فإنه على الأرجح حقيقي - وفي الليل، يوجه التصوير الحراري. يرى المشغل مسارًا واحدًا، وشاشة واحدة، ومسجل واحد.

06 الانتقال بين المناطق: مسار

عدم تفعيل منطقة واحدة ليس حدثًا. يصبح الحدث عندما ينتقل الكائن من منطقة إلى منطقة أخرى. بعد التثبيت، تحصل كل منطقة على إحداثيات ثابتة في السماء - الاتجاه والزاوية - ويصبح رقم المنطقة التي تم تفعيلها هو الاتجاه بالدرجات.

المنطقة: 0.7 درجة من السماء. مرّ الجسم عبر 12 منطقة في غضون 2.4 ثانية - سرعة الزاوية 3.5 درجة/ثانية. حركة الطائر قريبة، وحركة الطائرة على ارتفاع منخفض وثابت، وحركة الطائرة التي تتبع الجسم تزداد تدريجيًا. معدل 6-10 إطارات في الثانية يوفر 3-5 قياسات لكل منطقة - المسار سلس. الكاميرات المجاورة تعمل بتداخل، وعندما يخرج الجسم من إطار كاميرا واحدة، يتم التقاطه بواسطة الكاميرا الأخرى بنفس المسار.

07 هل يقترب أم يمر؟

الإجابة على هذا السؤال ليست المسافة، بل هي التغير في حجم الجسم في الإطار. إذا زاد حجم الجسم، فإنه يتحرك باتجاهنا؛ وإذا بقي ثابتًا بينما يتحرك الإطار بشكل مستقيم، فإنه يمر بجانبه؛ وإذا قل حجم الجسم، فإنه يختفي. هناك ثلاثة حالات، وكل حالة تتطلب استجابة مختلفة: القلق، والمراقبة، وتسجيل المعلومات في سجل. لا يمكن الحصول على دقة المسافة باستخدام كاميرا واحدة فقط، ولا توجد حاجة لذلك في حالة القلق: الحل هو "وجود جسم غريب، ومسار مستقيم، وتقارب".

08 طائر أو طائرة بدون طيار

الإنذارات الخاطئة الناتجة عن الطيور - هي المشكلة العملية الرئيسية في المراقبة البصرية للسماء. يتم حلها من خلال تحليل السلوك، وليس مجرد النظر إلى الصورة.

يتم تدريب كل منطقة على بيانات اصطناعية: يتم تطبيق كائنات بأحجام ومواقع وتوجهات ومستويات تباين مختلفة رقميًا على صور السماء الحقيقية لهذه المنطقة. وبهذه الطريقة، يتم تلبية الظروف التي قد لا تكون موجودة في الواقع لفترات طويلة، مثل: الشمس المنخفضة في الصباح والمساء، والظلام، والضباب، والسحب، والضوضاء، وعدم التركيز، وارتفاع الشراع، والتوهج. يتم تطبيق نفس أنواع التداخل على كل من السماء الطبيعية والسماء غير الطبيعية، وبالتالي لا تسبب السماء في المساء أي قلق غير مبرر. تعتمد عملية التدريب على السماء الحقيقية للكائن؛ وبعد ذلك، يتم إضافة صور حقيقية لرحلات الطيران.

النسر الذي يظهر على بعد مترين يترك علامة واضحة ومشرقة، وسيبدو أكثر واقعية من طائرة بدون طيار على بعد كيلومتر، ولكن يتم تصفية المنطقة في غضون ثانيتين. لكل منطقة سجل خاص لعدد الإشارات الخاطئة: إذا كانت الطيور تحلق فوق زاوية السقف كل صباح، فإن حد هذه المنطقة يرتفع تلقائيًا.

09 الأداء

يحتوي الإطار الذي يبلغ 20 ميجابكسل على 1176 منطقة، كل منها يتكون من 128 بكسل. لا يلزم إرسال كل إطار إلى الشبكة العصبية - العمل مقسم إلى ثلاث مراحل، والشبكة العصبية المعقدة تعمل فقط عندما يكون هناك شيء يمكن رؤيته.

يمكن لبطاقة رسوميات واحدة من سلسلة NVIDIA RTX 50 التعامل مع ما يصل إلى اثنتي عشرة كاميرا مع وجود هامش إضافي. القيود تكمن في الشبكة: 20 ميجابكسل عند 6 إطارات في الثانية، أي حوالي 960 ميجابت في الثانية من كل كاميرا، مما يعني منفذ جيجابت لكل كاميرا وقناة بعرض 10 جيجابت إلى الخادم لكل ست كاميرات. يتطلب فحص السماء بأكملها باستخدام شبكة عصبية لجميع الكاميرات الـ 12 معًا ما بين 42 و 71 ثانية لكل دورة. أما بالنسبة للبحث عن المرشحين، فإن المسح الدائري يتم تحديثه عدة مرات في الثانية، وكل منطقة لا تزال تحتفظ بصورتها الخاصة للسماء، والخلفية الطبيعية، والعتبة المحددة.

10 المكونات والمواصفات

النظام معياري: الحد الأدنى للتجهيز هو كاميرا واحدة لكل اتجاه معرض للخطر، وهي بالفعل تطلق إنذارًا. يتم إخراج البيانات إلى: شاشة المراقبة (المنطقة، الزاوية، الاتجاه، مسار، صورة الهدف بشكل واضح)، جهاز تنبيه، ومصباح إشارة في منطقة التحميل، وموصل كهربائي للتحكم في نظام المستودع (إيقاف التحميل، إغلاق الباب)، ورسالة إلى نظام الأمان الحالي، وسجل يحتوي على صور – وهو دليل للجهات التأمينية والشرطة.

11 الروبوت والكاميرا ثلاثية الأبعاد: مسار دقيق

كاميرات المراقبة تجيب على سؤال "أين؟". الخطوة التالية هي "ما هو هذا وكيف يتحرك بسرعة؟" ويتم إضافة روبوت صناعي من نوع BORUNTE مزود بكاميرتين ذات رؤوس قابلة للتعديل (ثنائية الكاميرا) وبأجهزة رؤية بعيدة على قضيب صلب.

يزداد الخطأ مع زيادة المسافة، لذلك فإن نظام الاستشعار المزدوج هو أداة للرؤية في نطاق قريب، يصل إلى بضعة مئات من الأمتار، بينما تبقى الرؤية البعيدة ضمن نطاق محدد. تم تحديد حدود برمجية للروبوت على كل محور: لا يمكن للرأس أن ينخفض ​​أقل من الزاوية المحددة، ولا يمكن أن يدور باتجاه المنازل والمحلات التجارية والمناطق المجاورة.

قناة صوتية

إن أصوات الطائرات بدون طيار تنتج صوتًا منتظمًا يتراوح بين 150-400 هرتز، مع ترددات واضحة، وهو الصوت الذي لا تصدره الطيور. هذا الصوت يؤكد أن النقطة في السماء هي الطائرة: الميكروفون الموجه على الرأس السمعي يستمع إلى نفس المكان الذي تنظر إليه الكاميرات، بينما شبكة الميكروفونات الموجودة على الشراع (6-8 ميكروفونات) تحدد اتجاه المصدر وتستطيع تدوير الروبوت، حتى لو لم تكن الكاميرات قد رأت الهدف بعد.

خيار: شبكة هوائية

يمكن تركيب شبكة شبكية على الروبوت: باستخدام الهواء المضغوط، وبدون مواد قابلة للاشتعال أو عناصر تدمير، يتم إطلاق الشبكة التي تحيط بالدراجون؛ أما الخيار مع مظلة، فيمكنه إسقاط الدراجون المحتجز ببطء. عادةً، تتراوح المسافة بين 20-100 متر، والتحكم يتم باستخدام بيانات من نظام الاستشعار ثلاثي الأبعاد، والإسقاط يتم فقط بعد تأكيد المشغل.

12 ما الذي تفعله هذه النظام وما الذي لا تفعله؟

13 طريقة التنفيذ

خلال عملية الاستقبال، يتم القياس بدقة، وليس الإعلان عن النتائج: يقوم الطائرة بدون طيار بتنفيذ برنامج محدد، وتسجل النظام سجلًا، ويتم مقارنة هذا السجل مع برنامج الطيران. الجزء الأطول ليس هو عملية التجميع، بل هو رؤية السماء: يجب أن تتمكن الطائرة من رؤية سماء صافية، والسحب، والدخان، والشمس المنخفضة، والأمطار - بعض هذه الظروف تعتمد على الطقس. لذلك، يقوم الطيار الذي يستخدم كاميرا واحدة بالبدء مبكرًا والعمل بالتوازي مع تجميع الطائرة الأخرى.

اقرأ أيضًا: engiAI - الرؤية الحاسوبية وطريقة المنطقة-الزوج · دليل engiAI (PDF) · Robot1 - التحكم في الروبوت.