Reklama

Zaawansowane systemy analizy obrazu w poprawie bezpieczeństwa na basenach i pływalniach

kopton-000

Każdego roku w Polsce w wodzie traci życie ponad 500 osób. Ogromna większość tych wypadków to utonięcia i utopienia w rzekach i innych akwenach otwartych. Pomimo stale rosnącego bezpieczeństwa w parkach wodnych, na basenach i pływalniach, tam też zdarzają się wypadki śmiertelne. Jedną z głównych przyczyn zgonów w wyniku utopienia lub utonięcia jest zbyt późna reakcja ratowników.kopton-001

Obowiązujące Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych z dnia 23 stycznia 2012 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących liczby ratowników wodnych zapewniających stałą kontrolę wyznaczonego obszaru wodnego (Dz.U. z 2012 r. poz. 108) nakłada na administratora obiektu basenowego konkretne wymagania w zakresie obsługi, liczby ratowników, stosunku czasu dyżuru do czasu odpoczynku itp. Jednak same przepisy sprawy nie rozwiązują. Na pewno poprawiają bezpieczeństwo, ale ratownicy to tylko ludzie. Pomijając ekstremalne przypadki, kiedy podczas gdy w basenie tonął kąpiący się, ratownicy, zamiast obserwować lustro wody, prowadzili rozmowę, ratownik może akurat interweniować w jednym miejscu (np. zwracając uwagę klientowi na zachowanie zasad bezpieczeństwa), a w tym samym czasie, w tym samym basenie inny klient dostaje skurczu i idzie pod wodę… Pracując w temperaturze ok. 30°C i ciągłym hałasie ratownik może też odczuwać znużenie i stracić koncentrację, a wtedy wystarczy chwila, aby nie zauważyć tragicznego zdarzenia. W innych krajach stosuje się dodatkowe sposoby na zminimalizowanie możliwości przyśnięcia ratownika – np. w USA ratownicy cały czas, nawet podczas przekazywania zmiany, muszą skanować swój obszar wzrokiem, kręcąc przy tym ciągle głową. Wygląda to dosyć śmiesznie, ale jest skuteczne. Jednak nawet przy takich procedurach ratownik nie jest w stanie kontrolować tego, co dzieje się pod wodą.

Na wstępie wymieniono utonięcia i utopienia jako główne powody tragicznych zdarzeń w wodzie z jednego zasadniczego powodu. Jest nim czas, który mamy na reakcję. Czas, gdzie minuta może zaważyć o czyimś życiu lub śmierci. Zanim przejdziemy do meritum, kilka zdań na temat różnic pomiędzy utonięciem a utopieniem.

Utonięcie

Tonięcie jest to złożony proces powodujący utratę życia związany głównie z dostaniem się płynów do dróg oddechowych. Proces ten przebiega w trzech fazach.

Faza 1 – zachłyśnięcie. Jest to fizyczne dostanie się płynów do dróg oddechowych, które w następstwie powoduje odruchy wykrztuśne, kaszel – organizm broni się i próbuje usunąć płyny. Podczas kąpieli w głębokiej wodzie jest to bardzo niebezpieczne. Zachłyśnięcie powoduje u człowieka gwałtowną reakcję, zaczyna się on szamotać i usiłuje wyksztusić z siebie pobraną wodę, w następstwie czego jego organizm zużywa duże ilości tlenu zgromadzonego we krwi. Tonący, nie uzyskawszy pomocy z zewnątrz (od ratownika lub osoby postronnej za pomocą np. koła ratunkowego albo innego sprzętu ratowniczego), pobiera porcje wody do płuc. Powoduje to wstrzymanie wymiany gazowej w płucach i w konsekwencji zatrzymanie oddechu.

Faza 2 – utrata świadomości. W momencie utraty świadomości tonący zaprzestaje walki o swoje życie, ciało powoli opada na dno. W organizmie tonącego zachodzą zmiany fizjologiczne. Woda w płucach zaczyna być pochłaniana przez krew. Serce jeszcze pracuje, ale następuje zwolnienie jego akcji i spadek ciśnienia pogłębiający niedotlenienie mózgu. Wzrost stężenia CO2 we krwi wyzwala niepowstrzymane gwałtowne odruchy oddechowe, woda ponownie dostaje się do płuc, serce przyspiesza na chwilę, nie jest jednak w stanie dłużej tłoczyć wydajnie krwi. Faza ta trwa około 3 minut.

Faza 3 – śmierć. Dochodzi do niedotlenienia tkankowego z zatrzymaniem procesów oddychania w ich wnętrzu. Serce pracuje bezwładnie, dochodzi do migotania komór, stan ten trwa od 4 do 10 minut. Po tym następują odruchy agonalne w postaci rozluźnienia zwieraczy oraz drgawek pojedynczych mięśni i przychodzi nieodwracalna śmierć.

Utonięcie jest najgroźniejszym skutkiem wypadku na wodzie. Opisany wyżej mechanizm utonięcia przez zachłyśnięcie jest tylko jedną z przyczyn utonięć. Do pozostałych można zaliczyć: szok termiczny, hipotermię, urazy fizyczne, przykurcz mięśni.

Utopienie

Zdarzają się przypadki, gdy zatrzymanie krążenia i oddechu następuje nad wodą lub na jej powierzchni. Może to być np. atak serca czy szok termiczny. W takich okolicznościach ciało ludzkie opada na dno, a do dróg oddechowych dostaje się niewielka ilość wody. Nazywa się to utopieniem. Najefektywniejsza pomoc może być udzielona przed wpadnięciem poszkodowanego do wody. Gdy poszkodowany wpada do wody, a już wtedy nie pracują układ oddechowy i krążenia lub przestają one pracować na skutek tego zdarzenia (np. szok termiczny), to czas na udzielenie pomocy bardzo się skraca, ponieważ trzeba poszkodowanego najpierw wyciągnąć z wody. W takich sytuacjach jedynie bardzo szybkie i sprawne działanie może dać jakąkolwiek szansę na uratowanie życia.

Opisane przypadki potwierdzają to, że czas reakcji jest najważniejszy w skutecznym udzieleniu pomocy i uniknięciu tragedii.

Od około 20 lat w obiektach basenowych (i nie tylko) zaczęły się pojawiać kamery. Na początku były to kamery analogowe, a obraz rejestrowany był na kasetach video (VHS). Ze względu na możliwości techniczne rejestrowane były zdjęcia poklatkowe – np. co 3 sekundy. Jeśli doszło do wypadku, zapisy obrazu z miejsca zdarzenia mogły służyć jedynie jako materiał dowodowy. Sam sposób zapisu czasami nie pozwalał na odtworzenie przebiegu wypadków – brakowało np. najbardziej istotnego zapisu z 2 sekund pomiędzy klatkami zarejestrowanymi na taśmie video…

W ostatnich latach postęp technologiczny sprawił, że systemy nadzoru wizyjnego w obiektach komercyjnych (znane jako CCTV) stały się powszechne i coraz bardziej dostępne cenowo. Umieszczenie miniaturowych kamer o dużej rozdzielczości pod wodą pozwala rejestrować to, czego w wielu sytuacjach nie może zobaczyć ratownik. Oprócz rozwoju samego sprzętu (kamery, serwery, sposoby transmisji i zapisu itp.) nastąpił równie znaczny postęp algorytmów związanych z analizą obrazu. W zasadzie można powiedzieć, że w dziedzinie oprogramowania postęp ten jest znacznie większy niż w sferze sprzętowej. Jedną z najszybciej rozwijających się kategorii oprogramowania są algorytmy związane z analizą obrazu – ma to oczywiście związek z rosnącym zagrożeniem terrorystycznym. Dzięki temu postępowi zapisy z kamer przestały być już tylko „materiałem dowodowym” (czasami miernej jakości).

Nowoczesny system analizy obrazu wspomagający ratowników wodnych

Jaka jest różnica pomiędzy „klasycznym” systemem wizyjnym a systemem wyposażonym w funkcje analityki? Najważniejsza jest taka, że operator nie musi cały czas wpatrywać się w ekran. W przypadku systemów z analityką obrazu system sam wykryje potencjalne zagrożenie i „pokaże” operatorowi, na co ma szczególnie zwrócić uwagę. Dzięki takiemu nastawieniu zostaje zlikwidowany podstawowy problem, z którym boryka się operator systemu wizyjnego – znużenie i osłabienie czujności. System wyposażony w funkcje analityczne niejako w tle wykonuje bardzo zaawansowane algorytmy obliczeniowe, które w konsekwencji typują zdarzenia do wyświetlenia operatorowi.

Przygotowując rozwiązanie dedykowane dla obiektów basenowych, twórcy systemu kierowali się dwoma podstawowymi założeniami:

  1. obsługa systemu nie może odwracać uwagi ratowników od ich podstawowych czynności;
  2. system musi typować z dużym prawdopodobieństwem potencjalne zagrożenie, czyli musi umieć odróżnić osoby pływające czy nurkujące od osób, które się topią.

W opisywanym systemie można wyróżnić kilka podstawowych elementów:

  • specjalne kamery montowane w basenie lub/i na zewnątrz, przeznaczone do rejestracji ruchu w wodzie;
  • dedykowany serwer z oprogramowaniem analitycznym;
  • dedykowany monitor do podglądu obrazu z kamer;
  • prosty, wieloczłonowy sygnalizator optyczno-akustyczny;
  • specjalny wyświetlacz w postaci listwy LED pokazujący sektor basenu, w którym pojawiło się potencjalne zagrożenie.

kopton-002

Schemat 1 Przedstawia podstawową konfigurację systemu

Należy podkreślić, że system może być instalowany zarówno w nowych basenach, jak i w basenach już istniejących. W tym drugim przypadku należy zadbać o odpowiednie zabezpieczenie oprzewodowania doprowadzanego do kamer umieszczanych w basenie poprzez wykorzystanie elementów zabezpieczających wykonanych ze stali nierdzewnej.

Doświadczenie oraz przeprowadzone testy wskazują, że na basen o długości do 25 m potrzebne są dwie kamery. Dla basenów dłuższych należy przewidzieć 4 kamery podwodne.

kopton-003

Schemat 2 Działanie systemu – fazy pracy na przykładzie zapisów z kamer

kopton-004

Schemat 3. Porównanie możliwości systemu konwencjonalnego (tylko kamera) z analizą obrazu i dodatkowo z sygnałem ze znacznika

Podstawowe funkcje technologii:

  • analiza wideo w czasie rzeczywistym,
  • wykrywanie przechodniów w czasie rzeczywistym,
  • wykrywanie zdarzeń na podstawie zestawu reguł i samodzielnego systemu nauczania,
  • rozpoznawanie wieku/płci/twarzy i klasyfikacja obiektów bazująca na uczeniu maszynowym,
  • łączenie obrazów w całość oraz nagrywanie w czasie rzeczywistym,
  • transmisja/nagrywanie/odtwarzanie/wyświetlanie wideo,
  • rozwój aplikacji wpierający systemy Windows/Linux,
  • obróbka wideo – usunięcie mgły, stabilizacja obrazu,
  • system wspomagania ratowników wodnych (w basenach – wykrywanie utonięć; na kąpieliskach otwartych – przekroczenie linii bezpieczeństwa).

 

Artykuł powstał we współpracy z firmą Illisis Inc. z Korei Południowej, która jest producentem oprogramowania analitycznego, oraz z firmą Oderon Sp. z o.o. będącą przedstawicielem handlowym i technicznym firmy Illisis w Polsce.

Illisis Inc. została założona w 2002 r. w Korei Południowej i od tego czasu koncentruje się na tworzeniu oprogramowania do inteligentnej analizy obrazu oraz zarządzania bezpieczeństwem. Oprogramowanie „intelliVIX” od 2007 r. do dzisiaj utrzymuje pozycję lidera na rynku analityki wideo, co zostało potwierdzone przyznaniem firmie prestiżowego certyfikatu CPNI (Centre for the Protection of National Infrastructure).

Autorzy:

Krzysztof Koptoń reprezentuje firmę Born 43 Sp. z o.o. z siedzibą w Rudzie Śląskiej.

Doświadczenie zawodowe (ok. 20-letnie):

- projektowanie i uruchamianie systemów automatyki budynkowej i BMS;

- doradztwo techniczne;

- koordynacja międzybranżowa;

- zarządzanie kontraktami (m.in. opartymi na FIDIC).

Dodatkowo doświadczenie w eksploatacji parków wodnych. Współpraca z firmami zarządzającymi: Grontmij Polska, DIL Baumanagement Polska, a obecnie członek międzynarodowej grupy projektowej, doradczej i zarządzającej kontraktami: GT Real Estate (www.gtre.com.pl).

tel. kom.: 533 880 371, e-mail: krzysztof.kopton@born43.pl

Paweł Ropiak jest dyrektorem pionu systemów zabezpieczeń w firmie ODERON Sp. z o.o.
kom. kom.: 881 963 506, e-mail.: pawel.ropiak@oderon.aero

 

TEKST | Krzysztof Koptoń, Paweł Ropiak