Peligro detectado, peligro evitado
El sistema de detección automática de incendios forestales con IA ayuda de forma eficaz en la prevención y lucha contra incendios.
Las olas de calor causadas por el cambio climático están aumentando en toda Europa, y el riesgo asociado de incendios forestales está aumentando enormemente. Los incendios en zonas naturales son cada vez más difíciles de controlar debido a la sequía y el viento, y el riesgo de peligro para las personas, los animales, la naturaleza y las infraestructuras es cada vez mayor. Pero, ¿cómo se pueden detectar y localizar los incendios en una fase temprana para minimizar o incluso evitar daños graves?
El procesamiento de imágenes y la inteligencia artificial pueden ayudar a afrontar retos de este tipo. Las redes neuronales y los algoritmos de aprendizaje profundo permiten a un sistema de procesamiento de imágenes ver, reconocer y verificar objetos como, en este caso, el humo.
La empresa francesa Paratronic se dedica a este tipo de temas. En el ejercicio de su actividad principal, centrada en la vigilancia de riesgos naturales, desarrolla productos inteligentes destinados a la lucha contra incendios entre otras soluciones. Un ejemplo es su sistema de eficacia probada de detección automática de incendios forestales ADELIE (Alert Detection Localisation of Forest Fire), basado en el procesamiento industrial de imágenes y en la inteligencia artificial. Cada sistema está integrado por cuatro cámaras industriales de IDS Imaging Development Systems GmbH, de Obersulm.
Estas vigilan permanentemente una zona forestal concreta en un radio de hasta 20 kilómetros. En función del sistema, necesitan un máximo de dos minutos para comprobar un radio de 360 grados. Con la ayuda de algoritmos desarrollados por Paratronic, el sistema es capaz de reconocer y localizar focos de incendio a partir de las imágenes grabadas y proporcionar en tiempo real información sobre las opciones de actuación adecuadas. De ese modo, ADELIE garantiza una planificación y orientación eficaces de los equipos de bomberos para proteger nuestro espacio vital y, por consiguiente, los edificios, las líneas eléctricas, las líneas de telecomunicaciones y las infraestructuras viarias o ferroviarias.
Aplicación
El sistema ADELIE se compone de un mínimo de dos puntos de vigilancia conectados en red. Cada punto de vigilancia consta de dos cámaras de detección y de una tercera cámara que se utiliza para despejar dudas. Cada cámara de detección ADELIE lleva integradas cuatro cámaras Gigabit Ethernet de IDS. En total, se utilizan ocho cámaras IDS por punto de vigilancia. Estos puntos de vigilancia permiten un seguimiento de 360°, visualizando cada acimut aproximadamente cada dos minutos. La vigilancia automática de la zona natural observada tiene lugar las 24 horas del día, los siete días de la semana.
El sistema está conectado a una unidad de procesamiento cuyo software contiene algoritmos de procesamiento de imágenes basados en inteligencia artificial. El programa desarrollado por Paratronic registra, compara y analiza las imágenes entregadas por las cámaras. Mucho antes de que un árbol se queme, aparece humo procedente de la hierba y la maleza de los alrededores. El sistema detecta la presencia del humo mediante la comparación de las imágenes y las características aprendidas. En cuanto el humo es visible desde el punto de vigilancia, ADELIE activa la alarma. Esta fase se denomina detección automática de fuego e incendios forestales. A continuación, el operador de guardia controla a distancia la cámara para despejar dudas y comprueba el tipo de reconocimiento. Localiza el foco del incendio en un mapa mediante triangulación e informa al centro de operaciones, que inicia las medidas de lucha contra incendios.
Paralelamente se transmiten sin dilación toda la información, las imágenes y los datos generados por IA a la central de incendios o al centro de control de incendios. Gracias a la visualización del suceso en tiempo real, a la localización del foco del incendio en un mapa digital y a diversas funciones de realidad aumentada se puede visualizar inmediatamente el contexto, la extensión y la evolución del incendio y adoptar las medidas adecuadas de lucha contra incendios. El sistema cuenta además con una cámara de vídeo con mando a distancia. Se utiliza para verificar y vigilar el incendio hasta la llegada de los primeros efectivos de bomberos y permite realizar un seguimiento estrecho del incendio desde que se inició hasta su extinción.
Las cámaras IDS desempeñan un papel clave en el funcionamiento del sistema ADELIE. Su tarea consiste en filmar continuamente el bosque acimut por acimut y alimentar el software con estas imágenes en tiempo real.
A la hora de elegir un modelo adecuado para el sistema de detección automática de incendios forestales se optó por una cámara Gigabit Ethernet de la serie SE de IDS. "Nuestro sistema utiliza el modelo UI-5240SE-NIR-GL" explica Loïs Carrié, ingeniero de desarrollo de Paratronic. Esta cámara industrial especialmente potente está equipada con un sensor CMOS de 1,3 megapíxeles de e2v. Paratronic utiliza este sensor de alta sensibilidad en la versión NIR (EV76C661ABT). Además de su extraordinaria sensibilidad lumínica, el sensor alterna durante el funcionamiento entre global y rolling shutter. Esto ofrece una extraordinaria flexibilidad a la hora de adaptarse a requisitos y condiciones ambientales variables derivadas por ejemplo de diferentes momentos del día o del clima, como en el presente caso. Por otro lado, se dispone de cuatro AOI (áreas de interés), Que permiten verificar simultáneamente varias características, o bien captar las AOI en una serie de exposiciones con distintos parámetros. La cámara cumple así todos los requisitos, confirma Loïs Carrié. "Hemos elegido este modelo por tres razones principales. Por un lado, convence por su sensibilidad espectral. El sensor capta todas las longitudes de onda del color visible con una sensibilidad especialmente buena en el infrarrojo cercano. También tenemos que poder poner un filtro de longitud de onda cerca del sensor en la montura C. En tercer lugar, la cámara permite la captura secuencial de cuatro imágenes con un tiempo de exposición creciente. El disparo continuo permite obtener un rango dinámico muy alto".
Software
Para la captura de imágenes el sistema utiliza el SDK uEye. "Entonces entra en juego nuestro propio sistema de procesamiento de imágenes", explica Edouard Bouillot. A continuación, el software ADELIE realiza el análisis de las imágenes para detectar la presencia de humo en el dosel arbóreo. El análisis se realiza comparando dos imágenes tomadas en la misma orientación para detectar una posible presencia de humo. Para poder hacerlo se utilizan varios algoritmos exclusivos, desarrollados por PARATRONIC, que permiten comparar un gran número de factores no visibles a simple vista.
Este análisis se realiza en tres fases. En la primera fase, las imágenes que se van a comparar se registran con una precisión de la 50ª parte de un grado. En la segunda fase, las imágenes se comparan para resaltar cualquier cambio, es decir, cualquier movimiento o desplazamiento de un objeto o la presencia de humo. La tercera fase consiste en un análisis avanzado basado en el uso de distintos algoritmos: por un lado, se criban las diferencias destacadas en función de su forma, tamaño, distancia, etc., para eliminar en lo posible cualquier elemento que no sea el humo. Por otro lado, el análisis se completa con otros algoritmos que utilizan clasificadores automáticos y trabajan a partir de parámetros extraídos de una o varias imágenes.
A continuación los datos se transmiten al sistema de control informático a través de una red digital mediante un cable de fibra óptica, por ejemplo. Los conjuntos de datos contienen un archivo JPEG de la imagen para su visualización en la pantalla y un archivo con el número de cámara, el ángulo de visión, la fecha y hora de la captura y el acimut. Si se integra una estación meteorológica también se pueden registrar y tener en cuenta datos meteorológicos como la fuerza del viento o las precipitaciones. Si una imagen y su archivo asociado informan de un incendio se realiza una comprobación automática: El sistema estima la ubicación del humo y la compara con los lugares conocidos donde se producen otros tipos de humo. Esto garantiza que la alarma sólo se active si la detección no ha tenido lugar en una zona de exclusión, es decir, un área en la que se sabe que hay humo permanentemente, como una chimenea de fábrica. Si el humo ha sido detectado por una única torre, se utiliza la distancia indicada en la telemetría. Una vez que al menos dos torres lo han detectado, se determina por triangulación la ubicación exacta del foco del incendio en el centro de control.
Como sucede con cualquier sistema automatizado, también con ADELIE es esencial la validación humana de las alarmas transmitidas. El personal del centro de control utiliza una cámara de alta resolución con un potente zoom óptico (30 aumentos, con objetivo gran angular) para determinar si se trata efectivamente de un foco de incendio. Los responsables de la vigilancia pueden observar la situación a distancia sin interrumpir el sistema de detección gracias a estas cámaras, las "detectoras de dudas". De ese modo el sistema de notificación de ADELIE se mantiene plenamente activo para estar preparado en caso de incendios múltiples.
El sistema es extremadamente potente. En cada ubicación se capturan 13500 imágenes que se transmiten y almacenan durante 30 días en un plazo de 24 horas, independientemente de que contengan o no una detección. Además de las imágenes capturadas, el sistema también almacena los vídeos de la cámara utilizada para observar y validar el incidente, obteniendo así una documentación completa. A partir de todos los datos recogidos, ADELIE genera estadísticas que los servicios de emergencia pueden utilizar para coordinar y optimizar las operaciones. "Con la ayuda de las imágenes almacenadas podemos analizar la evolución del incendio y las medidas para sofocarlo. La cantidad de datos aumenta continuamente con cada evento que entra en la base de datos. Esto, a su vez, aumenta la fiabilidad de las estadísticas necesarias para la mejora continua de las medidas de prevención y control", resume Edouard Bouillot.
El sistema se está utilizando con excelentes resultados, entre otros, en el departamento de Sarthe, el más boscoso del noroeste de Francia. Allí los incendios forestales se dan cada vez con mayor frecuencia especialmente en la primavera y el verano. En los últimos años se ha registrado un aumento del número de incendios en los espacios naturales. Tras los numerosos incendios forestales que se produjeron en 2019, a principios de 2021 se equipó un área de 117.000 hectáreas de bosque con una red de sistemas automáticos de detección de incendios. Un total de 48 cámaras vigilan ahora los bosques por encima de las copas de los árboles en doce puntos distribuidos por todo el departamento cerca de zonas especialmente vulnerables.
El sistema ADELIE ha permitido mejorar el tiempo de detección y la precisión de la localización del fuego
Ventajas
- Vigilancia permanente de los incendios forestales: todo el año, en todo el territorio o en una parte de éste, día y noche.
- Ahorro de tiempo: Visualización en tiempo real de la catástrofe, transmisión inmediata de las alarmas, localización precisa del origen del incendio gracias a un sistema de triangulación.
Gracias a las cámaras y, sobre todo, a la cámara utilizada para despejar dudas, la verificación y confirmación es mucho más rápida que una llamada de emergencia. - Eliminación de los riesgos humanos: no más hombres aislados en las torres de vigilancia.
- Seguimiento a largo plazo: el almacenamiento de datos permite mejorar continuamente la vigilancia y la detección de los incendios forestales.
Por todo ello ADELIE es mucho más que un sistema automático de detección de incendios; es un sistema integrado de vigilancia y de gestión de la información sobre fuego e incendios forestales. Así, esta solución de tratamiento de imágenes de sello francés contribuye de forma decisiva a limitar los posibles daños. Gracias a la detección precoz de los incendios y a la localización precisa de los focos se reduce considerablemente el riesgo de propagación y se pueden minimizar los daños personales, medioambientales y económicos.
Cámara
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Interfaz: Ethernet
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Modelo: UI 5240SE-NIR
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Tipo de sensor: CMOS
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Fabricante: e2v
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Frecuencia de imagen: 60,0 fps
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Resolución (HxV): 1280 x 1024
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Obturador: Global Shutter, Global Start Shutter, Rolling Shutter
- Resolución: 1,31 MP
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Dimensiones: 34,0 x 44,0 x 47,0 mm
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Peso: 107 g
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Conexiones: GigE RJ45, atornillable
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Aplicaciones: procesamiento de imágenes industriales, sistemas de vigilancia, tecnología de seguridad, garantía de calidad, astronomía, tráfico & transporte, etc.
Cliente
PARATRONIC es un fabricante francés líder en hardware, software y sistemas integrados para la gestión del agua, el medio ambiente y los riesgos naturales. Sus áreas de competencia abarcan desde la fabricación, distribución o reacondicionamiento de instrumentos de medición para el agua, las aguas subterráneas y las aguas superficiales hasta la vigilancia de incendios. De ese modo, PARATRONIC ofrece soluciones integrales para la adquisición, la transmisión, el tratamiento y la gestión de los datos de campo.