Scientific and analytical journal «Vestnik Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia» Scientific and analytical journal «Vestnik Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia» Научно-аналитический журнал "Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России" 2218-130X 75090 10.61260/2218-130X-2024-2023-4-47-58 ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ INFORMATICS, COMPUTER ENGINEERING AND CONTROL ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ AUTOMATION OF FOREST FIRES DETECTION PROCEDURES BASED ON VIDEO PROCESSING RESULTS АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР ОБНАРУЖЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ ВИДЕО Васильева Дина Владимировна Vasilyeva Dina V. https://orcid.org/0000-0002-4889-0001 Дворников Сергей Викторович Dvornikov Sergey Viktorovich practicdsv@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Якушенко Сергей Алексеевич Yakushenko Sergey A. was16@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Дворников Сергей Сергеевич Dvornikov Sergey Sergeevich dvornik.92@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation Saint-Petersburg Russian Federation Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного Санкт-Петербург Россия Military academy of communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny Saint-Petersburg Russian Federation Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М.Буденного Budyonny Military Academy of the Signal Corps Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation Saint-Petersburg Russian Federation Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного Санкт-Петербург Россия Military academy of communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny Saint-Petersburg Russian Federation Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation Sankt-petersburg Russian Federation Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного Россия Military academy of communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny Russian Federation 14 02 2024 14 02 2024 2023 4 47 58 24 09 2023 27 10 2023 https://journals.igps.ru/en/nauka/article/75090/view

Представлены результаты разработки предложения по автоматизации процедур обнаружения лесных пожаров на основе методов распознавания образов. Сформулирована и поставлена математическая задача построения признакового пространства и задача распознавания образов по результатам сравнения векторов признаков. Предложено в рамках решения рассматриваемой проблематики формировать признаковое пространство из двух векторов, характеризующих изображение текущего и предыдущего кадров. Обоснован выбор в качестве векторов признаков гистограмм, характеризующих распределение интенсивности яркости изображений. Приведены результаты эксперимента, подтверждающие правомерность теоритических выводов, и сформулированы рекомендации по автоматизации процедур обнаружения.

The results of developing a proposal for automating forest fire detection procedures based on pattern recognition methods are presented. The mathematical problem of constructing a feature space and the problem of pattern recognition based on the results of comparing feature vectors have been formulated and posed. As part of the solution to the problem under consideration, it is proposed to form a feature space from two vectors characterizing the image of the current and previous frames. The choice of histograms characterizing the distribution of image brightness intensity as feature vectors is justified. Experimental results are presented that confirm the validity of the theoretical conclusions and recommendations for automating detection procedures are formulated.

 обнаружение лесных пожаров формирование векторов признаков обработка кадров видеоизображений распознавание образов detection of forest fires formation of feature vectors processing of video image frames pattern recognition

Константинов А.В., Морковина В.В. Лесные пожары как наиболее значимая угроза экономической безопасности лесного сектора // Актуальные направления научных исследований ХХИ века: теория и практика. 2016. Т. 4. № 2 (22). С. 319-325. Konstantinov A.V., Morkovina V.V. Lesnye pozhary kak naibolee znachimaya ugroza ekonomicheskoj bezopasnosti lesnogo sektora // Aktual'nye napravleniya nauchnyh issledovanij XXI veka: teoriya i praktika. 2016. T. 4. № 2 (22). S. 319-325. Блохина А.А. Лесные пожары как угроза экономической безопасности в лесном комплексе // Актуальные проблемы развития хозяйствующих субъектов, территорий и систем регионального и муниципального управления: материалы ХИВ Междунар. науч.-практ. конф. Курск: Юго-Западный гос. ун-т, 2019. Вып. 3. С. 64-68. Blohina A.A. Lesnye pozhary kak ugroza ekonomicheskoj bezopasnosti v lesnom komplekse // Aktual'nye problemy razvitiya hozyajstvuyushchih sub"ektov, territorij i sistem regional'nogo i municipal'nogo upravleniya: materialy XIV Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Kursk: Yugo-Zapadnyj gos. un-t, 2019. Vyp. 3. S. 64-68. Изранцева А.А., Капустина Ю.А. Лесные пожары как вызов и угроза экономической безопасности лесного сектора // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: материалы ХВИИИ Всерос. (нац.) науч.-техн. конф. Екатеринбург: Уральский гос. лесотехнический ун-т, 2022. С. 772-777. Izranceva A.A., Kapustina Yu.A. Lesnye pozhary kak vyzov i ugroza ekonomicheskoj bezopasnosti lesnogo sektora // Nauchnoe tvorchestvo molodezhi - lesnomu kompleksu Rossii: materialy XVIII Vseros. (nac.) nauch.-tekhn. konf. Ekaterinburg: Ural'skij gos. lesotekhnicheskij un-t, 2022. S. 772-777. Зуев В.М., Павлов Н.И. Молнии как природный фактор возникновения лесных пожаров в Приморском крае // Труды Дальневосточного государственного технического университета. 2006. № 142. С. 158-162. Zuev V.M., Pavlov N.I. Molnii kak prirodnyj faktor vozniknoveniya lesnyh pozharov v Primorskom krae // Trudy Dal'nevostochnogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2006. № 142. S. 158-162. Причины лесных пожаров в лесном фонде Уральского Федерального округа / В.Н. Сащенко [и др.] // Вестник биотехнологии. 2019. № 3 (20). С. 11. Prichiny lesnyh pozharov v lesnom fonde Ural'skogo Federal'nogo okruga / V.N. Sashchenko [i dr.] // Vestnik biotekhnologii. 2019. № 3 (20). S. 11. Жидкова А.Ю., Ковярова В.А. Причины лесных пожаров в лесном фонде Сибири // Вестник Таганрогского института им. А.П. Чехова. 2020. № 2. С. 129-133. ЕДН ВЕHHHС. Zhidkova A.Yu., Kovyarova V.A. Prichiny lesnyh pozharov v lesnom fonde Sibiri // Vestnik Taganrogskogo instituta im. A.P. Chekhova. 2020. № 2. S. 129-133. EDN VEHHHS. Филиппов А.Г. Методы и модели информационно-навигационного обеспечения аварийно-спасательных формирований МЧС России // Школа молодых ученых и специалистов МЧС России - 2013. Актуальные проблемы обеспечения комплексной безопасности и пути их решения: сб. статей по материалам конф. 2013. С. 142-149. Filippov A.G. Metody i modeli informacionno-navigacionnogo obespecheniya avarijno-spasatel'nyh formirovanij MCHS Rossii // Shkola molodyh uchenyh i specialistov MCHS Rossii - 2013. Aktual'nye problemy obespecheniya kompleksnoj bezopasnosti i puti ih resheniya: sb. statej po materialam konf. 2013. S. 142-149. Кустов О.М., Шадаева Л.И., Носякова Е.А. Особенности проведения отдельных следственных действий при расследовании лесных пожаров и установление причин лесных пожаров // Научный взгляд в будущее. 2016. Т. 7. № 4. С. 75-79. ДОИ: 10.21893/2415-7538-2016-04-7-160. Kustov O.M., Shadaeva L.I., Nosyakova E.A. Osobennosti provedeniya otdel'nyh sledstvennyh dejstvij pri rassledovanii lesnyh pozharov i ustanovlenie prichin lesnyh pozharov // Nauchnyj vzglyad v budushchee. 2016. T. 7. № 4. S. 75-79. DOI: 10.21893/2415-7538-2016-04-7-160. Чеботарев С.С., Овсяник А.И. Развитие экономических отношений в лесном хозяйстве: страхование хозяйственной деятельности по лесовосстановлению по результатам лесных пожаров // Экономика: вчера, сегодня, завтра. 2020. Т. 10. № 9-1. С. 219-227. ДОИ: 10.34670/АР.2020.24.64.023. Chebotarev S.S., Ovsyanik A.I. Razvitie ekonomicheskih otnoshenij v lesnom hozyajstve: strahovanie hozyajstvennoj deyatel'nosti po lesovosstanovleniyu po rezul'tatam lesnyh pozharov // Ekonomika: vchera, segodnya, zavtra. 2020. T. 10. № 9-1. S. 219-227. DOI: 10.34670/AR.2020.24.64.023. Конькова Ю.М. Лесные пожары как фактор утраты функций лесных экосистем // Новости науки в АПК. 2021. № 2. С. 111-113. ДОИ: 10.25930/2218-855х/029.2.2021. Kon'kova Yu.M. Lesnye pozhary kak faktor utraty funkcij lesnyh ekosistem // Novosti nauki v APK. 2021. № 2. S. 111-113. DOI: 10.25930/2218-855x/029.2.2021. Власов В.А., Савинова И.В. Экономико-правовые аспекты предупреждения и ликвидации лесных пожаров в лесном секторе экономики (опыт Красноярского края) // Аграрное и земельное право. 2022. № 3 (207). С. 14-18. ДОИ: 10.47643/1815-1329-2022-3-14. Vlasov V.A., Savinova I.V. Ekonomiko-pravovye aspekty preduprezhdeniya i likvidacii lesnyh pozharov v lesnom sektore ekonomiki (opyt Krasnoyarskogo kraya) // Agrarnoe i zemel'noe pravo. 2022. № 3 (207). S. 14-18. DOI: 10.47643/1815-1329-2022-3-14. Пепеляева В.Д., Зыкин С.А. Применение космического мониторинга с помощью спутников в целях обнаружения крупных лесных пожаров // Современная школа России. Вопросы модернизации. 2021. № 2-1 (35). С. 114-115. Pepelyaeva V.D., Zykin S.A. Primenenie kosmicheskogo monitoringa s pomoshch'yu sputnikov v celyah obnaruzheniya krupnyh lesnyh pozharov // Sovremennaya shkola Rossii. Voprosy modernizacii. 2021. № 2-1 (35). S. 114-115. Грибунов О.П., Морозов Р.О. Использование результатов информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров при расследовании уничтожения или повреждения лесных насаждений // Криминалистика: вчера, сегодня, завтра. 2022. № 1 (21). С. 26-34. ДОИ: 10.55001/2587-9820.2022.33.85.003. Gribunov O.P., Morozov R.O. Ispol'zovanie rezul'tatov informacionnoj sistemy distancionnogo monitoringa lesnyh pozharov pri rassledovanii unichtozheniya ili povrezhdeniya lesnyh nasazhdenij // Kriminalistika: vchera, segodnya, zavtra. 2022. № 1 (21). S. 26-34. DOI: 10.55001/2587-9820.2022.33.85.003. Козаченко М.С., Славский В.В. Модель краткосрочного мониторинга и прогноза динамики лесных пожаров // Ломоносовские чтения на Алтае: сб. науч. статей междунар. молодеж. школы-семинара: в 4-х ч. / под ред. Е.Д. Родионова. Барнаул: Алтайский гос. пед. ун-т, 2012. Ч. ИИ. С. 167-172. Kozachenko M.S., Slavskij V.V. Model' kratkosrochnogo monitoringa i prognoza dinamiki lesnyh pozharov // Lomonosovskie chteniya na Altae: sb. nauch. statej mezhdunar. molodezh. shkoly-seminara: v 4-h ch. / pod red. E.D. Rodionova. Barnaul: Altajskij gos. ped. un-t, 2012. Ch. II. S. 167-172. Информационная система дистанционного мониторинга лесных пожаров Федерального агентства лесного хозяйства Российской Федерации (состояние и перспективы развития) / С.А. Барталев [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Т. 5. № 2. С. 419-429. Informacionnaya sistema distancionnogo monitoringa lesnyh pozharov Federal'nogo agentstva lesnogo hozyajstva Rossijskoj Federacii (sostoyanie i perspektivy razvitiya) / S.A. Bartalev [i dr.] // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2008. T. 5. № 2. S. 419-429. Данилова С.С., Николаева В.М. Обнаружение лесных пожаров. Методы тушения лесных пожаров // Аллея науки. 2018. Т. 3. № 10 (26). С. 380-383. Danilova S.S., Nikolaeva V.M. Obnaruzhenie lesnyh pozharov. Metody tusheniya lesnyh pozharov // Alleya nauki. 2018. T. 3. № 10 (26). S. 380-383. Качанов С.А., Попов А.П. О месте аппаратно-программного комплекса «Безопасный город» в концепции «Умный город» // Технологии гражданской безопасности. 2019. Т. 16. № 3 (61). С. 4-9. ДОИ: 10.54234/CСТ.19968493.2019.16.3.61.1.4. Kachanov S.A., Popov A.P. O meste apparatno-programmnogo kompleksa «Bezopasnyj gorod» v koncepcii «Umnyj gorod» // Tekhnologii grazhdanskoj bezopasnosti. 2019. T. 16. № 3 (61). S. 4-9. DOI: 10.54234/CST.19968493.2019.16.3.61.1.4. Попов С., Набоких Л. Комплексная безопасность - 2021: от города безопасного к городу умному // Первая миля. 2021. № 4 (96). С. 60-65. ДОИ: 10.22184/2070-8963.2021.96.4.60.65. Popov S., Nabokih L. Kompleksnaya bezopasnost' - 2021: ot goroda bezopasnogo k gorodu umnomu // Pervaya milya. 2021. № 4 (96). S. 60-65. DOI: 10.22184/2070-8963.2021.96.4.60.65. Костенок В.Д., Язубец А.В. Распознавание образов с помощью искусственного интеллекта // Новые информационные технологии в телекоммуникациях и почтовой связи. 2023. Т. 1. № 1. С. 33. Kostenok V.D., Yazubec A.V. Raspoznavanie obrazov s pomoshch'yu iskusstvennogo intellekta // Novye informacionnye tekhnologii v telekommunikaciyah i pochtovoj svyazi. 2023. T. 1. № 1. S. 33. Власов С.Ю. Математическая модель распознавания образов на основе искусственного интеллекта в сфере сельского хозяйства // Интернаука. 2022. № 43-1 (266). С. 13-15. Vlasov S.Yu. Matematicheskaya model' raspoznavaniya obrazov na osnove iskusstvennogo intellekta v sfere sel'skogo hozyajstva // Internauka. 2022. № 43-1 (266). S. 13-15. Гайдаренко А.С., Копалин А.С. Анализ методов распознавания образов с помощью искусственного интеллекта // Современные научные знания: сб. статей Междунар. науч.-практ. конф. Пенза:Наука и просвещение (ИП Гуляев Г.Ю.), 2023. С. 56-58. Gajdarenko A.S., Kopalin A.S. Analiz metodov raspoznavaniya obrazov s pomoshch'yu iskusstvennogo intellekta // Sovremennye nauchnye znaniya: sb. statej Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Penza: Nauka i Prosveshchenie (IP Gulyaev G.Yu.), 2023. S. 56-58. Патент № 2261476 C1 Рос. Федерация, МПК Г06К 9/00. Способ распознавания радиосигналов. № 2004102168/09; заявл. 26.01.2004; опубл. 27.09.2005 / В.А. Аладинский, С.В. Дворников, А.М. Сауков, А.Н. Симонов; заявитель Военный университет связи. ЕДН РУФМДР. Patent № 2261476 C1 Ros. Federaciya, MPK G06K 9/00. Sposob raspoznavaniya radiosignalov. № 2004102168/09; zayavl. 26.01.2004; opubl. 27.09.2005 / V.A. Aladinskij, S.V. Dvornikov, A.M. Saukov, A.N. Simonov; zayavitel' Voennyj universitet svyazi. EDN RUFMDR. Способ распознавания радиосигналов: пат. 2356064 C2. Рос. Федерация, МПК Г01С 7/00 / С.В. Дворников, А.С. Дворников, С.Р. Желнин [и др.]; заявитель Военная академия связи им. С.М. Буденного. - № 2007115510/09; заявл. 24.04.2007; опубл. 20.05.2009. ЕДН УОQХМQ. Patent № 2356064 C2. Ros. Federaciya, MPK G01S 7/00. Sposob raspoznavaniya radiosignalov. № 2007115510/09; zayavl. 24.04.2007; opubl. 20.05.2009 / S.V. Dvornikov, A.S. Dvornikov, S.R. Zhelnin [i dr.]; zayavitel' Voennaya akademiya svyazi im. S.M. Budennogo. EDN UOQXMQ. Дворников С.В., Дворников С.С., Коноплев М.А. Алгоритм распознавания сигналов радиосвязи на основе симметрических матриц // Информационные технологии. 2010. № 9. С. 75-77. ЕДН МУСЛАД. Sposob raspoznavaniya radiosignalov: pat. 2356064 C2. Ros. Federaciya, MPK G01S 7/00 / S.V. Dvornikov, A.S. Dvornikov, S.R. ZHelnin [i dr.]; zayavitel' Voennaya akademiya svyazi im. S.M. Budennogo. - № 2007115510/09; zayavl. 24.04.2007; opubl. 20.05.2009. EDN UOQXMQ. Дворников С.В., Сауков А.М. Метод распознавания радиосигналов на основе вейвлет-пакетов // Научное приборостроение. 2004. Т. 14. № 1. С. 85-93. ЕДН HСQОСБ. Dvornikov S.V., Saukov A.M. Metod raspoznavaniya radiosignalov na osnove vejvlet-paketov // Nauchnoe priborostroenie. 2004. T. 14. № 1. S. 85-93. EDN HSQOSB. Предложения по применению формулы Введенского для расчета затуханий радиолиний передачи видео / С.В. Дворников [и др.] // Вопросы радиоэлектроники. Сер.: Техника телевидения. 2018. № 2. С. 105-111. ЕДН УСЗЛАY. Predlozheniya po primeneniyu formuly Vvedenskogo dlya rascheta zatuhanij radiolinij peredachi video / S.V. Dvornikov [i dr.] // Voprosy radioelektroniki. Ser.: Tekhnika televideniya. 2018. № 2. S. 105-111. EDN USZLAY. Дворников С.В., Дворников А.М., Спирин А.М. Синтез манипулированных сигналов на основе вейвлет-функций // Информационные технологии. 2013. № 12. С. 52-55. ЕДН РОТМАР. Dvornikov S.V., Dvornikov A.M., Spirin A.M. Sintez manipulirovannyh signalov na osnove vejvlet-funkcij // Informacionnye tekhnologii. 2013. № 12. S. 52-55. EDN ROTMAR. Сагдатуллин А.М., Шамсутдинов Р.А. Разработка алгоритма улучшения качества изображений входного видеопотока для управления атомными транспортными средствами // Интеллектуальные системы в производстве. 2021. Т. 19. № 2. С. 90-95. ДОИ: 10.22213/2410-9304-2021-2-90-95. Sagdatullin A.M., Shamsutdinov R.A. Razrabotka algoritma uluchsheniya kachestva izobrazhenij vhodnogo videopotoka dlya upravleniya atomnymi transportnymi sredstvami // Intellektual'nye sistemy v proizvodstve. 2021. T. 19. № 2. S. 90-95. DOI: 10.22213/2410-9304-2021-2-90-95. Кучуков В.А. Эквализация гистограмм изображений, представленных в системе остаточных классов // Современные технологии в нефтегазовом деле - 2018: сб. трудов междунар. науч.-техн. конф.: в 2-х т. Октябрьский: Уфимский гос. нефтяной техн. ун-т, 2018. Т. 2. С. 290-293. Kuchukov V.A. Ekvalizaciya gistogramm izobrazhenij, predstavlennyh v sisteme ostatochnyh klassov // Sovremennye tekhnologii v neftegazovom dele - 2018: sb. trudov mezhdunar. nauch.-tekhn. konf.: v 2-h t. Oktyabr'skij: Ufimskij gos. neftyanoj tekhn. un-t, 2018. T. 2. S. 290-293. Метод обнаружения радиосигналов на основе обработки их частотно-временных распределений плотности энергии / С.В. Дворников [и др.] // Информация и космос. 2005. № 4. С. 13-16. ЕДН КХАИТТ. Metod obnaruzheniya radiosignalov na osnove obrabotki ih chastotno-vremennyh raspredelenij plotnosti energii / S.V. Dvornikov [i dr.] // Informaciya i kosmos. 2005. № 4. S. 13-16. EDN KXAITT. Дворников С.В., Сауков А.М. Модификация частотно-временных описаний нестационарных процессов на основе показательных и степенных функций // Научное приборостроение. 2004. Т. 14. № 3. С. 76-85. ЕДН HСQПCЛ. Dvornikov S.V., Saukov A.M. Modifikaciya chastotno-vremennyh opisanij nestacionarnyh processov na osnove pokazatel'nyh i stepennyh funkcij // Nauchnoe priborostroenie. 2004. T. 14. № 3. S. 76-85. EDN HSQPCL. Манукьян А.А. Принципы формирования частотно-временных последовательностей импульсов на основе свойств простых числовых полей Галуа ГФ(п) и их некогерентной обработки для построения радиоизображений объектов // Вестник воздушно-космической обороны. 2016. № 4 (12). С. 70-87. Manuk'yan A.A. Principy formirovaniya chastotno-vremennyh posledovatel'nostej impul'sov na osnove svojstv prostyh chislovyh polej Galua GF(p) i ih nekogerentnoj obrabotki dlya postroeniya radioizobrazhenij ob"ektov // Vestnik vozdushno-kosmicheskoj oborony. 2016. № 4 (12). S. 70-87. Дворников С.В. Теоретические основы синтеза билинейных распределений энергии нестационарных процессов в частотно-временном пространстве (обзор) // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. №1. С. 47-60. ЕДН YУЗУОЕ. Dvornikov S.V. Teoreticheskie osnovy sinteza bilinejnyh raspredelenij energii nestacionarnyh processov v chastotno-vremennom prostranstve (obzor) // Trudy uchebnyh zavedenij svyazi. 2018. T. 4. № 1. S. 47-60. EDN YUZUOE.