ADS - Acoustic Detection System
Ultrarychlý akustický bezpečnostní systém pro dopravní infrastrukturu
Naši specialisté se již mnoho let zabývají nejmodernějšími bezpečnostními průmyslovými technologiemi, a to jak v souvislosti s jejich předchozím působením v nadnárodních korporacích, tak i v rámci lokálních českých vývojových společností.
Jednou z oblastí našeho zájmu jsou bezpečnostní detekční systémy pro dopravní infrastrukturu, konkrétně technologie pro silniční a dálniční tunely. Většina světových technologických firem se vydala v této oblasti cestou automatizované analýzy obrazu z dopravních kamer. Jedná se o systémy s umělou inteligencí, které jsou schopny s pomocí propracovaných matematických algoritmů z existujících informací (obraz z kamery, data ze senzorů v tunelu) automaticky identifikovat nebezpečí. Tato řešení však bohužel nedetekují nebezpečí v tunelu v době vzniku události, nýbrž s určitým zpožděním. Nejrychlejší mezi současnými technologiemi jsou indukční smyčky, ale ty samy o sobě poskytují velmi omezené množství informací. Informační zpoždění se zde pohybuje od několika desítek sekund až do desítek minut. Za tuto dobu mohou vjet do tunelu stovky vozidel s fatálními následky. Některé nebezpečné situace není schopna současná technologie automaticky identifikovat vůbec a bezpečnost tunelu pak závisí pouze na pozornosti operátora.
Naše společnost doplňuje tyto používané systémy o unikátní technologii, která posouvá výslednou bezpečnost dopravního tunelu o kategorii výše. A sice o robotickou analýzu zvuku, která využívá umělou inteligenci založenou na software s progresivními algoritmy. Spolupráce s renomovaným zahraničním výzkumným a vývojovým partnerem, který pracuje mimo jiné i pro agenturu NASA, se rozvinula z původní obchodní báze do roviny společného technologického projektu, ve kterém naše společnost Powerdynax vývojově řeší jednu komplexní část tohoto systému.
U systémů s umělou inteligencí představují náklady do vývoje hardware (především senzory) pouze zlomek v porovnání s náklady do vývoje vyhodnocovacích softwarových algoritmů. Akustický Detekční Systém od společnosti Powerdynax patří do kategorie moderních výrobků, využívajících především umělou inteligenci založenou na software. Takový systém může být provozován samostatně, ale zásadní přidanou hodnotu přináší pouze jako součást ostatních bezpečnostních celků, se kterými společně vytváří komplexní bezpečnostní systém tunelu.
Akustický Detekční Systém využívá nejmodernější technologie, založené na robotickém vyhodnocování komplexního zvukového pozadí tunelové roury. Skládá se z těchto systémových komponentů:
- Síť speciálních mikrofonů, umístěných v tunelu
- Codecy, zajišťující potřebné kódování a dekódování dat a precizní synchronizaci všech mikrofonních kanálů během komplexní inteligentní analýzy signálů z celého tunelu
- Analytický server nebo farmu analytických serverů, na kterých běží procesní signálová analýza v reálném čase
- Databázi všech možných variant a průběhů reálných signálů, které generuje nebo bude generovat zvukové pozadí tunelové roury
- Nástroj pro získání matematického modelu akustiky konkrétní tunelové roury
- Vyhodnocovací algoritmy pro jednotlivé kanály, které jsou založeny na umělé inteligenci
- Komunikační server pro napojení do bezpečnostního systému tunelu
Veškeré hardwarové prvky jsou propojeny přes běžnou tunelovou infrastrukturu, která používá ethernet.
Popis činnosti
Akustický bezpečnostní systém analyzuje v reálném čase komplexní zvukové pozadí tunelové roury. Všechny signály jsou nasnímány speciálními měřícími mikrofony, převedeny do digitální domény a pomocí codeců s přesnou časovou synchronizací jsou přeneseny na analytický server, popř. při použití většího množství akustických kanálů na serverovou farmu. Klíčová je zde přitom naprosto přesná časová synchronizace jednotlivých mikrofonních signálů mezi sebou v reálném čase. Tak jako se tunelová roura chová z pohledu akustiky jako jeden celek, tak i náš robotický systém se ve výsledném chování projevuje jako jeden celek, bez ohledu na to, kolik mikrofonů obsahuje.
V analytickém serveru probíhá komplexní signálová analýza v reálném čase za pomocí umělé inteligence. Analytický server popř. serverová farma má uložen přesný matematický model akustického chování konkrétní tunelové roury. Pro jeho získání je třeba nasnímat v průběhu zhruba šesti týdnů reálný provoz v tunelu a následně tato data zakódovat do matematického modelu tunelu. Jedná se o první stupeň učící se fáze umělé inteligence. Software pro získání matematického modelu akustiky tunelu je součástí našeho řešení.
Databázová část kromě toho obsahuje informace o všech možných variantách a průbězích reálného signálu / reálných signálů, které může generovat zvukové pozadí tunelové roury. Podobně jako u lidí je u umělé inteligence proces získávání těchto dat závislý za “zkušenostech”, který buď člověk nebo stroj získal na základě dlouhodobějšího pozorování podobných reálných dějů v minulosti. Z tohoto důvodu je důležité, aby databázová část obsahovala co největší množství informací z reálného provozu tunelů podobného typu za delší časové období. Na základě zkušeností s jinými systémy, které umělou inteligenci používají, se za rozumné považuje období pro získávání dat do databáze z reálného provozu podobného charakteru v minimální délce zhruba 3 let.
Server popř. serverová farma následně zpracovává digitální signál ze všech mikrofonních kanálů v reálném čase na základě algoritmů umělé inteligence, matematického modelu akustiky tunelu konkrétní tunelové roury a na základě databáze uložených reálných signálů získaných z minulosti. Databáze jako jedna z klíčových částí tohoto systému je opět součástí našeho řešení.
V případě identifikace nebezpečné situace je automaticky provedena kategorizace konkrétního nebezpečí a je vypočteno místo incidentu na základě časové analýzy signálů z více mikrofonních kanálů. Komunikační server následně posílá relevantní informaci do řídícího systému tunelu. Ten na základě priorit řídí kamerový systém a zobrazuje místo incidentu na monitorech v místnosti velínu. Operátor je maximálně do 3 sekund od vzniku nebezpečí o této nebezpečné situaci automaticky informován a příslušná kamera zobrazí místo incidentu.
Náš akustický bezpečnostní systém automaticky detekuje následující nebezpečné situace:
- Náhlé brzdění,
- prasklá pneumatika,
- náraz vozidla do infrastruktury,
- náraz dvou vozidel do sebe,
- troubení vozidla,
- zavření dveří vozidla,
- uvolněný poklop ve vozovce.
Tyto situace následně akustický bezpečnostní systém automaticky zařazuje do jedné ze 4 hlavních kategorií, lokalizuje místo incidentu, a předává tato data do řídícího systému tunelu / kamerového systému. Vše se děje během jedné sekundy od začátku incidentu. Náš systém také umožňuje lokalizaci pohybujících se osob uvnitř tunelu a s pomocí nouzového zvukového systému je možno s lidmi online komunikovat.
Popis prvků Akustického Detekčního Systému (bez samotného HW analytického a komunikačního serveru):
Mikrofon
- měřící mikrofon třídy 1 dle IEC61672
- vodotěsné provedení odolávající strojovému mytí tunelu za použití tlakové vody
- frekvenční rozsah 20 Hz až 20 kHz
- dynamický rozsah větší než 146 dB při 3% zkreslení v horním limitu
- termální šum menší než 16 dBA
- zaručený provozní teplotní rozsah -30°C až 80°C
- zaručený provozní vlhkostní rozsah 0 až 98 %
- teplotní koeficient 0.005 dB/°C
- vlhkostní koeficient 0.003 dB/%RH
- tlakový koeficient 0.004 dB/kPa
Elektronický kondicioner
- frekvenční rozsah 20 Hz až 100 kHz ±0.2 dB
- výstupní impedance < 110 Ω
- termální šum < 2.0 μV
- maximální výstupní napětí 3.5 Vrms
- napájení IEPE
- zaručený provozní teplotní rozsah -20°C až 80°C
- zaručený provozní vlhkostní rozsah 0 až 98 %
Modul IEPE
- dynamický rozsah ± 10 V
- zdroj konstantního proudu 3.5 až 4.5 mA
- termální šum < -120 dBV / < 1 μV (0.3 Hz až 40 kHz)
- frekvenční rozsah 20 Hz až 100 kHz
Modul Codec pro výměnu dat mezi mikrofonem a analytickým serverem
- frekvenční rozsah 20 Hz až 20 kHz
- přesná časová synchronizace mezi kanály a analytickým serverem
- typ kódování: lineární bez komprese
- bitová hloubka: 24 bit
- samplovací frekvence 48 kHz
- dynamický rozsah větší než 100 dB
Softwarová licence pro analytický server
- obsahuje licenci pro běh analytického serveru
- obsahuje databázi všech možných variant a průběhů reálných signálů, které může generovat zvukové pozadí tunelové roury
- obsahuje nástroj pro získání matematického modelu akustiky konkrétní tunelové roury
Softwarová licence pro jeden audiokanál (= jeden mikrofon)
- obsahuje licenci pro příjem dat z jednoho modulu Codec
- obsahuje licenci pro komplexní signálovou analýzu jednoho audiokanálu (=jednoho mikrofonu)
Uvedení jednoho audiokanálu do provozu
- zahrnuje SW parametrizaci mikrofonu a přenosové cesty, vytvoření matematického modelu akustiky části tunelové roury snímané tímto audiokanálem (mikrofonem) a nahrání těchto dat na analytický server
Vytvoření driveru pro přenos dat z komunikačního serveru do řídícího systému tunelu.
V případě vašeho zájmu o tento akustický detekční systém nás prosím kontaktujte na telefonu 778 468 087, popř. přes email solution@powerdynax.com