Thiết kế hệ thống quan sát đối tượng từ xa phục vụ công tác cứu hộ cứu nạn

Thiết kế hệ thống quan sát đối tượng từ xa phục vụ công tác cứu hộ cứu nạnNghiên cứu, thiết kế hệ thống thiết bị quan sát từ xa dạng quả cầu Eyeball, phục vụ công tác cứu hộ cứu nạn là một vấn đề cần thiết hiện nay. Đặc biệt đối với những môi trường khó khăn, khắc nghiệt các lực lượng chức năng cần có một hệ thống giúp nắm bắt không gian, địa hình từ xa để giải cứu người bị nạn và con tin thuận lợi hơn.

Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ (2018) 1-8 Thiết kế hệ thống quan sát đối tượng từ xa phục vụ công tác cứu hộ cứu nạn Vũ Thị Quyên 1, *, Phạm Ngọc Minh 1, Nguyễn Đức Khốt 2, Ngơ Duy Tấn Viện Công nghệ Thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Việt Nam Khoa Cơ điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Viện Công nghệ Vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/6/2017 Chấp nhận 20/7/2017 Đăng online 28/2/2018 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống thiết bị quan sát từ xa dạng cầu Eyeball, phục vụ công tác cứu hộ cứu nạn vấn đề cần thiết Đặc biệt mơi trường khó khăn, khắc nghiệt lực lượng chức cần có hệ thống giúp nắm bắt khơng gian, địa hình từ xa để giải cứu người bị nạn tin thuận lợi Trước tính hình đó, nhóm chúng tơi xây dựng sản phẩm gồm thiết bị thu hình (còn gọi cầu) thiết bị ghi hình (còn gọi vali quan sát) khơng dây động Với tính tốn thiết kế chi tiết cầu có khả tự cân lăn, ném vào địa hình khơng phẳng Quả cầu với ba camera (mỗi camera có góc nhìn 120 độ) quan sát tồn khơng gian xung quanh Và tín hiệu truyền trung tâm (bộ thu hình - vali quan sát) qua sóng vơ tuyến Để truyền nhận liệu khoảng cách xa, hạn chế nhiễu truyền tín hiệu qua lớp vật liệu che chắn , xây dựng module RF kết hợp với mã hóa liệu truyền nhận liệu khoảng cách 50m Và hình ảnh truyền từ camera xử lý trở nên rõ nét phần mềm xử lý ảnh valy quan sát Có thể nói rằng: Hệ thống thiết bị mà nhóm chúng tơi xây dựng thử nghiệm đáp ứng yêu cầu hỗ trợ công tác cứu hộ cứu nạn Từ khóa: Quả cầu Eyeball Eyeball Thiết bị quan sát © 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Trên giới, số nước nghiên cứu hệ thống thiết bị quan sát từ xa dạng cầu đưa vào sử dụng phổ biến: Hãng ODF Optronik Israel cho đời EyaBall R1- Một đầu máy ghi hình độc lập động EyeBall R1 có hình dáng cầu(Palacin, et al , 2002) Thiết bị _ *Tác giả liên hệ E-mail: vtquyen@ioit ac ném qua cửa sổ nhà tới nơi bọn khủng bố cố thủ nơi giam giữ tin Quả cầu tự lấy thăng ổn định vị trí bề mặt, sau bắt đầu ghi hình tất thứ quanh Tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến đến trung tâm huy Hệ thống ghi nâng cao hiệu chiến dịch chống khủng bố cứu mạng sống tin người dân Anh em nhà Aguilar and Young thuộc trường đại học MIT’s Sloan School of Management Vũ Thị Quyên nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 1-8 phát minh chế tạo thành công Bouncingcamera - Một thiết bị quan sát khơng dây hình cầu thu tín hiệu Video truyền tín hiệu trực tiếp máy tính bảng Iphone qua mạng Wifi Ngoài ra, sản phầm Throwable Panoramic gọi bóng máy ảnh phát triển giáo sư Marc Alexa Đại học kỹ thuật Berlin - Sản phẩm có dạng hình cầu tích hợp nhiều camera quay ghi lại hình ảnh xung quanh (3600) lưu trữ liệ u USB không truyền trực tiếp đến thiết bị khác BouncingCamera Sản phẩm kèm với phần mềm trải ảnh máy tính Với phát triển khoa học kỹ thuật nước tiên tiến giới ngiên cứu chế tạo thành công đưa vào sử dụng nhiều loại thiết bị có gắn camera nhỏ gọn để làm công cụ hỗ trợ hiệu Ở Việt Nam, chưa có đề tài nghiên cứu chế tạo loại thiết bị cơng bố Hình EyeBall R1- Sản phẩm Israel sản xuất Mặt khác, việc trang bị công cụ hỗ trợ quan sát tiếp cận cho lực lượng chiến đấu ngành công an, cứu hộ cứu nạn thiếu Do hiệu tầm quan trọng thiết bị quan sát nghiệp vụ lớn nên nghiên cứu xây dựng sản phẩm dạng cầu tích hợp nhiều camêra để quay ghi hình ảnh xung quanh (3600) tín hiệu video truyền trực tiếp hình qua thu - phát sóng vơ tuyến (RF) Các phần tiếp sau chúng tơi trình bày: Phần 2: Giới thiệu hệ thống thiết bị quan sát từ xa dạng cầu Eyeball vấn đề nghiên cứu; Phần 3: Xử lý liệu truyền - nhận qua module RF; Phần 4: Nâng cao chất lượng hình ảnh Phần5: Kết luận Giới thiệu hệ thống thiết bị quan sát từ xa Eyeball Hệ thống thiết bị quan sát EyeBall sản phẩm bao gồm thiết bị thu ghi hình khơng dây động (Hình 2) Tín hiệu vidêo truyền trung tâm huy qua sóng vơ tuyến Bộ sản phẩm hỗ trợ người dùng theo dõi trực tiếp trường từ xa Thiết bị có khả chịu va đập, mơi trường khắc nghiệt đảm bảo ổn định ném vào khu vực cần quan sát Hình Hệ thống thiết bị quan sát nghệp vụ dạng cầu EyeBall Vũ Thị Quyên nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 1-8 Hình Sơ đồ khối hệ thống quan sát nghiệp vụ EyeBall Hình Sơ đồ khối phát tín hiệu video khơng dây dạng cầu Thiết bị thu hình có nguồn phát hồng ngoại để quan sát vùng ánh sáng yếu Hệ thống EyeBall sử dụng phương thức vơ tuyến để truyền tín hiệu video, hình ảnh độ nét cao (HD) băng tần 8GHz Hệ thống gồm cấu phần riêng biệt cầu thiết bị thu nhận xử lý (còn gọi khối trung tâm) dạng vali để dễ di chuyển triển khai Trong đó, hệ thống bao gồm thành phần sau: Bộ phát tín hiệu video thực chức sau: - Nhận tín hiệu từ mạch xử lý hình ảnh - Phát tín hiệu video trường khối trung tâm sóng cao tần Khối trung tâm thực chức năng: - Thu liệu từ phát - Ghi lại liệu thị lên hình hỗ trợ nâng cao chất lượng hình ảnh Trên sở đó, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu - thử nghiệm hệ thống gồm vấn đề: Vấn đề 1: Xử lý liệu truyền - nhận module RF, có tác dụng giúp phát tín hiệu video khối trung tâm truyền - nhận liệu khoảng cách 50m, có vật liệu che chắn (những lớp tường dày nhà cao tầng…) Vấn đề 2: Nâng cao chất lượng hình ảnh thu từ camera máy tính Những hình ảnh Hình Sơ đồ xử lý truyền liệu video truyền valy bị mờ nhiễu, rung camera xử lý qua phần mềm, giúp người quan sát thấy rõ địa hình Xử lý liệu truyền- nhận qua module RF Sơ đồ khối modulê phát RF Hình Quy trình xử lý liệu truyền Hình Tín hiệu thu từ camera chuỗi hình ảnh Mỗi hình ảnh biểu diễn dạng mảng gồm m hàng n cột Để hạn chế ảnh hưởng tiêu cực từ môi trường xung quanh đến modulê phát thu như: nhiễu sóng điện từ, mơi trường truyền dẫn, che chắn , liệu thu nhận khơng ngun vẹn bị sai Mã hóa liệu module phát giải mã liệu module nhận đảm bảo tính ổn định xác liệu 4 Vũ Thị Quyên nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 1-8 Có nhiều cách mã hóa, giải mã liệu chúng tơi chọn phương pháp mã hóa đường truyền Manchêstêr (Hồng Minh Sơn, 2006): - Tín hiệu 10 - Tín hiệu 01 Với phương pháp này, thời gian tồn chuỗi tín hiệu đường truyền chia nhỏ nhằm giúp module thu nhận liệu truyền (nếu thời gian tồn xung (1) đường truyền dài đến module thu (1) chịu tác động môi trường lớn) Cấu trúc khung truyền byte liệu: - bit bắt đầu (start) - Dữ liệu cần truyền - bit kết thúc (stop) Một điểm ảnh có 24bit liệu truyền liên cấu trúc Dải tín hiệu số điều chế dịch tần số FSK (Hình minh họa) để truyền xa (Vũ Quốc Bình, 2001) Sơ đồ khối modue nhận RF Hình Dải tín hiệu thu từ module thu giả điều chế Mạch phổ biến giải điều chế tín hiệu FSK vòng khóa pha (PLL) Tín hiệu mạch lối vào mạch PLL lấy giá trị tần số Điện áp sai số chiều lối so pha điều khiển dịch chuyển tần số cho ta hai mức (cơ số 2) (mức cao mức thấp) tín hiệu lối vào FSK (TS Vũ Quốc Bình, 2001) Tín hiệu lối mạch PLL đưa tới mạch lọc thơng thấp để loại bỏ thành phần sót lại sóng mang Sau tín hiệu tới mạch tạo xung để tạo tín hiệu liệu xác (Vũ Quốc Bình, 2001) Sau tín hiệu giải mã module thu: - Kiểm tra bit Start - Đọc liệu - Kiểm tra bit Stop Kiểm tra số lượng byte liệu nhận Chương trình phần mềm mã hóa sau: void M_Pulse_Start() { M_Data_Out=1; delay_ms(2); M_Data_Out=0; delay_ms(2); } void M_Pulse_Finish() { M_Data_Out=1; delay_ms(3); M_Data_Out=0; delay_ms(3); } Void M_Sent_Array(unsigned int *array, unsigned int length) { unsigned int i; for(i=0;i