Аннотация
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1. Горящие и тлеющие частицы как фактор возникновения очагов пожара 7
1.1 Основное понятие и физический механизм зажигания огненных частиц 7
1.2 Генерация горящих и тлеющих частиц 8
1.3 Перенос частиц 11
1.4 Поджоги, вызванные горящими и тлеющими частицами 13
2. Обзор существующих экспериментальных установок по моделированию генерации потока частиц природного
происхождения 15
2.1 NIST Dragon 15
2.2 Генератор горящих и тлеющих частиц 16
3. Существующие методы анализа процессов генерации и транспортировки горящих и тлеющих частиц 19
3.1 Использование трехмерной диагностики с временным разрешением для характеристики ливней горящих и
тлеющих частиц в WUI 19
3.1.1 Система Emberometer №1 19
3.1.2 Экспериментальная схема и методика в NIST 23
3.1.3 Результаты эксперимента 25
3.1.4 Полевое развертывание системы измерения потока и состояния горящих частиц 29
3.1.5 Анализ кадров RGB, инфракрасной съемки, коллекции из поддонов 30
3.1.6 Результаты 32
3.2 Исследование экспериментов по уязвимостям горючих веществ к воспламенениям вокруг домов 33
3.2.1 Литературные исследования: угроза зазоров 33
3.2.2 Влияние размера мульчирующего слоя и потока частиц на уязвимость к воспламенению 35
4. Эксперименты в ИОА 37
4.1 Проведение серии экспериментов в Большой аэрозольной камере 37
4.2 Программный комплекс для обнаружения, отслеживания и определения характеристик на тепловизионном
видео горящих и тлеющих частиц 39
4.2.1 Разработка графического интерфейса 39
4.2.2 Алгоритмы детекторов 40
4.2.3 Возможности графического интерфейса 41
4.2.4 Аннотировка роликов 42
5. Детектирование горящих и тлеющих частиц на основе сверточных нейронных сетей 45
5.1 Принцип работы сверточных нейросетей 45
5.2 Особенности YOLO трекера 49
5.2.1 Обучение YOLO 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 55
... отсутствует 4 и 5 раздел
Сегодня природные пожары являются одной из самых крупных природных катастроф, которые влекут за собой большие последствия (человеческие, материальные и экономические потери). Примерами таких пожаров, которые привели к чрезвычайным ситуациям, приведшим к непоправимым последствиям и значительному материальному ущербу, являются природные пожары в Греции 2007 г. (пожар уничтожил более 270 тыс. га леса, погибло 84 человека), в австралийском штате Виктория 2009 г. (уничтожено 450 тыс. га леса, погибло 173 человек), в европейской части России 2010 г. (ущерб оценивался в 85 млрд. 500 млн. рублей), в Сибири 2019 г. (ущерб 7 млрд. рублей), в Австралии 2020 г. (ущерб 3,5 млрд. долларов США) [1,2]. Причина данных пожаров была связанна с аномально высокой температурой, которая привела к засухе ряда лесных и других растительных массивов, данная аномальная активность была вызвана в ходе изменения существующего климата [3]. Горящие и тлеющие частицы в подобных пожарах служат распространителями очага пожара, захватывая все большие территории. Именно поэтому необходимо иметь спектр различных моделей или подходов, с целью прогнозирования возможных очагов пожара и для дальнейшего предотвращения катастрофы.
Один из таких подходов - созданная трехмерная система отслеживания и калибровки частиц с временным разрешением “Emberometer” [4]. Данная система способна характеризовать потоки искусственно генерируемых воздушных огненных частиц, с целью значительно улучшить техническую основу для строительных норм и стандартов WUI (стандарт предоставляющий методологию оценки опасностей возгорания, в диких землях вокруг существующих сооружений и требования к новому строительству, чтобы уменьшить вероятность возгорания конструкций от пожаров в диких землях) и для устранения уязвимостей воспламенения, который был откалиброван и испытан в полевых условиях во время полевых пожаров [5]. В другой статье были рассмотрены результаты воздействия горящих и тлеющих частиц природного происхождения на объекты частного сектора при WUI пожарах [6]. Для облегчения характеристик: относительная влажность, температура окружающей среды, скорость ветра, условия местности и состояние топлива был разработан автоматизированный алгоритм обработки изображений, который способен измерить проекционную площадь огненных частиц, может автоматически обнаруживать края фонового листа, поворачивать фотографию, обнаруживать края огненных частиц, удалять ошибочные частицы (например, золу) и, наконец, измерять проекционную площадь. Модель также может предсказать массу частиц в пределах погрешности 5 % по сравнению с измерением.
В ходе данных исследований использовались генераторы горящих и тлеющих частиц из-за трудностей, а в большинстве случаев невозможности, получения необходимых данных о детектировании и моделирования таких частиц во время реальных пожаров. Данные генераторы способны генерировать частицы, близкие по характеристикам к частицам реальных пожаров, которые используются для проведения мелкомасштабных экспериментов по изучению аэродинамических характеристик частиц.
После изучения данных работ была проведена серия экспериментов, опираясь на собственную методику, по генерации, моделированию и обработке «огненного ливня», представляющего собой горящие и тлеющие частицы природного происхождения. Эксперименты проводились в Большой аэрозольной камере Института оптики атмосферы Сибирского отделения РАН. Воздействие на образцы потоком горящих частиц было обеспечено с помощью генератора горящих и тлеющих частиц собственной оригинальной разработки. Для определения температуры генерируемых на установке частиц использовалась инфракрасная камера JADE J530SB. По результатам проведения экспериментов была получена серия тепловизионных файлов, на которых запечатлен процесс падения частиц на модельный напочвенный покров. Обработка результатов экспериментов происходила в специальном программном комплексе специальной разработки.
