Видеоаналитика для обеспечения безопасности спортсменов

В прошлых выпусках журнала "Системы безопасности" вы познакомились с Центром cанного спорта "Санки" в селе Эстосадок г. Сочи, а также с системой интеллектуального видеонаблюдения для обеспечения безопасности на объекте с массовым пребыванием людей. Из этой статьи вы узнаете, какую задачу видеонаблюдение и элементы машинного зрения выполняют непосредственно на спортивной арене, как помогают обеспечить безопасность спортсменов и добиться лучших спортивных результатов.

Комплекс сооружений санно-бобслейной трассы включает в себя искусственно охлаждаемый железобетонный желоб, предназначенный для проведения спортивных соревнований по бобслею, скелетону и санному спорту, а также постоянные и временные здания и сооружения.

Желоб максимально повторяет существующий уклон местности. Длина желоба – 1814 м при длине покатого уклона в 1450 м. Оставшаяся часть трассы имеет контруклон, не имеет изгибов и поворотов и предназначена для гашения скорости спортсменами.

Для обеспечения максимального уровня зрительного восприятия соревнований вдоль трассы, на мужском и женском стартах и финишной петле располагаются зрительные трибуны.

Факторы риска

Санно-бобслейный спорт остается одним из самых травмоопасных: спортсмен на трассе способен развивать максимальную скорость 145 км/ч. В "черной хронике" печальные события 1981, 2001, 2002, 2003, 2009 гг., когда из-за технических ошибок спортсмены получили значительные травмы, в некоторых случаях закончившиеся летальным исходом. Причинами несчастных случаев стали:

• нарушения регламентов техники безопасности при проведении заездов;
• несогласованность действий оператора трассы и организаторов спортивных мероприятий;
• отсутствие полной информации и обратной связи у оператора и технического персонала трассы о происходящем в желобе трассы и зонах старта;
• ошибочные действия самих спортсменов.

Рис. 1. Желоб санной-бобслейной трассы

Комплексная система видеонаблюдения для большого списка задач

При проектировании трассы в Сочи были учтены ошибки и разработаны требования к обеспечению безопасности спортсменов, а именно:

• непрерывный контроль за всей протяженностью трассы;
• сбор и хранение видеоинформации;
• оснащение трассы системой громкой связи и системой связи с оператором.

При эксплуатации трассы были выявлены прочие задачи для обеспечения безопасности спортсменов и повышения зрительского восприятия:

• контроль более чем 60 камер видеонаблюдения, объявление стартов заездов по громкой связи, ведение турнирной таблицы – вот неполный перечень обязанностей оператора трассы;
• наличие открытых участков трассы для обзора зрителями, где скорость "пролетающего" спортсмена захватывает и погружает в атмосферу спортивного состязания (однако на таких участках наиболее опасны несанкционированнные действия зрителей);
• разрушение спортивных снарядов (боб, сани, скелетон) в желобе трассы, а также попадание в него посторонних предметов;
• необходимость трансляции видеоинформации из желоба трассы во внутреннюю телевизионную сеть объекта. При крупных соревнованиях в зрительных зонах устанавливаются дополнительные мониторы и видеопанели с трансляцией проката спортсменов по виражам трассы; эта информация также полезна тренерскому штабу при анализе заезда спортсмена;
• необходимость удаленного доступа к просмотру видеоархива и экспорта видеозаписей на съемные носители для тренеров и спортсменов. Практика показала, что спортсмены улучшают свои показатели, когда просматривают видео с собой или с другими спортсменами.

Рис. 2. Видеостена

Всего этого удалось достичь благодаря применению комплексной системы видеонаблюдения с элементами видеоаналитики. Тем самым добились решения двух основных задач:

1. Выделение тревожного монитора для отображения последовательного перехода спортсмена по виражам и отдельного монитора для вывода видеоизображения стартовых зон.
2. Предупреждение опасных ситуаций на трассе, выявление оставленных предметов в желобе и предупреждение травмоопасности путем применения интеллектуальных модулей.
   Стоит отметить, что данная система проектировалась в 2012 г., в ее основу положены зарубежные разработки и оборудование. Рассмотрим подробно аппаратные и программные средства, принятые проектом и успешно реализованные в системе видеонаблюдения в желобе трассы.

Рис. 3. Детекция движения

Линейное оборудование

Камеры видеонаблюдения смонтированы над желобом таким образом, чтобы не допустить наличия мертвых зон при переходе спортсменов из виража в вираж. В качестве оборудования видеонаблюдения были выбраны купольные уличные цветные IP-камеры PTZ и вариофокальные цветные IP-камеры в боксе.

Видеокамеры формируют изображение с максимальным разрешением 1280/720 пкс (HD) до 25 кадр/с, которое передается в потоке со сжатием по протоколу H.264 с максимальной скоростью передачи 2048 Кбит/с.

Для видеосервера была выбрана аппаратная кластерная структура, которая состоит из 10 цифровых видеорегистраторов (NVR) с жесткими дисками для видеоархива постоянной записи не менее трех суток. Для автоматизированного анализа видеоизображения на наличие движения и посторонних предметов в контролируемых зонах используются станции видеоанализа (VA) с предустановленным программным обеспечением. Ведущим является устройство управления видеоматрицей. Для организации видеостены (Video Wall) внедрены станции с многоканальными видеокартами.

Рис. 4. Карусель

Программное обеспечение

В программном обеспечении станции видеоанализа администратором настроены зоны детектирования движения в желобе и обнаружение оставленных предметов.

Движение в кадре

Анализ движения в кадре формирует видеоряд последовательного проезда трассы спортсменом. Переключение камер происходит по следующему алгоритму.

Потоки камер (условно показано три камеры) поступают на видеорегистраторы и станции видеоанализа. Там потоки записываются в видеоархив (DB) и обрабатываются алгоритмом детектирования движения (AD). Далее программными средствами организована виртуальная матрица (S/W Virtual Matrix), способная поток любой камеры направить любому потребителю (одному или нескольким).

В качестве таких потребителей могут выступать нумерованные окна в мультиэкранах (виртуальные мониторы), служба стримера (STRM) или каналы вывода информации внешним потребителям.

"Как компетенции проектировщиков влияют на стоимость проектов по системам безопасности" читать >>>

Действие автомата начинается в момент подачи команды "Старт" при нажатии клавиши оператором трассы. По этой команде первая стартовая камера переключается на первый виртуальный монитор.

При обнаружении движения в определенной зоне изображения первой камеры (Cam 32) вторая камера (Cam 33) переключается на второй виртуальный монитор. Аналогично движение на второй камере вызывает переключение третьей камеры снова на первый виртуальный монитор, движение на третьей камере (Cam 34) переключает четвертую камеру (Cam 35) на второй виртуальный монитор. И так далее по очереди, пока последняя камера трассы на будет выведена.

В сетке тревожного монитора оператора дополнительно добавлены виртуальные мониторы с камерами из желоба для отображения полного и последовательного перехода спортсмена по всем виражам.

Далее после определенного промежутка времени оба монитора выключаются и трансляция прекращается (возможны и другие варианты, например переключение снова на старт).

Изображения первого и второго виртуальных мониторов параллельно поступают на вход службы стримера, который превращает видеопотоки в медиаканалы, пригодные для записи.

Эти медиаканалы снова подаются на вход видеорегистратора, где записываются отдельно и независимо от оригинальных камер. Данные каналы маршрутизируются на два выходных порта видеокарты в формате HDSDI и через оборудование передачи данных и видеоизображение подается в видеомикшер, где "подмешивается" звуковое сопровождение и результаты системы точного времени. С видеомикшера готовый видеосигнал транслируется в локальную телевизионную сеть. Так спортсмены и тренерский штаб в технических зданиях могут следить за заездами на трассе в режиме реального времени. Для анализа заездов при необходимости есть возможность подготовки видеоролика из двух медиаканалов в виде отдельного файла, содержащего нужные кадры.

Посторонние предметы

Отдельно стоит отметить детектирование посторонних предметов в желобе трассы. Это могут быть экипировка спортсменов и поврежденные спортивные снаряды, случайно оставленные вещи технического персонала или зрителей.

При наличии таких предметов на тревожный монитор оператора трассы будет выведен сигнал с камеры, обнаружившей посторонний предмет, для оперативного устранения.

Рис. 5. Тревожный монитор

Санно-бобслейная трасса в Сочи – одна из самых безопасных в мире

На примере объекта "Центр санного спорта "Санки" в Сочи мы показали систему видеонаблюдения и применение видеоанализа на спортивной арене. Наличие камер и отсутствие мертвых зон на всей протяженности трассы, использование программных средств и интеллектуальных модулей решило задачи обеспечения безопасности спортсменов крупного спортивного объекта международного уровня, где находится в том числе и тренировочная база сборных команд России по санному спорту, бобслею и скелетону.

Возможность просмотра заездов по трассе как в режиме реального времени, так и в виде архивного видеоролика помогает спортсменам улучшать свои показатели. Наглядность прохождения трассы дает положительный эффект, зрительно помогает создать траекторию идеального прохождения трассы, избежать будущих ошибок при заходах в вираж, восстановить картину удачного/неудачного заезда.

Для оператора трассы, который непосредственно отвечает за безопасность спортсменов и техническую готовность систем сопровождения соревнований, наличие тревожного и стартового мониторов дает максимальную информацию о том, что в данный момент происходит в желобе трассы, и исключает необходимость просматривать все камеры на видеостене. Оператор трассы анализирует видео со стартов и тревожного монитора, контролирует отсутствие посторонних предметов и технического персонала в желобе и по громкой связи дает старты заездов, следит за безопасным прохождением каждого виража, предупреждает о перерывах и необходимости оказания помощи спортсменам.

Применение комплексной системы видеонаблюдения с элементами видеоанализа совместно с системами громкой связи и системой "интерком" позволило добиться максимального уровня безопасности спортсменов в таких потенциально опасных спортивных дисциплинах, как бобслей, скелетон и санный спорт. И по праву санно-бобслейная трасса в Сочи считается одной из самых технически оснащенных, современных и безопасных в мире.

Павел Казаков
Начальник отдела обслуживания слаботочного оборудования, КИПиА и систем пожарной безопасности филиала ФГБУ "Центр спортивной подготовки сборных команд России" в г. Сочи (Центр санного спорта "Санки")

Андрей Сметанин
Ведущий специалист отдела обслуживания слаботочного оборудования, КИПиА и систем пожарной безопасности филиала ФГБУ "ЦСП" в г. Сочи

Редакция советует

Потребность в автоматизированном контроле за процессами ведет к стремительному росту сегмента видеоаналитики во всем мире. По экспертным прогнозам, российский рынок видеоанализа уже к 2025 г. превысит 50 млрд рублей. Современные системы видеоаналитики предлагают партнеры проекта "Системы безопасности": ведущий разработчик и поставщик систем видеоаналитики и промышленного контроля "Малленом Системс", российский системный интегратор компания Barnet, ведущее научно-внедренческое предприятие НВП "Болид", команда научных экспертов и резидентов технопарка "Сколково" VizorLabs.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №1/2021