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gestiweb 14 años

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SERVISNET: Monitorización 3D ahorro energético y seguridad personal en grandes instalaciones públicas.

El proyecto SERVISNET, consiste en la investigación para la obtención de un Sistema de visualización en 3D, para el control de eficiencia energética y seguridad personal y laboral, sobre grandes instalaciones de pública concurrencia, mediante inteligencia ambiental y visión artificial combinada.

La solución a investigar propone una integración mediante un sistema de datos con un sistema de monitorización integral, a golpe de clic podríamos saber el consumo de energía y agua de una nave industrial, al mismo tiempo que conocemos la temperatura de la zona y si hay alguna alarma personal, incidencia destacable o avería de máquina, a pesar de que los componentes sean instalados por distintos proveedores con diferentes programas de control.

Del mismo modo, se pretende desarrollar un sistema de inteligencia ambiental basado en el aprendizaje de situaciones y escenarios a partir de los históricos de incidencias que agruparán todos los sistemas integrados, posibilitando la anticipación a situaciones futuras, con el consiguiente ahorro energética y de seguridad personal y laboral. La toma de decisiones automáticas a partir de los patrones y pautas que reproducen los comportamientos de los sistemas, será uno de los grandes avances en la ejecución de este proyecto.

De esta forma, el proyecto permitiría convertir la inmensidad de datos que son registrados por los diferentes sistemas de control independientes (incendios, climatización, baja tensión, medía tensión, agua, control de personas mediante visión artificial, etc.) -estos sistemas se encuentra instalados en la mayor parte de grandes edificaciones de pública concurrencia y actúan de forma independiente-, para convertirlo en una información útil, relacionńdola físicamente por las estancias y persiguiendo una interpretación inteligente.

La aplicación 3D está orientada a servicios puramente, de modo que están previstos tres niveles de capas, a su vez cada una de estas capas con una o más aplicaciones que se interconectarán entre sí, de modo que la integración del Sistema permitirá que se podrá reemplazar las aplicaciones, unas con otras, sin necesidad de detener el servicio.

También permitirá que futuros proveedores integren fácilmente con el desarrollo del proyecto, ya que la comunicación seguirá un estándar de comunicación entre procesos, sencillo y entendible, a través de la red informática.

A continuación se describen los tres niveles de capas sobre los que se investigarán los mejores sistemas y resultados para el presente proyecto:

  • Nivel de la capa de representación gráfica, en el que se incluye cualquier aplicación web o 3D capaz de representar e interactuar con los datos.
  • Nivel de la capa de proceso y recolección de datos, que constaría de un servidor que por un lado ofrece a las aplicaciones visuales la de capa 1, a su vez, los servicios necesarios (pueden consultar qué luces hay encendidas, estados, o interactuar cambiando un estado o política en el programa). Por último, este mismo nivel de capa 2 conectaría con todos los proveedores de dispositivos (ver nivel de capa 3), registrando los datos e interactuando con los dispositivos, según se establezca y programe.
  • Nivel de capa de recolección y envío de datos en bruto. Son aplicaciones individuales que pueden existir en otros equipos y comunicarse por red. Se investigarán aplicaciones intercomunicadores por cada una de los protocolo que se necesiten implementar, ya que distintos dispositivos o instalaciones se comunican de formas distintas. Esta investigación y desarrollo supondrá uno de los avances más importantes para la aplicación futura del sistema que surja del presente proyecto.

La aplicación 3D obligatoriamente deberá ser distribuida con licencia GPLv2[1] o posterior[2].

Los programas de intercomunicación (capa 2 y 3) así como otros programas de visualización 2d (web, etc) pueden llevar otras licencias si se desea, o incluso bajo licencia privativa.

[1]:www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html
[2]:www.gnu.org/licenses/gpl.html

Descripción de las tareas y actividades

Identificación de las tareas y actividades técnicas a llevar a cabo en el desarrollo del proyecto:

  • Para cada uno de los centros tecnológicos de investigación
  • Para el resto de los servicios externos que intervienen en la realización del proyecto.
  • Para los recursos humanos propios de la empresa que participan en el proyecto.

Tareas del centro tecnológico de investigación:

Para este proyecto se ha considerado la colaboración del Instituto Mixto de Tecnología Informática de la UPV, debido a su conocimiento y demostrada experiencia en esta tecnología. La incorporación de una tecnología para la detección de personas y del volumen aproximado de la capacidad y flujos será vital para la coordinación con los sistemas de eficiencia energética y de seguridad personal y laboral.

La utilización e integración de cámaras IP en el sistema de monitorización integral 3D permitirá incorporar diferentes servicios y ventajas al sistema. Además del enriquecimiento al conjunto de información de todo tipo de sensores que supone la información multimedia, la integración con cámaras IP permitirá el desarrollo de aplicaciones de procesado de imagen con aplicaciones en el ámbito de la seguridad y de la eficiencia energética, tal y como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Esquema integración en el sistema global

El sistema de cámaras IP que controla una sala, cuyo número viene determinado por las dimensiones físicas de la misma, transmite la información multimedia al nodo de procesamiento multimedia del sistema.

Este nodo recibe la información del conjunto de cámaras calibradas que controlan la zona de forma que pueda realizar el procesamiento perseguido. Básicamente, este procesamiento consistirá en la localización y seguimiento del personal que aparezca en escena de forma que se pueda conocer en todo momento el número de personas que se encuentran en una sala, o la ausencia de las mismas.

La integración de esta información con los diferentes sistemas de un edificio como son la iluminación y el acondicionamiento climático permitirán optimizar este consumo implicando una clara aportación al objetivo de mejorar la eficiencia energética de las instalaciones.

Además, esta información también podrá ser utilizada por los sistemas de seguridad de diferentes formas. Por ejemplo, activando alarmas en las zonas donde no deba de encontrarse en ese momento personal, o facilitando la gestión ante incidencias graves al conocer en que partes de la instalación hay más personal.

Para este propósito es necesario resolver y solucionar una serie de retos:

  • Análisis de requerimientos. Se trata de establecer las funcionalidades junto con Gestiweb para poder precisar los objetivos precisos que se persiguen con el tratamiento de imágenes mediante visión artificial.
  • Definir un protocolo de comunicación nodo de procesamiento / cámaras IP. Es necesario considerar un protocolo sobre UDP de forma que se pueda gestionar eficientemente un sistema que, a priori, deberá de poder trabajar con un elevado número de cámaras IP, y sobre diferentes protocolos de comunicaciones (Wifi, Ethernet y PLC)
  • Desarrollar mecanismos de calibración de cámaras en grandes recintos. La detección de una persona en una cámara no implica que ésta también sea detectada en las otras. Así, es necesario una calibración 3D entre las diferentes cámaras de forma que la detección de la persona se transforme en una posición en el espacio 3D.
  • Desarrollar un mecanismo de detección y seguimiento de trayectorias de personal 3D. Para esto es necesario estudiar mecanismos de separación background/Foreground (BG/FG), de forma que pueda aislarse en la imagen las zonas donde se deberá de analizar la presencia/ausencia de personas [1]. Existen técnicas de este tipo basadas en background supression, background substraction, y variantes de los mismos [2] cuando se utilizan cámaras fijas. En este caso además se plantea la utilización de algunas cámaras P&T con zoom, lo que aportará una mayor capacidad de detección, pero complicará los algoritmos BG/FG. Para la clasificación de los objetos se plantea el uso de clasificadores Haartraining [3], aunque se investigará en el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan mejorar la eficiencia de las mismas. Finalmente, se realizará un módulo de postprocesamiento de trayectorias, de forma que se posibiliten el desarrollo de análisis de actividad.

[1] T.P. Chen et al “Computer Vision Workload Analysis: Case Study of video Surveillance Systems”, Intel technology journal 9(2), 2005, 109-118

[2] I. Haritaoglu, D. Harwood, L. Davis, “Real-Time surveillance of people and their activities”, IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence 22(8), 2000, 809-830

[3] Alexander Kuranov, Rainer Lienhart, Vadim Pisarevsky, “An Empirical Analysis of boosting Algorithms of Rapid Objets with an extended set of Haar-Like features. Intel Tech. Report. MRL-TR-July01-01, 2002.

Tareas especificas de los recursos humanos de la empresa para el desarrollo del proyecto:

FASE 1. Análisis de requisitos del sistema de representación
Se elaborará una lista de necesidades y requisitos de la aplicación para que pueda cumplir con todos los requisitos del proyecto. De aquí saldrá una lista de funcionalidades (como botones, menús, opciones, formas de navegación, operaciones posibles) que deberían cumplir el Sistema. Esta lista puede ser adaptada más adelante para ajustarse al desarrollo del proyecto.

FASE 2. Análisis de motores gráficos 3D existentes
Para evitar crear de nuevo un motor 3D, se estudiarán todos los motores 3D en el mercado que sean libres y se valorará el coste aproximado que tiene adoptar cada uno de ellos para la aplicación de visualización 3D. Con este informe se escogerá un motor 3D que sea más sencillo de adaptar y que cubra correctamente las necesidades para la aplicación 3D.

FASE 3. Investigación y diseño de la arquitectura de la plataforma gráfica
Se creará la aplicación inicial donde se podrá apreciar la navegabilidad, así como una propuesta de cómo representar y navegar a través de las diferentes partes en un entorno tridimensional. A partir de esta propuesta se estudiarán las funcionalidades, junto con la usabilidad y navegabilidad para optimizar el sistema.

FASE 4. Desarrollo de la plataforma de intercomunicación
Se crearán las partes intermediarias de la aplicación, para ello, se investigarán las comunicaciones de los dispositivos, con la lectura y reconocimiento de datos y registros, como, se perfilará la visualización de los elementos con las posibles fallas y estados en tiempo real.

RESULTADOS DEL PROYECTO:

En esta primera anualidad del proyecto SERVISNET, se han desarrollado las primeras fases necesarias para la investigación
de un Sistema de visualización en 3D que controle la eficiencia energética y seguridad personal y laboral, sobre grandes
instalaciones de pública concurrencia, mediante inteligencia ambiental y visión artificial combinada.
La solución integra todos los datos mediante un sistema de monitorización integral, desde donde se accede al consumo de
energía y agua de una nave industrial, al mismo tiempo que conocemos la temperatura de la zona y si hay alguna alarma
personal, incidencia destacable o avería de máquina, a pesar de que los componentes sean instalados por distintos
proveedores con diferentes programas de control.

El sistema de inteligencia ambiental se basa en el aprendizaje de situaciones y escenarios a partir de los históricos de
incidencias que agrupan todos los sistemas integrados, posibilitando la anticipación a situaciones futuras, con el consiguiente
ahorro energética y de seguridad personal y laboral. La toma de decisiones automáticas a partir de los patrones y pautas que
reproducen los comportamientos de los sistemas, es uno de los grandes avances en la ejecución de este proyecto.
El proyecto permite convertir la inmensidad de datos que son registrados por los diferentes sistemas de control
independientes (incendios, climatización, baja tensión, medía tensión, agua, control de personas mediante visión artificial, etc.)

Estos sistemas se encuentra instalados en la mayor parte de grandes edificaciones de pública concurrencia y actúan de
forma independiente-, para convertirlo en una información útil, relacionándola físicamente por las estancias y persiguiendo una
interpretación inteligente.

centros de investigación: UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA

  1. Definición del protocolo de comunicación nodo de procesamiento / cámaras IP. Se trata de un protocolo sobre UDP de
    forma que se pueda gestionar eficientemente un sistema que permite trabajar con un elevado número de cámaras IP, y sobre
    diferentes protocolos de comunicaciones (Wifi, Ethernet y PLC).
  2. Desarrollo de los mecanismos de calibración de cámaras en grandes recintos. La detección de una persona en una
    cámara no implica que ésta también sea detectada en las otras. una calibración 3D entre las diferentes cámaras de forma
    que la detección de la persona se transforme en una posición en el espacio 3D.
  3. Se contemplan las siguientes calibraciones:

    • Calibración de las cámaras: Obtención de los parámetros intrínsecos.
    • Calibración de las cámaras: Obtención de las posiciones relativas.
    • Calibración respecto al suelo.
    • Calibración de una cámara respecto a otra.
  4. Detección y seguimiento de trayectorias. Para esto es necesario estudiar mecanismos de separación
    background/Foreground (BG/FG). Se dispone de diversos algoritmos de detección de movimiento, de extracción de objetos y
    de análisis de las trayectorias de los objetos que permiten una gran personalización de la aplicación

Recursos humanos. Gastos del personal propio

Las Tareas llevadas a cabo durante esta anualidad por el personal propio han sido:

  • Análisis de requisitos del sistema de representación: necesidades y requisitos de la aplicación para responder a los objetivos del proyecto.
  • Análisis de motores gráficos 3D existentes: estudio de los motores gráficos 3D y sus características para la aplicación de visualización 3D
  • Diseño e Investigación de la arquitectura de la plataforma gráfica: aplicación inicial sobre la que se aprecia la navegabilidad y la representación sobre una escena tridimensional.

Tanto el personal previsto inicialmente como las tareas asignadas se han ajustado a la ejecución del proyecto.