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救援无人机需要了解迷失的人类是如何思考的

韦伯县治安官搜救队的迈克尔·西蒙斯(左)和凯尔·诺德福斯(右)在犹他州奥格登进行野外训练时,正在准备一架无人机。他们将在派遣人员之前用空中交通工具对该地区进行扫描。

惊慌失措的家长们拨打911报告说,一个孩子从州立森林露营地走失了。一场意想不到的风暴将猎人困在荒野保护区的深处。仅2017年,美国国家公园管理局就记录了近3500次搜救任务。当有人失踪时,速度是至关重要的,因此搜索协调人员往往会动用一切可用的工具:志愿者、受过气味训练的狗、马和各种车辆经常涌入该地区。无人机似乎是节省宝贵时间和资源的一种显而易见的方式,但问题是,这些无人机(uav)仍然需要与人类更有效地合作,才能真正发挥作用。现在,随着夏季户外活动季节的临近,弗吉尼亚理工大学的研究人员(得到了美国国家科学基金会150万美元的资助)正在开发算法和机器学习工具,以便更好地利用天空中的这些眼睛。

首先,无人机应该从哪里开始寻找目标。为了找到缩小范围的方法,弗吉尼亚理工大学生物医学工程与机械系的助理教授妮可阿贝德(Nicole Abaid)使用算法开发了一个数学模型,来研究人类在这种情况下的行为。阿贝德说:“患有痴呆症的人,当他们迷路的时候,他们的行为会与孩子或沮丧的人明显不同。”

她向搜索理论研究员罗伯特·j·科斯特(Robert J. Koester)寻求数据来支持算法。科斯特说,他在2008年出版的《迷失者的行为》(Lost Person Behavior)一书中使用了14万多份搜索和救援事件报告中的信息。在成为新项目的顾问之前,他已经创建了一组预测工具来帮助协调员缩小搜索参数。“我已经能够创建模型,潜在地预测失踪的人将要做什么,”科斯特说。阿贝德把他的历史数据纳入自己的数学模型。阿贝德解释说:“这个模型会生成一条轨迹,就像我们认为迷路的人会走的那条路。”

弗吉尼亚理工大学工程学院布拉德利电气和计算机工程系的助理教授、研究小组组长瑞恩·威廉姆斯说,这个模型可以帮助指导搜救行动。威廉姆斯说:“如果我们知道这个人从哪里开始,最后一次被发现是什么时候,我们就能更好地预测他们可能去了哪里,并部署无人机和人员更好地覆盖这些地区。”“我们可以生成有意义的地图,人类搜索者可以在搜索开始时使用这些地图做出更好的决定。”


韦伯县治安官的搜救队在犹他州奥格登的野外训练演习中等待无人机完成初步的野外调查。搜索行动通常使用多种资源,包括无人机、K9设备和地面搜索人员。

无人机操作员可以把注意力集中在一个可能的区域,理论上比地面部队侦察得更快。但是他们实际上可以收集太多的信息;在一次飞行中,无人机可以利用可见光、热成像和遥感激光雷达捕捉图像。分析这一切可能会在时间最紧迫的时候拖慢救援队的速度。“我们不想用数据淹没搜索者,”威廉姆斯说。“他们想要的答案。”

因此,威廉姆斯和他的团队也在开发机器学习工具,以便快速挖掘原始数据,获得有价值的有用信息。威廉姆斯说:“例如,我们可以训练一个神经网络(一组模拟人类大脑的算法)来分析热数据,区分鹿、熊或人的轮廓,并建议搜索者应该检查的地方。”该系统可以将这些输入,以及地面搜索人员发现的任何线索,与Abaid的人类行为模型结合起来。这可以确定一个失踪的人最有可能在哪里被找到,但如果失败了,飞行器可以尝试另一个位置。

”一个自动化系统可以处理高优先级的数据,然后再加工所以很少有场景的数据后第一个(场景)失败后,”约翰说Sohl,国家山地救援协会的成员和韦伯县治安官的搜救队在奥格登,犹他州,谁没有参与这项研究。

当然,这样的自动化系统将补充该领域的人员,而不是取代他们。维吉尼亚理工大学的研究小组还在为现场工作人员开发背包,以便携带能够处理无人机数据的轻型计算机,以及用于与机载无人机通信的设备。威廉姆斯说:“由于真正的搜索是在大面积范围内进行的,这个背包可以进行现场数据分析,而不是把所有东西都送回基地。”

数据处理并不是阻止无人机完全取代地面救援人员的唯一技术限制。另一个是对“视线”控制的要求:操作人员必须时刻保持无人机在视野内,以便操纵它们,这限制了搜索区域的大小。即使是当今最节能的无人机,电池续航时间一般也不到60分钟。换新的会浪费宝贵的搜索时间。

为了了解这些问题将如何影响无人机的使用,弗吉尼亚理工大学的团队计划在实际的搜索和救援行动中使用他们的系统。但是由于他们的工作——包括背包的硬件、数字模型、用户界面和计算架构——还在开发中,他们要到明年才会开始实地测试。

如果这一自主系统能在该领域证明自己,它可能会让无人机对协调员更有帮助,比如马克埃格曼(Mark Eggeman)。2017年,埃格曼在弗吉尼亚州紧急管理部门(Department of Emergency Management)领导了113项搜救行动(他没有参与弗吉尼亚理工大学的研究)。“信息会影响你的搜索计划。我们所能做的任何加快信息获取速度的努力,都将对我们如何部署资源和资产产生影响,”他表示。

来源:啾咪科技


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