Jste zde

Strojové vidění mění technologii budov

Robert Peška , 19. Říjen 2020 - 10:30

Kamerové systémy, podporované umělou inteligencí, dnes představují perspektivní multi senzorové řešení, které umožní řešit požadavky na bezpečnost, komfort i úsporu energií u veřejných budov. Dodavatelé se také připravují na to, že s vyšší integrací funkcí změní poměr sil na trhu.

Budovy pro rezidenční, komerční i průmyslové využití patří stejně jako doprava k mezníkům, určujícím pokrok naší civilizace. Rozvoj je ovšem svázán s řadu regulací, které nemilosrdně ovlivňují způsob, jakým jsou budovy konstruovány a vybaveny technikou. Regulace určují v důsledku i to, jak se budou chovat k lidem, kteří v nich stráví většinu svého života. V neposlední řadě je nárůst regulací příčinou zkracování životnosti staveb.

Regulace i požadavky jsou svázány nejen s konstrukcí stavby, ale také s jejím technologickým vybavením. Hlavními body dnes jsou:

Energetická náročnost, spojená vedle fyzikálních parametrů stavby s inteligentním řízením vytápění, klimatizace a osvětlení
Bezpečnost osob, která je ve vysoké míře závislá na řízení osvětlení, výtahů, otevírání vstupů. Poslední vývoj vyžaduje také řízení bezpečnosti z hlediska zdraví, kvality vzduchu a zdravotního screeningu.
Zabezpečení budovy před neoprávněným vniknutím, odcizením majetku nebo útokem. To je již řadu let zcela závislé na elektronice, přesto jej čeká další vývoj a zároveň konvergence s dalšími systémy.
Komfort představuje nadstavbu všech uvedených parametrů. Ať jde o rezidenční objekt nebo budovu opery, uživatelé a návštěvníci vyžadují určitou míru komfortu a luxusu. U průmyslových budov je komfort vyměněn za stav, kdy budova co nejméně negativně ovlivňuje výrobu a provoz z hlediska časových i energetických ztrát.

Mezi body se vyskytuje dvakrát bezpečnost. Jednou jde o rizika pro všechny uživatele zejména z hlediska zdraví, podruhé o ohrožení majetku nebo života jinými lidmi. Angličtina využívá výrazů Safety pro zdravotní rizika a Security pro prevenci řádění nekalých živlů, češtině nezbývá než popisovat různé druhy bezpečnosti. Pro všechny body v seznamu již několik let platí, že jejich rozvojem hýbe IoT, senzorika a embedded systémy.
Již dnrs je jasné, že koncepce štíhlého low-power IoT všechny potřeby technologií budov nevyřeší. Důvodů je hned několik. Jednoduchá senzory, ani jejich kombinace, neposkytnou ucelený obraz o všem, co je pro řízení budov potřeba. LPWAN protokoly zároveň nemohou přenést dostatek informací a zajistit správu všech senzorových a edge computing zařízení.

Jednou z technologií, které se vyvíjejí dostatečně rychle, aby pokryly většinu nově vznikajících výzev je strojové vidění – vision systems. Ve spojení s umělou inteligencí a edge computingem umožňují vyřešit řadu úloh, které zlepší energetický management, bezpečnost i komfort budov. Jak může strojové vidění ovlivnit například spotřebu energií?

Strojové vidění a HVAC

Od počátků automatizace klimatizací se využívá jednoduchý termostat. Inteligence jeho ovládání je spojena s dálkovým ovládáním, časováním a občas i s jednoduchým algoritmem pro nastavení teploty podle počtu osob v místnosti. Stejně dlouho existuje syndrom kancelářské krysy. Ta přichází do zasedačky, kde je zima. Spustí tedy topení, zasedačka se ohřeje, přijdou další lidé a polovinu porady stráví regulací klimatizace. Když odejdou, nastavení nezmění, zasedačka vychladne na úroveň lednice, takže další krysa, které přijde, přitopí. Podobně se budova nebo obsluha chová k návštěvníkům kina. První příchozí potřebují často zimník, další příchozí vzduch prohřejí a po půl hodině se v plném sále roztéká i čokoláda. Když polovina lidí od špatného filmu uteče, může být v sále tak akorát. Strojové vidění pro tento účel dokáže celkem jednoduše několikrát za minutu přepočítat osoby v daném prostoru a předat tak jasné parametry pro nastavení ohřevu nebo chlazení.

Strojové vidění a osvětlení

Řízení osvětlení v závislosti na vnějším světle, obsazenosti a činnosti je pro komerční budovy nutností. Na rozdíl od světelných senzorů si strojové vidění poradí lépe s nastavením osvětlení v různých pracovních zónách včetně přizpůsobení více parametrů pro dosažení optimálního jasu i barvy osvětlení. Zatímco luxmetr dodá jednorozměrné číslo, jedna kamera může dodat informace o intenzitě osvětlení, přicházejícího skrz okna, o osvětlení různých povrchů i pracovních ploch.

Bezpečnost

Na prvním místě lze uvést obor zabezpečení, kde jsou kamerová systémy běžné. Ty ve spolupráci s umělou inteligencí zvládají řadu činností, potřebných pro řízení přístupu, identity managementu, ale také sledování podezřelého chování uvnitř i v okolí budov a to bez nutnosti trvalé bdělosti obsluhy.
Zajímavější oblastí pro vývoj aplikací strojového vidění je bezpečnost osob z hlediska zdraví. Aktuální oblastí je vyhodnocování rizikového zdravotního stavu příchozích osob, kde je teplotní screening pouze prvním krokem. Brzy se do systémů budou implementovat řešení pro sledování dalších symptomů ze stavu pleti, oka nebo ze způsobu chůze.
Kde se obě oblasti bezpečnosti safety a security potkávají, je řízení pohybu osob u veřejných budov. Od kancelářské budovy, přes divadlo až po sportovní stadion je největší výzvou co nejlepší zvládnutí hromadného pohybu osob dovnitř a ven. Ve všech těchto budovách se desítky, stovky i tisíce lidí najednou chtějí dostat dovnitř nebo ven ve stejném čase a budova jim to musí umožnit. Strojové vidění, opět ve spojení s umělou inteligencí, umožní v závislosti na aktuálním počtu osob a směru jejich pohybu otevírat koridory, řídit rychlost a prioritu výtahů, nastavit inteligentní značení a další úlohy. Stejné systémy umožní urychlit evakuaci v případě požáru. Stejné algoritmy mají podstatný vliv také na komfort, protože dobré nebo špatné zvládání davů může ovlivnit komerční úspěch divadel, výstavních prostor, koncertních sálů i stadionů.

Management budov v průmyslu

V průmyslovém prostředí mají uvedené technologie i další aspekty. Kamery umožňují skenovat teplotu prostoru, jednotlivých zařízení a materiálu a podle potřeb nastavit parametry prostředí. Strojové vidění je neocenitelnou součástí bezpečnostních řešení, které přesahují možnosti klasické strojové bezpečnosti. Na rozdíl od světelných nebo radarových závor předcházejí kolizí osob se stroji v jakémkoli prostředí, což je neocenitelné zejména tam, kde se ke slovu dostávají autonomní dopravní roboty.

Obsazenost prostor

Společným tématem energetických úspor, ochrany zdraví i zajištění bezpečnosti je obsazenost budov. Téma postupně narůstalo s moderním přístupem ke kancelářské práci, naléhavým se stalo s letošním pandemickým děním. Pro správné nastavení budovy a zajištění zdraví už zdaleka nestačí údaj o tom, kolik osob prošlo turniketem ven nebo dovnitř. Údaj o obsazenosti je důležitý pro každé patro, sektor, pracovní buňku a to včetně neustálého sledování, zda osoby udržují určené rozestupy. Jako vždy na to existuje řada pohledů:

Správa budovy potřebuje znát parametry pro efektivní vytápění, klimatizaci a výměnu vzduchu.
Bezpečnost potřebuje znát počet lidí pro případ evakuace.
Pro ochranu zdraví je potřeba minimálně upozornit na překročení počtu osob v daném sektoru.
Provozovatel budovy nebo zaměstnavatel se potřebuje chránit a dokumentovat, že předpisy o stanoveném počtu osob na jednom místě dodržuje.

Několikrát bylo zmíněno, že řešením není jen samotné strojové vidění, ale zejména jeho spojení s umělou inteligencí. V první řadě si nelze představit popsané technologie v požadované úrovni spolehlivosti při využití obrazu pouze jediné kamery. Je potřeba vyloučit mrtvé úhly, překryv osob nebo předmětů a jejich jasné rozlišení. To vyžaduje současné zpracování obrazu z několika zdrojů, jejich přesnou synchronizaci a zpracování úlohy v předem daném čase podle typu. Zde je jasná paralela se systémy, vyvíjenými pro autonomní vozy. Čím větší váhu má úloha pro bezpečnost, tím rychlejší musí být její výstup. Umělá inteligence je důležitá nejen pro rychlost, ale zejména pro přesnost. Pro každou činnost a obraz totiž existují desítky nebo stovky možných scénářů, které je nutné posoudit. Teprve potom lze hovořit o inteligentním senzoru.
Umělá inteligence, podporovaná strojovým viděním, má jasné předpoklady pro to, aby se stala základem pro řízení budov příští generace s využitím informací o pohybu osob uvnitř. Kromě nasazení v podobě jednotlivých systémů firmy již dnes pracují na integraci, která technické a bezpečností aplikace sloučí. Výsledkem tak bude menší hustota kamer, datového streamu, ukládaných dat a v konečném důsledku nižší cena systémů a jejich spotřeba.
Vývoj probíhá intenzivně, ale nám Středoevropanům poněkud skrytě. Hlavním tahounem je asijský trh, kde se vedle tradičních technologických lídrů prosazují také firmy z Indie. Na stejnou oblast využití umělé inteligence se zaměřuje řada firem v USA a zároveň globální hráči. V případě značek, jakými jsou ABB, IBM, Honeywell nebo Microsoft se již nyní potvrzuje obvyklý model, kdy investoři skupují perspektivní startupy, případně kapitálově vstupují do firem, které kontrolují a snaží se je následně převzít.
Nástup strojového vidění potvrzují i evropské firmy, které se zabývají vývojem subsystémů, například congatec a Basler. Zároveň je jasné, že technologie pro strojově vidění a dílčí úlohy umělé inteligence je dostupná široké mase vývojářů, včetně modulů pro oblíbené open source platformy.