incendios-forestales 15

8/6/2019 Incendios-forestales 15

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1. INTRODUCCINDisponer de informacin como la posicin y

velocidad del frente y la altura de las llamas es degran inters para la extincin de incendios. En laactualidad dichas medidas se obtienen en lamayora de los casos mediante expertos que realizanestimaciones visuales. Sin embargo, estas

estimaciones no estn exentas de imprecisiones,especialmente en condiciones de mala visibilidad.

En los ltimos aos el avance en las tecnologasde sensores, informtica y comunicaciones hapropiciado el desarrollo de sistemas informatizadospara la lucha contra incendios. Los sistemas deGPS permiten conocer la posicin de los medios.Tambin se ha avanzado de manera significativaen sistemas de procesamiento de imgenes paraaplicaciones forestales, [Dierr y otros 1999] y [Arruey otros, 2000]. Se ha investigado en sistemasbasados en satlites para la monitorizacin deincendios. Sin embargo, las resoluciones espacialesy temporales

que se consiguen con los satlites actuales enmuchos casos an son bajas para los requerimientosde la extincin de incendios.

El Grupo de Robtica, Visin y Control de laUniversidad de Sevilla ha desarrollado un sistemacapaz de obtener automticamente y en tiempo

real mediciones de los frentes de llamas tales comosu posicin y velocidad as como la altura dellamas a partir de imgenes obtenidas mediantecmaras. El Sistema de Medicin de Fuegos,desarrollado desde el ao 1998 en el marco delos proyectos financiados por la Comisin EuropeaINFLAME (ENV 4CT97-0700) y SPREAD (REN2002-10390-E), ha sido probado en numerososexperimentos con fuegos controlados [Viegas yotros, 2002]. Aunque el sistema an requiere deesfuerzos de desarrollo significativos para poderseaplicar en condiciones operacionales reales, losresultados y precisin que obtienen sonprometedores.


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2. DESCRIPCIN DEL SISTEMA La percepcin automtica de incendios

forestales es un problema complejo. Se trata de

un entorno hostil y con presencia de humo quedificulta o impide la visibilidad. Adems el frentepuede tener un movimiento rpido y difcil depredecir. Para minimizar dichas fuentes de error elsistema propuesto emplea varias cmaras endiferentes posiciones, que permite observar el frentedesde diferentes ngulos. Para mejorar lapercepcin, se emplean cmaras visuales y cmarasde infrarrojos, que permiten observar elfrente en presencia de humo. Si el humono oculta el frente, de las imgenes visualesse extraen medidas de las llamas y de labase del frente tales como su posicin yvelocidad. De las imgenes de infrarrojosse extraen medidas de la base del frente.

Las cmaras que se emplean en losexperimentos no tienen requisitos especiales.Las cmaras visuales son unas JA2060 conzoom con distancia focal en el rango 15-90 mm.El sistema ha obtenido resultados equivalentes concmaras de infrarrojos en la banda del infrarrojomedio [3-5] m, como la Agema Thermovision550 y la Mitsubishi IRM-300, y en la banda del

infrarrojo lejano [7-14] m, como la FLIRThermaCam P20 . Las cmaras de infrarrojos debenestar equipadas con pticas adecuadas ypreparadas para percepcin de altas temperaturas.

Para la medicin del frente se emplean dostipos de estaciones: varias estaciones de adquisicinde imgenes y una estacin de procesamiento.Las estaciones de adquisicin contienen las cmarasy transmiten las imgenes a la estacin deprocesamiento. Pueden estar fijas o en vehculosterrestres o areos. La estacin de procesamientocontiene un computador que ejecuta en tiemporeal el Sistema de Medicin de Fuegos. Este softwaredigitaliza las imgenes de todas las cmaras y lasprocesa automticamente para generar medidasgeo-referenciadas del frente en tiempo real. Condichas medidas se obtienen vistas virtuales 3Dgeo-referenciadas del frente de llamas. El sistemaest preparado para transmitir las medidas y vistasdel frente por medio de Internet, para suvisualizacin en Sistemas de InformacinGeogrficos (GIS) en ordenadores remotos.

La configuracin ms habitual del sistema depercepcin consiste en tres estaciones deadquisicin, Figura 1. Una de ellas, frontal al frentede llamas, contiene una cmara de infrarrojos y

una visual. Otra estacin de adquisicin se colocalateral al frente y otra, en un medio areo. LaFigura 2 muestra algunas imgenes tomadas en

un experimento en Serra de Gestosa (Portugal) enmayo de 2002.El Sistema de Medicin de Fuegos est

diseado con una arquitectura modular paraadaptarse a situaciones con diferentes nmero ytipo de cmaras, desde configuraciones con unasola cmara visual o de infrarrojos a situacionescon varias cmaras de diferentes tipos y vistas.

Figura 1: Despliegue de estaciones de adquisicin tpico de losexperimentos.


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El sistema aplica tcnicas de procesamientoautomtico de imgenes incluyendo mtodos desegmentacin y de calibracin de imgenes y defusin estadstica de medidas obtenidas por diferentes cmaras. En dicho procesamiento sepueden diferenciar las siguientes fases:

Identificacin automtica del fuego en lasimgenes de cada cmara.

Medicin del frente sobre las imgenes decada cmara.

Conversin de medidas sobre las imgenesa medidas en el mundo real.

Fusin de las medidas en el mundo realobtenidas por diferentes cmaras.

Previo al procesamiento de las imgenesareas, se aplica una fase de estabilizacin softwarede imgenes consistente en corregir lasperturbaciones originadas por las vibraciones delmedio areo. Las imgenes que se obtienen parecen

como si hubieran sido tomadas desde puntosestticos.

El bloque de fusin estadstica de datos es de

especial inters en el sistema. Su funcin es la deaprovechar las sinergias de las diferentes vistas ycmaras para obtener mediciones incluso si lascondiciones no son apropiadas. Por ejemplo,cuando el frente no est ocultado por el humo,las medidas se obtienen combinando los resultadosde las imgenes visuales y las imgenes deinfrarrojos. Sin embargo, cuando el humo ocultael frente, slo se consideran las medidas de lasimgenes de infrarrojos. Para una descripcin msdetallada de las tcnicas que se emplean, ver [Ollero y otros, 2001] y [Martnez-de Dios y otros,2005].

3. RESULTADOS EXPERIMENTALESEl sistema ha sido validado en numerosos

experimentos de fuegos controlados realizadosdesde 1998, en Portugal [Viegas y otros, 2002] y

Andaluca. La Figura 3 muestra una vista areadel rea de experimentos en la Serra de Gestosa(Portugal).

Figura 2: Imgenes de un experimento realizado en Serra deGestosa (Portugal) en mayo de 2002: a) frontal de infrarrojos,b) frontal visual, c) lateral visual y d) area.

Figura 3: Izquierda: Fotografa area de Gestosa (Portugal) dondese aprecian las parcelas quemadas en diferentes experimentos.Derecha: Fotografa de la estacin frontal tomada en unosexperimentos en mayo de 2006.


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Figura 4: Pantalla principal del Sistema de Medicin de Fuegos analizando un fuego controlado en Gestosa (Portugal) en 1999.

Antes de la ejecucin del sistema es necesaria unasencilla fase de configuracin en donde se indica el tipode cada cmara as como su posicin y orientacin. En

los experimentos la localizacin de las cmaras se midimediante GPS y su orientacin mediante inclinmetrosy brjulas, aunque tambin pueden emplearse referenciasde posicin conocida, como caminos.

La Figura 4 muestra la pantalla del Sistema deMedicin de Fuegos procesando la quema realizadaen Portugal en 1999. Sobre la pantalla se aprecianlas imgenes de infrarrojos, visual frontal y visuallateral. Tambin se muestra en tiempo real grficoscon las medidas que se estn calculando as comola vista virtual del frente.

La Figura 5 muestra algunos de los resultados obtenidospor el Sistema de Medicin de Fuegos en diversosexperimentos. A la izquierda se muestra la posicin delpunto ms avanzado del frente de llamas en el experimentode la parcela 521 en el ao 2002. A la derecha se muestralas posiciones geo-referenciadas del frente a lo largo desu evolucin cada 30 s en la quema de la parcela 756en el ao 2004. La Figura 6 muestra la altura de las llamasobtenidos en la quema de la parcela 520 en el ao 2002.

4. CONCLUSIONESEste artculo presenta brevemente el Sistema de

Medicin de Fuegos que ha sido desarrollado por el

Grupo de Robtica, Visin y Control de la Universidadde Sevilla.

El sistema es capaz de medir automticamente y entiempo real parmetros del frente de llamas tales comola posicin, la velocidad y altura de llamas empleandocmaras visuales y de infrarrojos con diferentes vistas enlocalizaciones fijas o en medios terrestres o areos.

El sistema no requiere cmaras ni sensores conrequisitos especficos. Cabe destacar que dichas cmarasde infrarrojos, cmaras visuales y sensores son comunesen los sistemas de extincin que se emplean en laactualidad.

El sistema ha sido probado en numerosas pruebasde campo desde 1998 y la fiabilidad de sus medidas hasido validada con medidas manuales tomadas concronmetros.

El sistema obtiene resultados prometedores. Sinembargo se trata de un resultado de investigacin y anrequiere de mayores desarrollos para su aplicacin encondiciones operacionales.


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AGRADECIMIENTOSEl sistema ha sido parcialmente financiado por

los proyectos INFLAME Fire behaviour Modelingand testing (ENV 4CT97-0700), SPREAD ForestFire Spread Prevention and Mitigation (EVG1-CT-2001-00043) y EUFIRELAB (EVR1-CT-2002-40028)de la Comisin Europea. Los autores deseanexpresar su gratitud al Prof. D.X. Viegas y su equipode ADAI de la Universidad de Coimbra (Portugal)por la organizacin de los experimentos as comoal Prof. Francisco Rodrguez y Silva de la Universidadde Crdoba. Tambin desean agradecer a D.Francisco Salas de EGMASA y a Da. SusanaSarria y D. Ernesto Esteso de la Consejera deMedio Ambiente de la Junta de Andaluca.

REFERENCIAS Arrue, B. C., A. Ollero, A. y J.R. Martinez-

de Dios, (2000) An Intelligent System for False Alarm Reduction in Infrared Forest-Fire Detection,IEEE Intelligent Systems, vol. 15, no. 3, pp. 64-73.

Dierr, D., H. Hoff y M. Bouchet, (1999)RAPSODI: Rapid Smoke Detection and Forect FireControl, Int. Symposium on Forest Fire: Needs andInnovations, pp. 415-419, Athens Greece, 1999.

Martnez-de Dios J.R., L. Merino, A. Olleroy B.C. Arre, (2005) Medicin de Parmetros deIncendios Forestales Mediante Procesamiento deImgenes de Mltiples Cmaras Montadas enMedios Areos y Terrestres, 4 Congreso ForestalEspaol, Zaragoza (Espaa), 26-30 Septiembre2005.

Ollero A., J.R. Martinez-de Dios, B.C. Arrue,L. Merino y F. Gomez, (2001) A Perception Systemfor Forest Fire Monitoring and Measurement, 3rdInternational Conference on Field and ServiceRobotics, FSR 2001, pp. 135-140, Helsinki(Finlandia), junio de 2001.

Viegas D.X., M.G. Cruz, L.M. Ribeiro, A.J.Silva, A. Ollero, B.C. Arrue, J.R. Martnez-de Dios,F. Gmez-Rodrguez, L. Merino, A.I. Miranda andP. Santos (2002). Gestosa fire spread experiments.Proceedings of the IV Internacional Conference onForest Fire Research, pp. 1-13, Coimbra, Portugal,Noviembre, 2002.

1Grupo de Robtica, Visin y Control. Universidad de Sevilla.Camino de los Descubrimientos, s/n, 41092, Sevilla

2Universidad Pablo de Olavide, Crta. Utrera, km. 1, 41013, Sevilla

Tel: 954487357, Fax: 954487340.E-mail: {jdedios, aollero, merino, barrue}@cartuja.us.es

Figura 5: Arriba) Avance del punto ms avanzado del frente enla quema de la parcela 521 en el ao 2002. Abajo) Localizacingeo-referenciada de los frentes de llama cada 30 segundoscorrespondientes a la quema de la parcela 756 en el ao 2004.

Figura 6: Alturas de llama a lo largo del experimento de laparcela 520 en el ao 2002.

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