Drony mogą ratować życie. Przełomowy projekt naukowców z Wrocławia

SUARAV (ang. Search and Rescue Unmanned Aerial Vehicle), system lokalizujący osoby zaginione na terenach otwartych, stworzyli wrocławscy naukowcy, prof. Tomasz Niedzielski i jego zespół z Zakładu Geoinformatyki i Kartografii Uniwersytetu Wrocławskiego (Mirosława Jurecka i dr Bartłomiej Miziński; oboje są uczniami Niedzielskiego). Dzięki nowatorskiemu połączeniu wiedzy geograficznej, rozwiązań informatycznych oraz możliwości dronów udało im się opracować algorytm o działaniu przypominającym grzybobranie, tyle że… z lotu ptaka. Potrafi on wykryć ludzi na zdjęciach lotniczych, czyli na fotografiach, na których człowiek jest ledwie widoczną garstką pikseli, niewiele różniącą się od zwierząt i krzewów.

Jak działa system? Na pierwszym etapie wyznacza potencjalny obszar poszukiwań.

– Od osób kierujących akcją potrzebujemy tylko podstawowych informacji, takich jak ostatnia znana lokalizacja zaginionego – mówi Tomasz Niedzielski.

Nad wskazany rejon wysyłany jest dron, który wykonuje setki szczegółowych zdjęć lotniczych. W drugim etapie dane są przetwarzane przy pomocy modeli matematycznych zaimplementowanych w systemie informacji geograficznej. Cel: jak najszybciej wskazać miejsce, w którym przebywa zaginiony, a tym samym pomóc ratownikom dotrzeć do osób narażonych na utratę życia lub zdrowia z powodu urazów, wypadków, chorób i trudnych warunków atmosferycznych.

SUARAV nie jest pierwszym projektem, w którym prof. Tomasz Niedzielski wykorzystuje bezzałogowe statki powietrzne. Naukowiec docenił możliwości dronów już w 2007 roku, podczas warsztatów dla młodych naukowców w Montpellier. Postanowił wtedy, że w przyszłości będzie zajmować się wysokorozdzielczą obserwacją ziemi z niskiego pułapu. Cel zrealizował po pięciu latach, już jako kierownik Zakładu Kartografii (obecnie Geoinformatyki i Kartografii) Uniwersytetu Wrocławskiego.

Niedzielski wykorzystywał drony m.in. do badania stanu wód oraz tworzenia map wysokości pokrywy śnieżnej. Z czasem zainteresował się problemem detekcji ludzi z perspektywy drona. Rejestrował obszar, na którym znajdowali się członkowie jego zespołu, a potem szczegółowo przyglądał się zdjęciom. Czy można na nich zidentyfikować człowieka? Jak stworzyć program, który zrobi to automatycznie? W uzyskaniu odpowiedzi na te pytania pomógł mu grant z programu Iuventus Plus. W 2015 roku wystartowały badania nad poszukiwaniem ludzi zaginionych na terenach niezagospodarowanych.

W ramach projektu naukowcy z Uniwersytetu Wrocławskiego przeprowadzili m.in. zakrojone na szeroką skalę eksperymenty terenowe. Testowali rozwiązania w rozmaitych warunkach środowiskowych – o różnych porach dnia i roku, na obszarach płaskich i terenach o zróżnicowanej rzeźbie oraz w poszukiwaniach dorosłych i dzieci. Testy wykazały powtarzalne sukcesy i wysoką skuteczność algorytmu, a wyniki zostały opublikowane w uznanych międzynarodowych czasopismach naukowych, takich jak „Geomatics”, „Natural Hazards and Risk”, „Journal of Field Robotics” czy „Pure and Applied Geophysics”, spotykając się z pozytywnym odbiorem naukowców z całego świata. System otrzymał również bardzo dobre recenzje m.in. od Jurajskiej Grupy GOPR, Fundacji im. Anny Pasek oraz firmy FlyTech, czołowego polskiego producenta profesjonalnych dronów dla geodezji, rolnictwa i energetyki.

– Ocena praktyków była dla mnie jako naukowca szczególnie ważna – mówi Tomasz Niedzielski. – Domyślałem się reakcji recenzentów naukowych, ale opinie profesjonalistów z branży ratownictwa, nowych technologii oraz biznesu do końca były dla mnie zagadką. Naukowcy i praktycy patrzą na nasz projekt z zupełnie odmiennych perspektyw. Ci pierwsi interesowali się metodyką wykorzystaną w badaniach, drudzy – możliwościami zastosowania rozwiązania w realnych warunkach oraz zaistnienia na rynku.

W związku z coraz większym zainteresowaniem projektem członkowie zespołu naukowego zdecydowali się na założenie spółki technologicznej i skomercjalizowanie rozwiązania. Powołali spółkę kapitałową SARUAV sp. z o.o., która funkcjonuje pod patronatem Uniwersytetu Wrocławskiego i jest powiązana z uczelnią umową licencyjną. Spółka szybko zwróciła uwagę funduszu inwestycyjnego Epic Alfa sp. z o.o., którego głównym inwestorem jest spółka PGE Ventures z Grupy Kapitałowej PGE, największego w Polsce przedsiębiorstwa z sektora elektroenergetycznego. Fundusz zainwestował w SARUAV na zasadach programu BRIdge Alfa, organizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Z kolei na Uniwersytecie Wrocławskim proces komercjalizacji wsparło Centrum Innowacji i Transferu Wiedzy oraz Biuro Radców Prawnych. Spółka SARUAV rozpoczęła działalność pod koniec 2018 roku i jest pierwszą spółką technologiczną typu spin-off działającą pod patronatem UWr.

Obecnie – rok przed planowanym terminem – wrocławscy naukowcy wprowadzają swój system na rynek. Ich innowacyjne rozwiązanie jest już dostępne do wdrożenia w jednostkach policji, straży pożarnej, służb granicznych oraz jednostkach ratownictwa górskiego i wodnego.

Do analizy zdjęć wystarczy laptop z dobrą kartą graficzną. Na etapie testowym konieczne było zastosowanie serwerów o wysokiej mocy, ale optymalizacja zredukowała czas obliczeń, który obecnie wynosi zaledwie kilka sekund na zdjęcie. System został dostosowany do realiów pracy ratowników. Naukowcy stale współpracowali z jednostkami GOPR oraz OSP, zarówno na etapie projektowym, jak i testowym.

Oficjalna premiera SARUAV odbyła się 20 czerwca 2020 roku. Tego dnia system wziął udział w ćwiczeniach poszukiwawczych zorganizowanych przez Jednostkę Ratownictwa Specjalistycznego OSP we Wrocławiu i po raz kolejny został bardzo dobrze oceniony przez specjalistów.

TOMASZ NIEDZIELSKI, prezes zarządu SARUAV sp. z o.o., z wykształcenia jest matematykiem i geografem. Posiada stopnie naukowe doktora nauk technicznych w zakresie geodezji i kartografii oraz doktora nauk o Ziemi w dyscyplinie geografia. Jest również doktorem habilitowanym nauk o Ziemi w zakresie geografii oraz profesorem nauk o Ziemi. Tomasz Niedzielski jest ekspertem z zakresu modelowania i prognozowania procesów hydrologicznych. Zajmuje się też tworzeniem systemów przetwarzania danych pozyskiwanych przez bezzałogowe statki powietrzne, w szczególności na potrzeby automatycznej detekcji ludzi. Poza UWr doświadczenie badawcze zdobywał na Uniwersytecie Aberdeen w Wielkiej Brytanii, w Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz we Wrocławskim Centrum Sieciowo-Superkomputerowym Politechniki Wrocławskiej. Kierował wieloma projektami badawczymi finansowanymi ze źródeł krajowych i zagranicznych. Jest autorem lub współautorem kilkudziesięciu publikacji w prestiżowych międzynarodowych czasopismach naukowych, patentu europejskiego oraz ponad 200 prezentacji konferencyjnych i seminaryjnych.

MIROSŁAWA JURECKA, członek zarządu SARUAV sp. z o.o., z wykształcenia jest geografem o specjalności geografia fizyczna oraz GIS i kartografia. Przygotowuje na UWr rozprawę doktorską poruszającą problematykę zastosowań metod geoinformatycznych w poszukiwaniu osób zaginionych. Specjalizuje się w matematycznym modelowaniu zachowań ludzi zaginionych w przestrzeni geograficznej, opierając się na modelu okręgu i modelu mobilności. Zajmuje się też analizą zdjęć lotniczych pozyskiwanych przez bezzałogowe statki powietrzne, w szczególności metodami przetwarzania obrazu na potrzeby identyfikacji ludzi. Posiada kilkuletnie doświadczenie zawodowe w branży geoinformatycznej. Była stypendystką Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz wykonawcą projektu badawczego w jedynym z programów Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Jest współautorem kilku publikacji w renomowanych międzynarodowych czasopismach naukowych.

BARTŁOMIEJ MIZIŃSKI, członek zarządu SARUAV sp. z o.o., z wykształcenia jest matematykiem i informatykiem. Posiada stopień doktora nauk o Ziemi w dyscyplinie geografia, uzyskany na podstawie rozprawy doktorskiej na temat projektowania automatycznych systemów modelowania w hydroinformatyce. Jego zainteresowania skupiają się na metodach modelowania i prognozowania szeregów czasowych, procesach stochastycznych, statystyce oraz technikach przetwarzania obrazu. Doświadczenie badawcze zdobywał na UWr i we Wrocławskim Centrum Sieciowo-Superkomputerowym Politechniki Wrocławskiej. Był wykonawcą czterech projektów badawczych oraz stypendystą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Otrzymał też wyróżnienie Polskiego Towarzystwa Matematycznego. Jest współautorem kilku publikacji w prestiżowych czasopismach naukowych o zasięgu międzynarodowym oraz patentu europejskiego.

Artykuł sponsorowany