Structura sistemului de monitorizare a locurilor de munca periculoase

STRUCTURA SISTEMULUI DE MONITORIZARE A LOCURILOR DE MUNCA PERICULOASE

1.Introducere

Identificarea in timp oportun a avariilor sau a urgentelor potentiale cu posibil impact asupra securitatii si sanatatii in munca, la locurile de munca periculoase constituie o prioritate in domeniul securitatii si sanatatii in munca. Avariile si urgentele ce nu pot fi excluse, fiind inerente procesului de fabricatie sau echipamentelor tehnice, trebuie sa poata fi identificate, pentru a se putea dispune masuri corespunzatoare vizand limitarea impactului lor asupra securitatii si sanatatii angajatilor.

La locurile de munca cu pericol deosebit se iau una sau mai multe masuri de securitatea muncii, organizatorice sau tehnice, pentru a preveni riscurile de accidentare. Dotarea cu aparatura de control, semnalizare si averitzare a depasirii parametrilor de securitate, constituie una din masurile importante care sunt luate la asemenea locuri de munca pentru asigurarea securitatii lucratorilor.

Evaluarea gradului de securitate si implicit a nivelelor de risc stau la baza sistemului de management din punct de vedere al sanatatii si securitatii in munca prin facilitatile pe care le ofera si etapele acestui sistem de management computerizat conduc la maximizarea timpului de monitorizare si implicit de tinere sub control a riscurilor precum si la reducerea timpului de calcul decizional si cresterea ratei reviziilor de imbunatatire . Aceasta evaluare se bazeaza in mod special pe un ansamblu de date preluate, care pe baza unui model probabilistic serversc la calcularea cat mai precisa a probabilitatii de manifestare a unei situatii periculoase si implicit a aparitiei unui accident. Aceste date sunt achizitionate de la diferite subsisteme de monitorizare - senzori, calculatoare de proces, respectiv aplicatii propietar ale sistemului monitorizat.

În functie de diferitii parametrii achizitionati, probabilitatea de aparitie a unui fenomen periculos se stabileste la nivel de subsistem de monitorizare prin aplicarea unui filtru logic reprezentat prin intermediul unui model matematic probabilistic bazat pe inferenta bayesiana. Aceasta abordare permite sa se faca o evaluare probabilistica a riscului de accidentare inca din fazele determinante incipiente.

2. Structura sistemului de monitorizare

2.1.Structura sistemului de monitorizare a locurilor de munca periculoase

Cu toate ca in literatura de specialitate sunt mentionate o serie de referinte cu privire la asigurarea protectiei fata de pericolul existent intr-un echipament, prin utilizarea de aparatori, senzori, circuite sau mecanisme de oprire automata, avand in vedere caracterul specific si complexitatea problemei de monitorizare a locurilor de munca periculoase, am fost nevoit sa creez o arhitectura specifica a acestuia (fig.1.).

Fig. 1. Structura sistemului de monitorizare a locurilor de munca periculoase.

Pentru realizarea sistemului au fost utilizate urmatoarele echipamente:

o Server - calculator cu conexiune la reteaua locala si internet, prin intermediul placii de retea incorporate, pe care ruleaza aplicatia software de server.

o Camera video - o camera video atasata direct la server prin intermediul portului USB.

o Webcam Server - camera video conectata la un software specializat de tip Webcam server pentru difuzarea de informatii in Internet.

o Calculator de proces (Client) - calculator conectat la reteaua locala, pe care ruleaza aplicatia software de client.

o Placa de achizitie - tip Measurement Computing USB-1608HS, care dispune de 8 canale de intrare analogice, cu conversie Analog/Digitala, avand o rezolutie de 16 biti, conectata la server sau calculatorul de proces ce ruleaza softwareul de achizitie a datelor prin intermediul portului USB.

o Senzor pentru masurarea temperaturii - termocuplu, legat la canalul 0 al placii de achizitie

o Senzor pentru masurarea umiditatii - tip Honeywell HIH-3610, conectat la canalul 1 al placii de achizitie.

o Senzor pentru masurarea concentratiei de monoxid de carbon sau metan - tip Figaro TGS 3870, conectat la canalul 2 al placii de achizitie.

Aceasta arhitectura permite conectarea direct la server a placii de achizitie, si implicit a senzorilor, dar si la distanta prin intermediul retelei de calculatoare locale. O caracteristica esentiala a acestei abordari o constituie faptul ca, functie de constrangerile existente intr-un sistem analizat, se poate configura o structura flexibila bazata pe mai multe zone de achizitie cu caracteristici si politici de securitate specifice acelor zone.

Datele sunt prelucrate, si analizate prin intermediul software-ului de monitorizare conceput pentru controlul si evaluarea in timp real a aparitiei unor situatii periculoase.

2.2.Structura sistemului de monitorizare a securitatii persoanelor intr-un vehicul feroviar inteligent

În vederea rezolvarii unei probleme particulare, cea de asigurare a securitatii calatorilor si personalului lucrator intr-un vehicul feroviar inteligent pentru transportul sigur, se propune o arhitectura a sistemului de monitorizare ca in fig.2.

Acest sistem se foloseste de camere video instalate in interiorul trenului, care sunt conectate la un calculator, dispus in camera de comanda a trenului si care dispune de o linie de comunicatie cu operatorul feroviar. Pe acest calculator ruleaza o aplicatie software de monitorizare ce utilizeaza camerele video.

În cazul in care, prin analiza imaginilor, se detecteaza ca o persoana se sprijina de utile dintre compartimente sau de spatiul vitrat, calculatorul atentioneaza persoana cu privire la acest fapt prin emiterea unui mesaj vocal si afisarea lui intermitenta prin intermediul panoului sau ecranului electronic de anunturi din compartimentul in care se detecteaza situatia periculoasa, pana cand persoana respectiva se indeparteaza de zona periculoasa.

Fig.2. Structura sistemului de monitorizare a securitatii pasagerilor.

O alta situatie periculoasa (fig.3.), care pune in pericol viata calatorilor sau a personalului lucrator, apare atunci cand are loc un jaf armat sau altercatie. Software-ul de monitorizare poate detecta anumite pozitii specifice (precum ridicarea si mentinerea in pozitie ridicata a ambelor maini) iar prin intermediul analizei de culoare (culoarea uniformelor personalului lucrator) sa diferentieze formele recunoscute ca fiind in pericol. În asemenea situatii software-ul alerteaza atat conducatorul vehicolului cat si organele de politie feroviara prin intermediul canalului de comunicatie. Aceasta alerta se poate face, dupa caz, si catre compartimentul in care se afla personalul de politie feroviara, sau poate lua si alte decizii asistate sau nu de factorul uman, functie de procedurile legale sau la nivel de operator feroviar in asemenea situatii, precum izolarea compartimentului in care are loc altercatia prin inchiderea usilor, stingerea luminii etc.

Fig.3. Sistem de monitorizare a securitatii pasagerilor - situatia unui atac armat.

O asemenea abordare este utila, deoarece poate fi implementata pe infrastructura existenta - sunt camere video instalate in compartimentele mijloacelor de transport pentru supraveghere video si inregistrare, folosite in special in cazurile de furturi. Avantajele majore pe care le aduce acest sistem de monitorizare sunt acela cu privire la supravegherea permanenta cu interpretarea automata a situatiei periculoase si de reactie imediata in cazul in care este pusa in pericol viata calatorilor sau a lucratorilor.

3.Structura software-ului de monitorizare

Desi literatura de specialitate ofera multe informatii legate de software-ul de monitorizare a fost conceput un software special pentru prelucrarea datelor achizitionate si evaluarea in timp real prin aplicarea modelului probabilistic bazat pe teoria probabilitatilor ( bayesiana ).

Software-ul este o aplicatie de tip client-server, care a fost dezvoltat in limbajul C# din pachetul de dezvoltare Microsoft Visual Studio . Acesta ruleaza in sistemul de operare Windows si se foloseste pentru achizitia de date de catre functiile specializate existente in bibliotecile furnizorului placii de achizitie , precum si de logica bayesiana furnizata de libraria MSBNx si functiile de achizitie si prelucrare a imaginilor puse la dispozitie de bibliotecile specializate (fig.4).

Fig. Functiile software-ului de monitorizare

Software-ul, are doua componente principale, fiecare realizand urmatoarele functii:

Server-ul:

- achizitie imagini de la camera video

- definirea zonelor periculoase prin marcarea lor direct pe imagine

- detectia nivelului de iluminare si generarea unei alarme in cazul in care iluminatul scade sub un anumit nivel.

- detectia miscarii in zonele periculoase si informarea prin generarea unei stari de alarmare vizuala

- achizitia de date furnizate de software-ul client de monitorizare si generarea unei alarmare atunci cand probabilitatea de producere a unui accident este mare.

Clientul (calculator de proces):

- achizitia valorilor pentru temperatura, umiditate, concentratie gaz si stare echipament de munca prin intermediul placii de achizitie de la senzorii specializati sau calculatorul de proces.

- aplicarea filtrului de probabilitati bazat pe modelul bayesian stabilit si calcularea probabilitatii de aparatie a unui fenomen periculos.

- transmiterea datelor achizitionate si a probabilitatii de aparitie a fenomenului periculos la server.

Cum reiese si din diagrama anterioara (fig.5.), sistemul de monitorizare propus contine in principal doua componente, subsisteme de monitorizare: pentru monitorizare video si pentru monitorizare a mediului de lucru.

Cele doua subsisteme pot functiona independent unul fata de celalalt sau in tandem, asigurand atat monitorizare video cat si monitorizare a parametrilor mediului de lucru.

Subsistem de monitorizare video a securitatii

1.Principiul de functionare

Subsistemul de monitorizare video a securitatii asigura protectia persoanei prin monitorizarea unei zone periculoase cu ajutorul unei camere video, conectata direct sau prin intermediul Internetului, la un calculator pe care ruleaza software-ul de monitorizare. Imaginile achizitionate de la camera video sunt prelucrate cu ajutorul software-ului si in cazul in care se detecteaza incalcarea unei anumite zone periculoase, acesta va genera o stare de alarmare. Încalcarea zonei periculoase se bazeaza pe detectia de miscare in respectiva zona, sistemul comportandu-se ca o garda de perimetru.

2.Interfata grafica

Pentru a avea acces usor la informatii s-a implementat interfata grafica (fig.6) a software-ului de monitorizare video, impartind-o in trei zone distincte:

I. Meniul aplicatiei

II. Zona de afisare imagini video, detectie si alarmare

III. Zona de informare - bara de informatii

Prin intermediul meniului aplicatiei, utilizatorul poate sa seteze diferitele functii ale aplicatiei, precum selectarea sursei video si setarea acesteia, tipurile de detectie functie de necesitati si constrangeri, precum si sa se informeze cu privire la modul de functionare al acesteia.

Fereastra de afisare a imaginii video, detectiei si alarmarii, asigura utilizatorului redarea fluxului video, a zonelor in care se detecteaza miscarea, si respectiv a alarmarii acestuia in cazul aparitiei unui pericol atat prin penetrarea zonelor periculoase cat si de la celalalt subsistem de monitorizare, a mediului de lucru, care va fi prezentat in capitolele urmatoare.

În bara de informatii sunt afisate diferite date cu caracter statistic, precum numarul de cadre pe secunde afitate a fluxului video, starea server-ului, clientii conectati, si numarul de obiecte identificate in miscare.

Fig.6. Interfata grafica a software-ului de monitorizare video

Meniul aplicatiei pune la dispozitia utilizatorului urmatoarele posibilitati:

. Submeniul Fisier ofera urmatoarele optiuni:

o "Selectare echipament video" - deschide o fereastra de dialog in care utilizatorul poate selecta camera video atasata din lista camerelor video instalate pe calculatorul pe care ruleaza aplicatia

o "Deschide JPEG URL" - deschide o fereastra de dialog in care utilizatorul introduce adresa web a server-ului video la distanta care difuzeaza imagini in format JPEG

o "Deschide MJPEG URL" - deschide o fereastra de dialog in care utilizatorul introduce adresa web a server-ului video la distanta care difuzeaza imagini in format MotionJPEG - MJPEG

o "Deschide fisier video" - deschide o fereastra de dialog in care utilizatorul poate selecta un fisier video, in format AVI. Aceasta optiune a fost introdusa, in special pentru experimentarea functiilor de detectie a miscarii, in lipsa conexiunii la o camera video de monitorizare.

o "Iesire" - inchiderea aplicatiei.

. Submeniul Detector Miscare ofera urmatoarele optiuni:

o "Inactivare Detector" - permite utilizatorului sa dezactiveze functiile de detectie a miscarii

o "Detector Inalta Precizie" - selecteaza un detector de miscare care marcheaza obiectele in miscare cu precizie ridicata, la nivel de pixel. Acest detector are nevoie de timpi de calcul ce presupun utilizarea unor resurse de procesor ridicate.

o "Detector Precizie Scazuta" - selecteaza un detector de miscare care marcheaza obiectele in miscare cu precizie scazuta, la nivel de 8 pixeli. Acest detector este similar cu cel de inalta precizie, dar presupune o optimizare a calculelor prin raportarea zonelor de miscare la nivel de 8 pixeli.

o "Detector Obiecte" - selecteaza un detector de miscare care marcheaza si numara obiectele in miscare. Acest detector este util in momentul in care se doreste o monitorizare raportata la numarul de entitati in miscare existente la un moment dat si se bazeaza pe functii specializate de extrapolare a obiectelor si numarare puse la dispozitie de biblioteca AForge.

o "Activare detector iluminat" - activeaza sau dezactiveaza functia de detectie a iluminatului necorespunzator. Aceasta optiune este initial dezactivata, fiind activata la optiunea utilizatorului.

o "Evidentiere zone cu miscare" - permite utilizatorului sa selecteze daca doreste sau nu ca detectorul sa evidentieze obiectele in miscare.

o "Setari detector" - deschide o fereastra (fig.7), care permite utilizatorului sa seteze valoarea pragului de diferentiere folosit la detectie si implicit a sensibilitatii detectorului de miscare, valoarea minima la care se declanseaza alarma si tipul de marcaj al zonelor cu miscare - contur sau toata regiunea.

Fig.7.Fereastra de setari a detectorului de miscare

o "Trasare zone Ne/Periculoase " - deschide o fereastra in care utilizatorul poate defini zonele periculoase, in care se doreste a fi detectata miscarea, prin trasarea de forme rectangulare, sau zone nepericuloase, in care miscarea este ignorata.

. Submeniul Setari ofera urmatoarele optiuni:

o "Setari echipament video" - in cazul in care este utilizat un echipament video conectat la calculator, aceasta optiune permite accesul utilizatorului la setarile echipamentului respectiv, puse la dispozitie de producatorul acestuia.

. Submeniul Ajutor ofera urmatoarele optiuni:

o "Ajutor" - deschide pagina de ajutor a programului, in care utilizatorul se poate informa cu privire la functiile puse la dispozitie de acesta.

o "Despre" - deschide o fereastra cu informatii legate de aplicatie, precum versiunea curenta, autor, etc.

3.Detectia miscarii

În urma documentarii cu privire la detectia miscarii, desi aceasta contine o serie de metode software pentru realizarea detectiei miscarii, a fost necesar sa se realizeze un algoritm de detectie specific in raport cu constrangerile si nevoile acestui sistem de monitorizare a locurilor de munca.

Miscarea poate fi detectata prin utilizarea mai multor algoritmi, fiecare avand avantaje sau dezavantaje. Selectarea fiecarui algoritm de detectie se realizeaza prin intermediul optiunilor puse la dispozitie de submeniul Detector de Imagine.

Trasarea zonelor de detectie a miscarii se face in urma selectarii unui detector de miscare, prin intermediul ferestrei de trasare.

Fereastra in care se pot trasa zonele periculoase de detectie sau cele nepericuloase, in care miscarea este ignorata este ilustrata in fig.5.8.

Prin marcajul de culoare rosie se traseaza zonele in care se doreste sa se detecteze miscarea si declansarea alarmei, iar prin marcajul de culoare verde se traseaza zonele in care miscarea este ignorata.

În aceasta fereastra, utilizatorului ii este permis sa traseze un numar nelimitat de zone de detectie sau ignorare a miscarii, precum si orice combinatie a acestora. Acest lucru ofera posibilitati multiple de definire a unor zone periculoase.

În cazul in care nu este trasata o zona de detectie sau ignorare a miscarii, implicit se detecteaza miscarea in intreaga imagine.

Pentru detectia miscarii s-au elaborat mai multi algoritmi, care pot evidentia cu o precizie mai mare sau mai mica obiectele in miscare.

Algoritmul care sta la baza detectiei miscarii calculeaza diferenta intre doua cadre consecutive ale imaginii video.

Fig.8. Fereastra de trasare zone (ne)periculoase

Acesta consta in mai multe faze:

a) Preluarea cadrului curent din fluxul video, afisarea acestuia in fereastra de afisare a interfetei grafice si stocarea acestuia in memorie pentru compararea cu cadrul urmator.

b) Preluarea cadrului urmator din fluxul video

c) Pregatirea celor doua cadre in vederea efectuarii comparatiei prin aplicarea mai multor filtre. În prima faza este aplicat filtrul de transformare a imaginii color (fig.9.(a)) in imagine cu 256 de tonuri de gri - filtru de scalare in gri (fig.9.(b)). Dupa aplicarea acestui filtru se aplica un filtru de binarizare, pe baza unui prag (treshold), care transforma imaginile in tonuri de gri in imagini binare, alb-negru (fig.9.(c)) pe baza relatiei (1).

Xg < Ts => Xg="Negru", altfel Xg="Alb"

unde:

Xg - valoarea de gri a pixelului

Ts - valoarea de prag

d) Cele doua imagini binare sunt comparate si identificate diferentele. Toate diferentele sunt considerate ca miscare, iar conturul acestora este marcat prin pixeli de culoare rosie in cadrul curent al fluxului video ce urmeaza a fi afisat.

S-a observat ca functie de selectarea pragului se poate modifica nivelul detectiei de miscare, in sensul ca daca acest prag are o valoare prea mica sau prea mare, nu se detecteaza cu precizie miscarea, deoarece imaginea rezultata este ori prea alba ori prea neagra.

Fig.9.Filtre de culori aplicate cadrelor

În urma experimentarilor s-a observat ca prin asigurarea valorii pragului cu 15, din scala de 0 la 255, algoritmii de detectie au o sensibilitate crescuta la detaliile miscarii. Prin selectarea unor valori mai mari de 15 sensibilitatea detectiei scade. Însa o data cu selectarea unei sensibilitati mari, creste si numarul alarmelor false, generate de detectia unei miscari datorate diferentelor mari de stralucire sau umbre.

Pentru eliminarea acestor alarme false a fost modificat algoritmul de detectie astfel incat sa analizeze o imagine de 64 de ori mai mica, prin raportarea la un grup de 8x8 pixeli in loc de 1. Practic 8x8 pixeli sunt considerati un pixel al imaginii, valoarea acestui pixel marit fiind calculata prin media valorilor celor 64 de pixeli. Prin acest artificiu este eliminat in mare parte zgomotul imaginii, optimizand calculele de detectie prin scaderea timpului computational. Aceasta versiune poate fi folosita in special in situatiile in care materialele obiectelor permit reflectii sau iluminatul nu este difuz si permite umbre conturate perfect.

Pentru o detectie de mare finete, in special pentru camerele de supraveghere a unor suprafete intinse, se utilizeaza varianta de mare precizie a detectorului de miscare.

Aplicatia permite utilizatorului sa regleze valoarea pragului pentru a putea face reglaje de finete in ceea ce priveste detectia miscarii, dar si posibilitati de reglare a detectiei si optimizare a calculelor prin selectarea unor variante optimizate ale algoritmului de detectie a miscarii.

Concret, prin acest algoritm sunt analizate doua cadre consecutive ale fluxului video, astfel ca, dupa ce se aplica o serie de filtre care sa minimizeze diferentele de nuanta, reflexie, umbre, etc. si respectiv sa scada complexitatea calculelor comparatiilor, imaginile sunt suprapuse, iar diferentele sunt considerate ca si obiecte in miscare (fig.10).

Fig.10. Principiul de functionare al algoritmilor de detectie a miscarii

Toate variatile algoritmului utilizat pentru detectia miscarii au la baza principiul prezentat anterior. Principala deosebire este constituita de modul in care marcheaza si calculeaza obiectele in miscare, precum si gradul preciziei cu care detecteaza miscarea (fig.11.).

Fiecare variatie a algoritmului de baza este utilizata functie de necesitati, astfel daca este nevoie de o mai mare precizie de evidentiere a miscarii se utilizeaza detectorul de mare precizie pentru detectarea miscarii. Daca este nevoie de optimizarea timpilor de calcul si marirea numarului de cadre analizate, insa nu este importanta forma obiectelor in miscare se foloseste algoritmul de precizie scazuta. În cazul in care se doreste o optimizare atat din punct de vedere al timpilor de calcul cat si de identificare a numarului de obiecte in miscare in zonele analizate, se opteaza pentru utilizarea detectorului cu numararea de obiecte.

Fig. 11. Algoritmii de detectie a miscarii si marcarea obiectelor.

Detectorul de inalta precizie poate marca atat zonele in miscare cat si marginile zonelor in miscare. Acesta compara fiecare pixel al fiecarei linii a unui cadru cu fiecare pixel corespondent din cadrul consecutiv. Odata detectata zona de miscare prin gruparea pixelilor in miscare, aceasta se marcheaza fie prin colorarea totala a zonei, fie prin colorarea conturului acesteia. Conturul este calculat ca fiind dat de pixelii din extremitatile zonei cu miscare.

S-a observat ca folosirea acestui detector este utila in special in zonele in care nu exista zgomot al imaginii, umbre sau straluciri.

Detectorul de precizie scazuta este o variatie a celui de inalta precizie prin faptul ca aici imaginea este marita cu un factor de 64, prin considerarea unui grup de 8x8 pixeli ca un singur pixel. Cadrul imagine rezultat, de 64 de ori mai mic, este analizat prin aplicarea acelorasi parti ca si in algoritmul de inalta precizie, marcandu-se zonele cu miscare prin colorarea totala sau doar a conturului acestora.

Acest algoritm a fost realizat pentru a permite utilizatorului sa utilizeze detectorul de miscare in zone in care imaginea prezinta zgomot, exista umbre sau straluciri. Totodata a fost dezvoltat pentru optimizarea timpilor de calcul necesari detectiei miscarii, pentru a putea raspunde constrangerilor legate de viteza de procesare a aplicatiei in timp real. El este util in special in cazul in care sunt utilizate camerele video de inalta definitie, care au o rezolutie mare, si implicit necesita timpi de calcul mai mari in cazul in care ar fi folosita versiunea de mare precizie. Imaginile furnizate de camerele de inalta definitie sunt si mai detaliate, iar nivelul de detaliu poate create probabilitatea aparitiei alarmelor false, deoarece se pot detecta miscari pe imagine generate de reflexii sau straluciri ale materialelor obiectelor.

Detectorul cu numarare de obiecte, este utilizat in cazul in care se doreste sa se afle si numarul obiectelor in miscare. Prin acest algoritm se numara petele in miscare prin utilizarea functiei de numarare pete puse la dispozitie de biblioteca AForge. Practic, in imagine, zona de miscare este vazuta ca o pata, fiecare pata fiind considerat un obiect. Algoritmul permite definirea marimii minime si maxime pentru o pata care poate fi considerata ca un obiect in miscare. Calcularea zonelor in miscare se face similar cu algoritmul de inalta precizie. S-a observat ca prin definirea dimensiunii minime a petei de 10x10 pixeli se elimina zgomotul din imagine, si implicit alarmele false. Fiecare pata in miscare este marcata prin trasarea unui dreptunghi de culoare rosie avand coordonate ultimul pixel din stanga sus a petei si respectiv ultimul pixel din dreapta jos a petei in miscare.

Pentru toate tipurile de detectie, utilizatorului ii este permis sa seteze o valoare minima a numarului de pixeli in miscare marcati sau numarului de obiecte in miscare. Aceasta valoare minima este utilizata pentru a modifica sensibilitatea de declansare a alarmei. În cazul in care acesta este depasita atunci inseamna ca exista un nivel de miscare mai mare decat cel al zgomotului de imagine sau tolerat si programul va genera alarma.

Aceasta optiune a fost pusa la dispozitia utilizatorului pentru a aduce un control in plus asupra alarmelor false generate de zgomotul din imagine. Setarea acestei valori se poate face functie de zgomotul imaginii, aceasta permitand practic o calibrare a alarmei.

Astfel daca valoarea pixelilor in miscare datorati stralucirii sau vibratiilor este constanta, atunci se poate seta alarma sa ignore aceasta miscare si sa se declanseze numai in momentul in care apare un plus de pixeli in miscare (fig.12.).

Fig.12.Detector de imagine de precizie scazuta cu alarma calibrata.

Detectia intensitatii luminii

Pentru detectia intensitatii luminii s-a pornit de la histograma imaginilor. Histograma unei imagini este reprezentarea grafica a distributiei tonalitatii sau nuantelor unei imagini digitale. Abscisa histogramei reprezinta tonalitatile, iar ordonata reprezinta numarul de pixeli corespunzatori respectivei tonalitati sau nuante a culorii.

Detectia intesitatii luminii, in acest sistem de monitorizare, se face pe baza analizei valorilor minime, mediane si maxime din histograma luminantei fiecarui cadru in parte. Luminanta este informatia referitoare la stralucirea obiectelor, redata pe o scala de gri si care ignora cromitatea. Histograma luminantei pentru o imagine este reprezentarea grafica ce contine toate valorile distincte ale luminantei pixelilor imaginii.

Din analiza histogramei unei imagini (fig.13.) reiese ca in cazul imaginii normale minimul se departeaza de valoarea extrema minima a tonalitatii iar maximul coincide cu valoarea maxima a tonalitatii, mediana impartind distributia in doua grupari egale ca numar de pixeli.

S-a observat ca maximul pixelilor se aproprie de intensitatea neagra daca imaginea este mai intunecata si de intensitatea alba in cazul in care imaginea este foarte luminoasa. În cazul in care conditiile de iluminat scad, imaginea devine tot mai intunecata. Cu cat devine mai intunecata imaginea, cu atat se observa o aglomerare inspre tonalitatile intunecate a unui numar mare de pixeli ai imaginii.

Am observat (fig.13.b) ca nu in toate cazurile in care o imagine este intunecata, conditia ca valoarea minima se aproprie de 0 si valoarea maxima a histogramei scade sub 60% din valoarea maxima posibila, acesta fiind valabila doar in cazurile in care o imagine este intunecata uniform.

Fig.13. Histograma luminantei pentru o imagine in tonuri de gri - (a) Normal, (b) Întunecat.

Subsistemul de monitorizare a mediului de lucru

5.1.Principiul de functionare

Acest subsistem de monitorizare porneste de la ideea ca factorii determinanti ai mediului de lucru (temperatura, umiditate, concentratie gaz - monoxid de carbon) pot determina direct sau indirect aparitia unor accidente, in cazul in care valorile acestor factori depasesc limitele maxim admise.

Toate valorile achizitionate sunt considerate ca si observatii in procesul de diagnosticare in timp real prin care se stabileste probabilitatea de aparitie a conditiilor optime unui accident prin inferenta aplicata modelului bayesian propus.

Modelul bayesian propus pentru stabilirea probabilitatii de aparitie a unui accident prin intrunirea conditiilor propice de aparitie a unei situatii periculoase ( fig.14), a fost realizat cu ajutorul editorului MSBNx [93].

Fig.1 Modelul de evaluare a probabilitatii intrunirii conditiilor optime

aparitiei unui accident.

Acest model contine urmatoarele noduri: Temperatura, Umiditate, Disconfort, EchipamentTehnic, ConcentratieGaz, Accident.

Nodul Temperatura are urmatoarele stari: Sub/Peste L.M.A. si Optima. Functie de valorile achizitionate de aplicatie de la senzor, seteaza ca si dovezi, necesare la calcularea probabilitatii accidentului, starea corespunzatoare valorii. În cazul in care valoarea achizitionata de senzor este cuprinsa intre 18ºC si 24ºC, atunci va seta ca si observatie starea de Optima a temperaturii, in cazul in care valoarea nu este cuprinsa intre aceste valori atunci va seta ca si observatie starea de Sub/Peste LMA.

Nodul Umiditate are urmatoarele stari: Sub/Peste L.M.A. si Optima. Functie de valorile achizitionate de aplicatie de la senzor, seteaza ca si dovezi, necesare la calcularea probabilitatii accidentului, starea corespunzatoare valorii. În cazul in care valoarea pentru umiditatea relativa achizitionata de senzor este mai mica de 10%, atunci va seta ca si observatie starea de Optima a umiditatii, in cazul in care valoarea nu este cuprinsa intre aceste valori atunci va seta ca si observatie starea de Peste LMA.

Nodul Disconfort are urmatoarele stari: Da si Nu. Functie de observatiile bazate pe temperatura si umiditate, seteaza pe baza tabelei de distributie dovezile corespunzatoare. Tabela de distributie in care se stabileste gradul de incredere pentru disconfort in functie de fiecare dintre valorile nodurilor parinte, temperatura si, respectiv umiditate, este prezentata in tabelul 1.

Tab.1.Tabelul de distributie pentru nodul "Disconfort

Nodul EchipamentTehnic are urmatoarele stari: Pornit si Oprit. Functie de starea echipamentului la un moment dat, aplicatia seteaza dovezile corespunzatoare starii in care se afla echipamentul de munca monitorizat.

Nodul Concentratie Gaz are urmatoarele stari: Sub L.M.A. si Peste L.M.A.. Functie de valorile concentratiei de monoxid de carbon, achizitionate de aplicatie de la senzor, seteaza ca si dovezi, necesare la calcularea probabilitatii accidentului, starea corespunzatoare valorii - in cazul in care valoarea pentru concentratia de monoxid de carbon, achizitionata de senzor este mai mica de 100ppm, atunci va seta ca si observatie starea de Sub LMA a concentratiei de gaz, in cazul contrar va seta ca si observatie starea de Peste LMA.

Nodurile temperatura, umiditate, concentratie gaz si echipament tehnic sunt definite ca si cauzal independente, neavand o tabela de distributie atasata.

Nodul Accident are doua stari: Are loc si Nu are loc. Stabilirea probabilitatii fiecarei stari a nodului Accident se face pe baza tabelei de distributie prezentata in tabelul 2.

Tab.2.Tabelul de distributie pentru nodul "Accident"

5.2.Protocolul de comunicare

Acest subsistem de monitorizare a mediului de lucru foloseste tehnologia client-server. Server-ul, care inglobeaza si subsistemul de monitorizare video prezentat anterior, este cel unde se transmit valorile factorilor de mediu si sunt generate semnalele de alarma. Clientul este responsabil cu achizitionarea locala a valorilor prin intermediul echipamentului de achizitie, conversia in formatul corect, aplicarea modelului de diagnosticare bazat pe probabilitatea bayesiana si transmiterea datelor la server. Server-ul deschide cate un canal de comunicatie separat pentru fiecare client, respectiv calculator de proces, si afiseaza datele comunicate de acesta, ori de cate ori se modifica, in fereastra dedicata de monitorizare. În cazul in care clientul, in urma aplicarii filtrului de evaluare probabilistica, transmite o probabilitate mare de aparitie a unui accident, atunci server-ul generaza semnalul de alarma, prin afisarea unui mesaj in fereastra de vizualizare.

Comunicarea intre client si server se face prin transmiterea de mesaje care au un antet sub forma unui sir de cuvinte cheie pentru identificarea tipului de mesaj urmat de valoarea efectiva transmisa pentru fiecare tip de mesaj in parte.

În momentul in care se realizeaza conectarea la server, clientul compune un mesaj text care incepe cu sirul de caractere "_SStype" urmat de un sir de 4 caractere, prin care trimite server-ului codul configuratiei sale, astfel incat acesta sa poata sa configureze elementele ce urmeaza a fi afisate in fereastra corespondenta subsistemului de monitorizare.

Transmiterea valorilor indicate de senzorii monitorizati se face tot prin compunerea unor mesaje codificate pentru ca server-ul sa identifice ce tip de valori primeste si sa actualizeze aceste valori in fereastra subsistemului de monitorizare a mediului de lucru.

Astfel, ori de cate ori apare o modificare a valorii temperaturii, umiditatii, concentratiei de monoxid de carbon sau a starii echipamentului de munca, se compune un mesaj care este transmis server-ului. Mesajul este compus din antet care indica tipul valorii transmise, urmat de valoarea propriu-zisa. Antetul pentru transmiterea temperaturii este "_t" urmat de valoarea acesteia, respectiv pentru celelalte este "_u" - umiditate, "_g"- concentratie gaz, si respectiv "_m" pentru stareae echipamentului de munca (oprit-"0", sau pornit-"1").

Toate aceste valori sunt decodificate de catre server si sunt asignate controllerului respectiv.

Clientul are o componenta prin care poate primi mesaje de la Server. Astfel in momentul in care aplicatia Server este inchisa, aceasta trimite tuturor clientilor conecta si un mesaj "EndSession", in urma primirii caruia fiecare client se deconecteaza automat.

Cand un Client se deconecteaza de la server, trimite un mesaj "Disconnecting", pe care Server-ul il decodifica si inchide fereastra de monitorizare asignata acelui client.

5.3.Interfata grafica

Pentru a asigura accesul facil al utilizatorului la reglarea diferitilor parametrii ai aplicatei am implementat o interfata grafica pentru programele de monitorizare a mediului de lucru care este implementata pe de o parte in aplicatia Server si pe de alta parte in aplicatia Client.

Interfata grafica implementata in aplicatia Server pentru acest subsistem este pornita automat si este individualizata pentru fiecare tip de client in parte. Astfel, odata cu pornirea aplicatiei Server, acesta supreavegheaza linia si in momentul in care se conecteaza un client, deschide o fereastra speciala pentru fiecare conexiune, cu elementele componente monitorizate de respectivul Client. O astfel de fereastra este ilustrata in figura 16.

Interfata grafica a aplicatiei client este prezentata in figura 17., si este comuna tuturor aplicatiilor Client, oferind posibilitatea utilizatorului de a configura tipul de Client, prin stabilirea tipurilor de senzori pe care ii utilizeaza in monitorizarea factorilor de mediu.

În cazul in care nu este selectat nici un senzor, aplicatia nu permite conectarea la server.

La pornirea initiala a aplicatiei Client, toate controalele asupra senzorilor sunt inactivate pana in momentul in care se selecteaza conectarea la Server. Conectarea la Server este conditionata de selectarea unuia sau mai multor senzori din lista de senzori de monitorizare.

Odata realizata conexiunea cu aplicatia Server, functie de optiunile utilizatorului cu privire la senzorii ce urmeaza a fi utilizati, sunt activate controalele respective fiecarui tip de senzor selectat, si conform principiul de functionare a comunicarii prin mesaje prezentat anterior, se transmite catre Server un mesaj care contine tipul configuratiei selectate pentru aplicatia Client. Server-ul primeste acest mesaj, il decodifica si functie de acesta afiseaza in fereastra de monitorizare a mediului de lucru doar elementele care sunt monitorizate, celelalte nefiind afisate. S-a luat aceasta decizie, din ratiunea de a permite utilizatorului urmarirea cu usurinta a diferitelor subsisteme de monitorizare a mediului de lucru.

Fig.16. Interfata grafica a subsistemului de monitorizare a mediului de lucru

implementata in aplicatia Server.

Fig.17. Interfata grafica a subsistemului de monitorizare a mediului de lucru

implementata in aplicatia Client.

Meniul aplicatiei pune la dispozitia utilizatorului urmatoarele posibilitati:

- Submeniul Setari ofera utilizatorului posibilitatea sa seteze parametrii legati de conexiune precum adresa IP a calculatorului pe care ruleaza aplicatia Server si portul de comunicatii, precum si intervalul de citire al senzorilor in milisecunde (fig.18). Aceste informatii sunt importante deoarece in lipsa acestora nu va putea fi realizata o conexiune la server. Totodata calculatorul care are instalata aplicatia Server trebuie sa aiba firewall-ul configurat astfel incat sa permita comunicare prin portul setat.

- Submeniul Iesire permite parasirea imediata a aplicatiei.

Fig.18. Fereastra de Setari din aplicatia Client.

Pentru fiecare tip de senzor se permit atat simularea achizitiei valorilor prin selectarea butonului radio Simulare si prin modificarea valorii din casuta text corespunzatoare, cat si achizitia de valori direct de la senzor prin selectarea butonului radio Senzor. Au fost implementate asemenea controale pentru a permite utilizatorului diferite variante de simulare si diagnosticare in diferitele faze de experimentare ale sistemului de monitorizare.

În momentul in care valoarea unui senzor, simulata sau achizitionata, se modifica, atunci programul compune un mesaj catre Server in care trimite valoarea modificata pentru senzorul corespunzator. Urmeaza sa se seteze observatia corespunzatoare valorii in nodul modelului bayesian atasat aplicatiei si se declanseaza mecanismul de inferenta si stabilirea probabilitatii de aparitie a unui accident functie de noile valori. Aceasta probabilitate este transmisa printr-un mesaj Server-ului, care o analizeaza si in cazul in care este peste 60% genereaza un semnal de alrma cu privire la starea de fapt a mediului monitorizat.