31 Maio 2007 1 Simulação Virtual de Agentes Autônomos para a Identificação e Controle de Incêndios Gustavo Pessin et al. Simulação Virtual de Agentes Autônomos.

Apresentação em tema: "31 Maio 2007 1 Simulação Virtual de Agentes Autônomos para a Identificação e Controle de Incêndios Gustavo Pessin et al. Simulação Virtual de Agentes Autônomos."— Transcrição da apresentação:

1 31 Maio 2007 1 Simulação Virtual de Agentes Autônomos para a Identificação e Controle de Incêndios Gustavo Pessin et al. Simulação Virtual de Agentes Autônomos para a Identificação e Controle de Incêndios em Reservas Naturais Gustavo Pessin 1 Fernando Osório 1 Vinícius Nonnemmacher 2 Sandro S. Ferreira 2 Soraia Musse 3 1 Unisinos - PPG Computação Aplicada 2 Unisinos - Graduação em Desenvolvimento de Jogos e Entretenomento Digital 3 PUCRS - FACIN Apresentado por: Prof. Dr. Fernando S. OSÓRIO - PPG Computação Aplicada / Unisinos { fosorio@unisinos.br } RBV - Rede Brasileira de Visualização / FINEP

2 2 31 May 2007 Simulação Virtual de Agentes Autônomos para a Identificação e Controle de Incêndios em Reservas Naturais Gustavo Pessin, Fernando Osório Unisinos – PIPCA Vinícius Nonnemmacher, Sandro S. Ferreira Unisinos –GT JEDi Soraia Musse PUC-RS – FACIN

3 3 31 May 2007 Motivação ► Contexto: anualmente são registrados 45.000 incêndios nas florestas da Europa. Entre 1989 e 1993, 2,6 milhões de hectares florestais na zona mediterrânica foram destruídos pelo fogo ► Brasil: Grande extensão territorial e expressivo número de ocorrências de incêndios florestais ► Órgãos públicos envolvidos: Secretaria Nacional de Defesa Civil e a criação de novos CEPEDs - Centro de Estudos para a Prevenção de Emergências e Desastres. ► Iniciativas do governo: RBV – Rede Brasileira de Visualização (FINEP) Competência de Segurança e Defesa (Civil e Militar) / Unisinos

4 4 31 May 2007 Proposta ► Projeto e desenvolvimento de um ambiente virtual de simulação realística utilizando agentes robóticos autônomos e comunicativos.  Aplicação no processo de automatização da identificação e combate de incêndios em reservas florestais, usando agentes autônomos. ► Simulação utilizada também no treinamento e no acompanhamento de equipes - estratégia - de combate a incêndios. ► Os agentes planejam suas ações baseados em dados de sensores, como GPS, odômetro, sensor de temperatura, entre outros. ► As operações dos agentes autônomos são realizadas em um terreno que simula aspectos naturais e respeita taxa de propagação do fogo baseado na intensidade e orientação do vento, vegetação e topografia.

5 5 31 May 2007 Objetivos ► Recolher informações sobre dados florestais, tipos de vegetação, topografia, e comportamento de incêndios para criar o ambiente virtual mais realista possível; ► Simular incêndios em florestas, reproduzindo de forma bastante realista o ambiente e a propagação dos focos de incêndio; ► Pesquisar ferramentas e técnicas de combate à incêndio florestais utilizadas por bombeiros; ► Simular de agentes móveis autônomos capazes de formar uma brigada de combate a incêndios; ► Simular o combate ao incêndio, incluindo a operação de identificação, comunicação, planejamento, deslocamento e extinção do foco de incêndio pelos agentes => Operações realizadas de forma autônoma!

6 6 31 May 2007 Fogo em Ambientes Naturais ► Estudo de Combustíveis Florestais  Combustíveis florestais = cobertura vegetal  Importante parâmetro no processo de propagação dos incêndios  O Ministério da Agricultura do Brasil apresenta uma tabela com 13 modelos: * Herbáceo, arbustivo, manta morta, resíduos lenhosos,... * Herbáceo, arbustivo, manta morta, resíduos lenhosos,...  Cada modelo de vegetação tem um conjunto próprio de propriedades: ► Facilidade de deslocamento de agentes, ► Velocidades de propagação de incêndios, ► Tipos de combate indicados.

7 7 31 May 2007 Fogo em Ambientes Naturais ► Estudo de Combustíveis Florestais  Estudos dos modelos de florestas e resíduos florestais são de grande importância para o aprimoramento dos modelos de simulação a serem implementados em ambientes virtuais.  Por exemplo, aplicar no simulador as velocidades de propagação provindas de medições reais de velocidade de propagação e velocidade de vento em parques nacionais. * Vegetação arbustiva: velocidade do vento de 20km/h => velocidade de propagação de 0,09m/s * Vegetação herbácea: velocidade do vento de 60km/h => velocidade de propagação de 1,94m/s

8 8 31 May 2007 Fogo Simulado 2D::SDL 3D::OSG+DEMETER+ODE

9 9 31 May 2007 RoBombeiros Simulados [Agentes Autônomos] 2D::SDL 3D::OSG+DEMETER+ODE

10 10 31 May 2007 Técnicas Reais de Operação ► Estudo de técnicas reais de operação a fim de:  melhor entender como proceder para combater incêndios  planejar as estratégias a serem implementadas nos agentes autônomos ► Operações de combate  Detecção: torres de vigilância, patrulhamento terrestre, patrulhamento por avião ou imagens de satélites?  Comunicação: Quanto tempo o responsável demora para receber o aviso de incêndio?  Mobilização: Formação inicial do time (atribuições, responsabilidades).  Deslocamento: quanto tempo para chegar ao foco?  Planejamento: Avaliar o comportamento do fogo e planejar estratégia de combate.  Combate: Eliminação do incêndio. ► + estudo de equipamentos de combate... ► + estudo de métodos e estratégias de combate...

11 11 31 May 2007 Técnicas Reais de Operação ► Estudo de técnicas reais de operação a fim de:  melhor entender como proceder para combater incêndios  planejar as estratégias a serem implementadas nos agentes autônomos ► Operações de combate  Detecção: torres de vigilância, patrulhamento terrestre, patrulhamento por avião ou imagens de satélites?  Comunicação: Quanto tempo o responsável demora para receber o aviso de incêndio?  Mobilização: Formação inicial do time (atribuições, responsabilidades).  Deslocamento: quanto tempo para chegar ao foco?  Planejamento: Avaliar o comportamento do fogo e planejar estratégia de combate.  Combate: Eliminação do incêndio. ► + estudo de equipamentos de combate... ► + estudo de métodos e estratégias de combate... Criação de Aceiros

12 12 31 May 2007 Dois Protótipos: 2D e 3D ► 2D  SDL  Validação inicial dos conceitos ► 3D  OSG + Demeter (terrenos) + ODE (física)  Permite a visualização utilizando óculos especiais para visão estéreo, junto a Sala de Visualização de Realidade Virtual da RBV criada em nossa Universidade.

13 13 31 May 2007 Protótipo: Sala de Visualização ► O hardware disponível na Sala de Visualização é composto de um sistema de visão estereoscópica passiva, usando 2 projetores Christie LX34 e tela 3D com luz polarizada e óculos passivos, além de um monitor de 21” com óculos estereoscópico ativo. ► Os projetores e o monitor de 21” estão ligados a estações de trabalho bi-processadas Xeon 2.8 GHz e Opteron 2.4 GHz com placas de video Nvidia Quadro FX 4500 (512 MB). ► A sala ainda possui uma parede com 6 monitores sincronizados (LCD Wall) e dispositivos para interação, Gyromouse e SpaceBall.

14 14 31 May 2007 Protótipo: Implementação ► Mapa  Criado conceitualmente a partir de: ► Carta topográfica (UTM) 0578000, 6764000 até 0584000,6770000 representando um quadrante de 6km x 6km. ► Mapa de modelo combustível do Ministério da Agricultura.

15 15 31 May 2007 Implementação ► Fogo e Vento ► Alastramento de dois focos ► Sem vento ► 2D ► Áreas mais escuras representam maior densidade de vegetação. ► Alastramento de um foco ► Vento leste-oeste ► 2D

16 16 31 May 2007 Implementação ► Comunicação  Trocas de mensagens entre os agentes utilizando quadro-negro (blackboard) ► Tratamento de erros de sensores  Posicionamento  GPS real foi testado: apresentou erro médio de 18 metros! [5 à 20m]

17 17 31 May 2007 Simulação de Combate ao Incêndio 1. Um agente satélite monitora focos de incêndio; 2. Ao identificar um foco de incêndio, envia uma mensagem ao agente líder que, através de comunicação, solicita a informação de posicionamento de cada robô-combatente (RoBombeiro). 3. O agente líder recebe mensagens com a identificação e distâncias de cada RoBombeiro ao foco e coleta, com sensores, a direção e intensidade do vento. 4. O agente líder envia aos RoBombeiros selecionados uma mensagem de “AGIR” passando a posição para qual deve se deslocar a fim de atuar no combate ao incêndio.

18 18 31 May 2007 Simulação de Combate ao Incêndio 1. Um agente satélite monitora focos de incêndio; 2. Ao identificar um foco de incêndio, envia uma mensagem ao agente líder que, através de comunicação, solicita a informação de posicionamento de cada robô-combatente (RoBombeiro). 3. O agente líder recebe mensagens com a identificação e distâncias de cada RoBombeiro ao foco e coleta, com sensores, a direção e intensidade do vento. 4. O agente líder envia aos RoBombeiros selecionados uma mensagem de “AGIR” passando a posição para qual deve se deslocar a fim de atuar no combate ao incêndio.

19 19 31 May 2007 Simulação de Combate ao Incêndio 1. Um agente satélite monitora focos de incêndio; 2. Ao identificar um foco de incêndio, envia uma mensagem ao agente líder que, através de comunicação, solicita a informação de posicionamento de cada robô-combatente (RoBombeiro). 3. O agente líder recebe mensagens com a identificação e distâncias de cada RoBombeiro ao foco e coleta, com sensores, a direção e intensidade do vento. 4. O agente líder envia aos RoBombeiros selecionados uma mensagem de “AGIR” passando a posição para qual deve se deslocar a fim de atuar no combate ao incêndio.

20 20 31 May 2007 Simulação de Combate ao Incêndio 1. Um agente satélite monitora focos de incêndio; 2. Ao identificar um foco de incêndio, envia uma mensagem ao agente líder que, através de comunicação, solicita a informação de posicionamento de cada robô-combatente (RoBombeiro). 3. O agente líder recebe mensagens com a identificação e distâncias de cada RoBombeiro ao foco e coleta, com sensores, a direção e intensidade do vento. 4. O agente líder envia aos RoBombeiros selecionados uma mensagem de “AGIR” passando a posição para qual deve se deslocar a fim de atuar no combate ao incêndio.

21 21 31 May 2007 Simulação ► Vídeo 3D: http://www.youtube.com/watch?v=y7Y7PxrDizE http://www.youtube.com/watch?v=y7Y7PxrDizE ► 2D::Criação de um aceiro natural (área livre de vegetação) ou um aceiro químico (aplicação de retardantes químicos).

22 22 31 May 2007 Conclusão ► Sistema de simulação multi-agente, baseado em um ambiente de realidade virtual, para o controle de incêndios em florestas utilizando agentes autônomos e comunicativos. ► Protótipo do sistema permite acompanhar a simulação e o deslocamento dos “robôs-bombeiros”, implementado junto a uma sala de visualização com tela de projeção e monitor adaptados ao uso de óculos estereoscópicos (ativo e passivo), permitindo assim uma melhor imersão junto ao ambiente virtual e junto a simulação. ► Os primeiros resultados demonstraram que ambientes de Realidade Virtual como este podem vir a ter um papel muito importante no planejamento e execução de operações de combate a incêndios em reservas naturais.

23 23 31 May 2007 Trabalhos Futuros ► Atualmente: desenvolvendo com ODE um veículo com propriedades sensorio-motoras físicas. Sensor de distância (radar, laser ou infravermelho) permite o veículo se deslocar através do controle por uma rede neural artificial. ► Implementação de novas estratégias de combate a incêndios, para comparação com a atual estratégia implementada, bem como para comparação com técnicas convencionais ► Implementação de uma versão do sistema que permita o controle manual dos robôs- bombeiros, ao contrário do automático e autônomo, de modo a permitir o treinamento de equipes de combate a incêndio ► Adaptação da atual implementação de modo a permitir uma melhor parametrização do sistema e incorporação (importação) de modelos reais de terrenos e de vegetação ► Extensão do sistema para permitir a inclusão de novos métodos e estratégias de combate a incêndios, como por exemplo, o uso de métodos aéreos de combate ao fogo ► Validação das simulações junto a especialistas de combate a incêndio em florestas

24 24 31 May 2007 ► Agradecemos ao CNPq, Unisinos, FAPERGS e a FINEP (RBV - Rede Brasileira de Visualização) pelo apoio a este trabalho. Gustavo Pessin, Fernando Osório Unisinos – PIPCA Vinícius Nonnemmacher, Sandro S. Ferreira Unisinos –GT JEDi Soraia Musse PUC-RS – FACIN