Подкинуть в печку идей: ученые ТПУ создают противопожарные системы с помощью нейросетей

В Передовой инженерной школе (ПИШ) Томского политехнического университета (ТПУ) работает уникальный экспериментальный бокс. Там проводят испытания систем пожарной сигнализации и пожаротушения с применением нейросетей. Сфера применения широкая — ​от атомной и нефтегазовой промышленности до городского хозяйства.

Связать науку и индустрию

Павел Стрижак — ​руководитель проекта и известный томский ученый. В 26 лет защитил докторскую диссертацию, в 33 получил звание профессора. В 2021 году в составе делегации молодых ученых встречался с президентом страны: участники совещания предложили свои идеи по развитию науки.

За три года в жизни Павла Стрижака многое изменилось. «Я работаю в Координационном совете при президенте по делам молодежи в научной и образовательной сферах, — ​говорит он. — ​Участвовал в составлении программы кадрового резерва для подготовки руководителей вузов, научных институтов, РАН и предприятий. Проект запустили после нашей встречи с Владимиром Путиным. Я сам прошел обучение в первом наборе. Мы развиваем эту программу, она вызвала большой интерес».

До недавнего времени основной темой исследований Павла Стрижака были экологические проблемы, связанные со сжиганием индустриальных и бытовых отходов и с лесными пожарами. Теперь он осваивает смежные направления. «В ТПУ мы открываем отраслевые лаборатории, на полноразмерных стендах которых тестируем всевозможные научные разработки и делимся результатами с производственниками. В ПИШ запустили лабораторию искусственного интеллекта для промышленности, по программе «Приоритет» приступили к проекту по энергетическому применению газовых гидратов — ​это новые материалы и системы для энергетической отрасли. Моя главная задача — ​следить за тем, чтобы результаты наших проектов интегрировались в экономику. Нужно искать точки пересечения науки и промышленности. Чтобы первые получали выгоду, а вторые — ​возможность внедрить свои идеи и принести пользу обществу и стране», — ​подчеркивает Павел Стрижак.

Все решают секунды

Экспериментальный бокс — ​разработка 2023 года в области пожаротушения. Снаружи это обычный строительный вагончик. Внутри — ​четыре испытательные камеры. Массивные квадратные заслоны сделаны из прозрачного огнеупорного стекла — ​можно видеть, что творится за ними. Недра камер напичканы умными датчиками и видеокамерами. Негорючие материалы, укрывающие внутренние стенки, гарантируют, что эксперименты не закончатся воем пожарных сирен.

«Мы воспроизводим условия разных ЧС, — ​описывает процесс Павел Стрижак. — ​Поджигаем ДСП, ДВП, древесину, линолеум, порошки, нефть и проч. Можем нагреть всю поверхность, можем только участки. Едва пошло возгорание, сенсоры дыма, тепла, газоанализаторов и видеокамеры посылают сигналы на сервер. Разработанная нами нейросеть сверяется с базой данных и выдает оператору исчерпывающую информацию: какой материал в зоне реагирования, в чем причина возгорания, где очаг, каковы характеристики помещения и др. Также система определяет стадию пожара и предлагает варианты, как ее можно локализовать и подавить. Это все происходит через несколько секунд после инцидента. Быстродействие — ​залог того, что можно будет остановить пожар даже с самой высокой скоростью реагирования материалов».

На откуп нейросети

Процесс, который описал Павел Стрижак, называется обратной связью с очагом возгорания. С помощью системы оператор контролирует ситуацию на всех этапах: начала пожара, горения и тушения. Нейросеть выясняет, угасает ли пламя, выдает анализ, надо ли что-то еще предпринять. Даже когда пожар потушен, она продолжает какое-то время следить за объектом.

«Главное преимущество нейросети — ​ее умение анализировать информацию, — ​поясняет ученый. — ​Обычные тепловые, дымовые, газоаналитические датчики срабатывают по истечении длительного времени после инцидента. Для них главное — ​достоверность. А у нас благодаря смешанным алгоритмам есть и достоверность, и высокая скорость реакции. В обычной жизни специалист по пожарной безопасности видит на мониторе, что возникла проблема. Дальше он должен сам оценить риски и решить, как поступить. Мы же этот процесс отдаем на откуп обученной на более чем 1 тыс. экспериментов нейросети. Она соберет и разложит по полочкам всю информацию».

По словам Павла Стрижака, разработку ТПУ внедрить несложно. Как правило, здания и помещения предприятий и организаций оснащены системами видеонаблюдения и пожаротушения. Нейросеть можно с ними связать.

Атомщики и газовики

На экспериментальном боксе идет пусконаладка. В полную силу работает одна испытательная камера, остальные планируют запустить этим летом. Каждая камера позволяет тестировать на горючесть самые разные материалы и находить способы их тушения. «Применяем перспективные жидкостные, газовые, пенные, порошковые, газогидратные технологии, — ​рассказывает Павел Стрижак. — ​Можем работать и с промышленными, и с бытовыми возгораниями. Типичные очаги обычная система, как правило, долго идентифицирует. Наша же не будет ждать, пока дымом наполнится все помещение, она зафиксирует возгорание в самом начале — ​даже при минимальном выделении газа. При этом систему можно снабдить любыми надстройками».

Индустриальный партнер исследований — ​«Росатом», а Сибирский химкомбинат (СХК) — ​партнер и заказчик. «СХК передал нам набор использующихся на производстве материалов, мы определяем, от чего они воспламеняются и как горят, чтобы точно знать, как обеспечить их безопасную эксплуатацию, — ​говорит Павел Стрижак. — ​У разработки нет привязки к одной отрасли. Мы в лаборатории построили унифицированную систему, которая подойдет любому заказчику, и можем сделать так, чтобы офисы, жилые дома и торговые центры стали более безопасными».

Если испытания системы пройдут удачно, СХК установит ее у себя для тестирования. Возможностями нейросети заинтересовались и газовики. Компания «Газпром трансгаз Томск» уже согласовала испытательную площадку для отладки системы на своих объектах.

В ТПУ продолжают эксперименты. В планах совершенствовать нейросеть, расширив функционал искусственного интеллекта так, чтобы он стал экспертом по любым ЧС.