Simulao Virtual de Agentes Autnomos para a Identificao

Simulação Virtual de Agentes Autônomos para a Identificação e Controle de Incêndios Gustavo Pessin et al. RBV - Rede Brasileira de Visualização / FINEP 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 1 31 Maio 2007 Apresentado por: Prof. Dr. Fernando S. OSÓRIO - PPG Computação Aplicada / Unisinos { fosorio@unisinos. br }

Simulação Virtual de Agentes Autônomos para a Identificação e Controle de Incêndios em Reservas Naturais 2 Gustavo Pessin, Fernando Osório Unisinos – PIPCA Vinícius Nonnemmacher, Sandro S. Ferreira Unisinos –GT JEDi Soraia Musse PUC-RS – FACIN 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 3 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. 4 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! 5 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, . . . § Cada modelo de vegetação tem um conjunto próprio de propriedades: ► Facilidade de deslocamento de agentes, ► Velocidades ► Tipos de propagação de incêndios, de combate indicados. 6 31 May 2007

Fogo em Ambientes Naturais ► Estudo de Combustíveis Florestais § Estudos 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 20 km/h => velocidade de propagação de 0, 09 m/s * Vegetação herbácea: velocidade do vento de 60 km/h => velocidade de propagação de 1, 94 m/s 7 31 May 2007

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

Ro. Bombeiros Simulados 2 D: : SDL [Agentes Autônomos] 3 D: : OSG+DEMETER+ODE 9 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. . . ► 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. Criação de Aceiros + estudo de equipamentos de combate. . . ► + estudo de métodos e estratégias de combate. . . ► 11 31 May 2007

Dois Protótipos: 2 D e 3 D ► 2 D § SDL § Validação inicial dos conceitos ► 3 D § 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. 12 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 LX 34 e tela 3 D 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 Space. Ball. 13 31 May 2007

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

Implementação ► Fogo e Vento Alastramento de um foco ► Vento leste-oeste ► 2 D ► Alastramento de dois focos ► Sem vento ► 2 D ► Áreas mais escuras representam maior densidade de vegetação. ► 15 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 20 m] 16 31 May 2007

Simulação de Combate ao Incêndio 1. 2. 3. 4. Um agente satélite monitora focos de incêndio; 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 (Ro. Bombeiro). O agente líder recebe mensagens com a identificação e distâncias de cada Ro. Bombeiro ao foco e coleta, com sensores, a direção e intensidade do vento. O agente líder envia aos Ro. Bombeiros selecionados uma mensagem de “AGIR” passando a posição para qual deve se deslocar a fim de atuar no combate ao incêndio. 17 31 May 2007

Simulação de Combate ao Incêndio 1. 2. 3. 4. Um agente satélite monitora focos de incêndio; 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 (Ro. Bombeiro). O agente líder recebe mensagens com a identificação e distâncias de cada Ro. Bombeiro ao foco e coleta, com sensores, a direção e intensidade do vento. O agente líder envia aos Ro. Bombeiros selecionados uma mensagem de “AGIR” passando a posição para qual deve se deslocar a fim de atuar no combate ao incêndio. 18 31 May 2007

Simulação de Combate ao Incêndio 1. 2. 3. 4. Um agente satélite monitora focos de incêndio; 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 (Ro. Bombeiro). O agente líder recebe mensagens com a identificação e distâncias de cada Ro. Bombeiro ao foco e coleta, com sensores, a direção e intensidade do vento. O agente líder envia aos Ro. Bombeiros selecionados uma mensagem de “AGIR” passando a posição para qual deve se deslocar a fim de atuar no combate ao incêndio. 19 31 May 2007

Simulação de Combate ao Incêndio 1. 2. 3. 4. Um agente satélite monitora focos de incêndio; 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 (Ro. Bombeiro). O agente líder recebe mensagens com a identificação e distâncias de cada Ro. Bombeiro ao foco e coleta, com sensores, a direção e intensidade do vento. O agente líder envia aos Ro. Bombeiros selecionados uma mensagem de “AGIR” passando a posição para qual deve se deslocar a fim de atuar no combate ao incêndio. 20 31 May 2007

Simulação ► Vídeo 3 D: http: //www. youtube. com/watch? v=y 7 Y 7 Pxr. Diz. E ► 2 D: : Criação de um aceiro natural (área livre de vegetação) ou um aceiro químico (aplicação de retardantes químicos). 21 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. 22 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 robôsbombeiros, 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 23 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 24 31 May 2007