31 Maio 2007

1. 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 Pessin1 Fernando Osório1 Vinícius Nonnemmacher2 Sandro S. Ferreira2 Soraia Musse3 1Unisinos - PPG Computação Aplicada 2Unisinos - Graduação em Desenvolvimento de Jogos e Entretenomento Digital 3PUCRS - FACIN 1 Apresentado por: Prof. Dr. Fernando S. OSÓRIO -PPG Computação Aplicada / Unisinos { fosorio@unisinos.br } 31 Maio 2007

2. 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. 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. 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. Objetivos • Recolher informações sobredados 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 etécnicas 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. 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 de propagação de incêndios, • Tipos de combate indicados.

7. 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. Fogo Simulado 2D::SDL 3D::OSG+DEMETER+ODE

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

10. 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. 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. 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. 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. 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. Implementação • Fogo e Vento • Alastramento de um foco • Vento leste-oeste • 2D • Alastramento de dois focos • Sem vento • 2D • Áreas mais escuras representam maior densidade de vegetação.

16. 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. Simulação de Combate ao Incêndio • 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 (RoBombeiro). • 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. • 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. Simulação de Combate ao Incêndio • 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 (RoBombeiro). • 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. • 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. Simulação de Combate ao Incêndio • 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 (RoBombeiro). • 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. • 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. Simulação de Combate ao Incêndio • 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 (RoBombeiro). • 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. • 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. Simulação • Vídeo 3D: 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. 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. 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. 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