Hidrológiai Közlöny 2008 (88. évfolyam)

5. szám - Gálai Antal: A web-kamerás folyami jégmegfigyelés alapjai

20 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2008. 88. ÉVF. 5. SZ. mást követő sorozatából a jégmentes víztükör, mint háttér a nem mozgó részletekből előállítható. A körvonalak „háttérkivonással" kiemelhetők. Az egymást követő képeken való alakzat-követő felismerés érdekében minden egyes képen különféle jellemzőket határozunk meg. A szomszédos képek, vagy adatbázisból való alakzatok mintaillesztésénél a legnagyobb teljesítményt faló részfeladat a jellegzetességleíró koordináták 128 dimenziós terében a legközelebbi szomszéd megtalálása, melyet az egydimenziós eset bináris fa keresési eljárásával rokon k-dimenziós térben kereső algoritmussal kell megoldanunk, különben programunk a kívánatosnál akár 1000-szer lassabban fog futni. A SIFT lépték-független helyi jellemzők módszerével jó eredményeket kaphatunk részlegesen takarásba kerülő jégtáblák esetében is, ami a fent először ismertetett „ódivatú" módon szóba se jöhetett. A fejlesztési fázisban a mintaszámítások könnyen hozzáférhető és széleskörűen elterjedt formulavezérelt - pl Mathematica - környezetekben is elvégezhetők. Szimuláció A jégmegftgyelés statisztikai elemzésén alapuló szimulációt mostanában kezdtük vizsgálni. Az előttünk járók eddig publikált kísérletei nagy számításigényü algoritmusok voltak, amelyek futtatásához nem a megszokott/közönséges/ mindennapi desktop computert kellett alkalmazni. Azonban a computer-játékok elterjedésével egyre jobb grafikus processzorokkal ellátott videokártyák terjednek el, melyek megfelelő algoritmussal és programozással felveszik a versenyt a pár évvel ezelőtti szuper-számítógépekkel. A játékok során is az egyik legfontosabb grafikai alapfeladat a poligonok ütközéseivel generált megszakítások kezelése, miken keresztül — a régi jó C64-es limitált számú sprite-jaihoz hasonlóan s viszonylag egyszerű mozgásvezérlő maggal - a megfelelően nagy memóriával rendelkező megjelenítő hosszú folyószakaszra elvégzi a jégmozgás szimulációját. Jégzajlás szimulációnál a felhasználható segédkutatások részeredményeinek alkalmazása nagy technológiai előrelépést hozhat. Az embernélküli földi és légi jármüvek irányítása is igényli a prediktív mozgáselemzést (közeli ütközések elkerülésére) ezért lehetnek benne olyan komponensek, melyek felhasználhatók a webkamera által adott alakfelismerések utáni továbbmozgásokat leíró szimulációkban. Szerencsére nekünk tágabb időtartományon és lassúbb folyamatokat - torlaszképződést - kell előre jelezni. Másrészt a pl. a nagy piacot kiszolgáló rohamosan fejlődő játékipar foto-realisztikus, valós idejű grafikus algoritmusai is nagy segítségünkre lehetnek. A mai processzorok és 3D kártyák grafikus processzorai két szinten programozhatók, így elvileg olyan algoritmusok is futtathatók rajtuk, amelyek nem a klasszikus képszintézis feladatot oldják meg. Esetünkben az első CPU szint a pillanatnyi jégtábla „állást" és a kezdeti mozgásadatokat közli a grafikus processzorral, amely a valós időt akár nagyságrendekkel meghaladó gyorsított idősíkon végzi a jégtáblapoligonok mozgatását és a megszakításokkal a vezérlést a tradicionális CPU-nak viszszaadva kezeli ütközéseiket, ami kiegészítő dinamikai, statisztikai és tárolási részfeladatokat hajt végre. A követendő mezsgye hónapokra, vagy akár évekre előre ki lett jelölve, bárki is ragadja magához a stafétát e soha véget nem érő versenyben. E saját erőből végzett kutatással régi szakmai vágyam teljesülése kezdődött meg, melyben 5 évvel az OCR versengés később dobogós helyét elérő Recognita keletkezése előtt, az első digitális gépre kapcsolt kamera láttán promt felötlő - a vízállás és csapadékírók szalagjainak feldolgozásához, szövegek automatikus újragépeléséhez, valamint a jégfigyeléshez alkalmazható - alak-felismerési algoritmusok alapötletei jutottak eszembe. Ahogy most a széttekintés után megállapíthatom, a publikálatlan elsőbbség és a ki nem aknázott korai lehetőségek veszteségei ellenére, a kései fejlődés irányait és az oktatásban elterjedt elemeket tekintve az alak-felismerési ötlet egyszerűségében máig egyedülálló és előzményekre való különösebb előismeretet nem igénylő módon demonstrálható és alkalmazható. A bevezetőben az visszaemlékezéssel szeretnék ezúton is emléket állítani a hidrológia szinte minden területén kiváló mérnök, s a computer éra hajnalának lelkes, ha nem is hibátlanul algoritmizáló alkalmazott matematikusa, de mindenképpen zseniális első főnököm dr. Zsuffa István jégmegfigyelési kísérletei emlékének. (Személyes szerencsém volt, hogy Zsuffa nem szeretett az algoritmizálás aprólékos részleteivel bíbelődni, azt rám hagyta, s zsenikre oly jellemző bácskai magányában morális, történeti, s a korban ritka politikai beszélgetőtárs volt, míg én szakmai mentorom mellett a mindenben kétkedő gyakornok és a numerikus alaposságot követelő munkatárs voltam, ezért volt rám szüksége. Én egy belső siker-élményekben gazdag elfoglaltságot, ő pedig a neki máshol sokszor meg nem adott támogatást nyerte, mely haladását és eredményességét megsokszorozó csapata kialakulásához vezetett. A következő megemlékezés - Zsuffa visszatekintő a hordalék-szállítással és meder-mélyülésekkel lesz kapcsolatban. Ebben a régi mérések, s a kézi feldolgozás részletei alapján vezetem be a tudományos szakmai célok iránt erőforrásokkal bővebben ellátott négy évtizeddel ezelőtti korban e feladathoz annyira hiányolt, ma már az asztalunkon lévő s nem ritkán játékra használt computereken „könnyedén" megvalósítható digitális terepmodellt. A DTM könynyen emészthető bemutatásával ismertetek sok, a mérnöki szakmában szinte nélkülözhetetlen metódust, melyek összefoglalása során egy, a fejlesztés kulisszatitkaiba is bepillantást engedő kurzus ismeretanyagát kívánom demonstrálni.) Köszönettel tartozom dr. Rózsa Pálnak, BME, Budapest és dr. Kincses Jánosnak, JATE, Szeged a részletekben felmerült kérdések tisztázásához nyújtott hasznos tanácsaikért, továbbá a néhány megjelenés előtti olvasónak a kézirat közérthetőbbé tételében nyújtott javaslataikért. A közreadás hasznosságát remélve elismerésem az eddig jutott Olvasónak türelméért és fogadja előzetes köszönetem a galai@ baja, hu címen minden véleményt nyilvánító vagy kérést-kérdést feltevő hozzászóló. Függelék Visszatekintés a duna.baja.hu webcamera három évtizedes internet előtti előéletére Bármily furcsa is, a http://duna.baja.hu/ webkamera az adott helyen 3 évtizedes hálózati múlttal rendelkezik, ugyanis a Duna bajai hídszelvénye alatt az akkoriban épített - a korábbiaknál lényegesen magasabb - gabonasiló tetejéről az ideiglenesen pár évtizedig mellette állomásozgató szovjet hadsereg engedélyének birtokában dr. Zsuffa István 1971ben fényképez(tet)ni kezdte a Dunán a mainál lényegesen gyakrabban és hevesebben zajló jeget. A fényképfelvételek kézi feldolgozásához perspektivikusan torzított négyzetrácshálós maszkot készítettek, melyek rácsrekeszeiben szemrevételezéssel becsülték a jégfedettség arányát. [1][2] A kutatás mellett a gyakorlati jégvédekezésben is hasznossá vált