新的无人机研究计划将推进野火监测

通常情况下，加利福尼亚州野火迅速蔓延的主要指标是卫星或摄像机看到的一缕朦胧的灰色烟雾在空气中飘荡。加州林业和消防局(CalFire)收到警报，并采取缓解和遏制措施。

但加州大学戴维斯分校机械与航空航天工程系教授孔兆丹认为，如果按照“哪里有烟，哪里就有火”的理念生活，消防员在问题已经蔓延之后才发现问题，为时已晚。并且难以遏制。

“现在，它的工作方式是你看到火，然后你做出反应，”孔说。“这是非常被动、非常被动的。”

相反，孔的人工智能和自主研究包括无人机，他认为在火灾达到冒烟点之前检测到火灾的集成技术系统可能会改变游戏规则，有可能防止大范围的野火损害。

传感器和灵敏度

检测将从地面开始，将连接互联网的传感器放置在已经发生或可能发生野火事件的战略位置(由加州消防局确定)。这些手掌大小的传感器由机械与航空航天工程系特聘教授兼加州大学戴维斯分校空气质量研究中心主任AnthonyWexler开发，可测量温度、湿度和风速，以确定哪些区域可能面临更高的空气污染风险。野火事件。

“导致野火高风险的因素是高温、低湿度和高风速，”韦克斯勒说，他已经研究这些传感器近十年了。“在大片地理区域内，温度和湿度相对均匀，但由于地形的原因，加州各地的风速变化很大。”

一旦检测到超干燥土壤、高温和强风三重威胁，就会派出携带摄像机和化学传感器有效载荷的无人机，扫荡该地区以进一步寻找火灾迹象，包括颗粒物和碳含量升高的迹象空气中的二氧化碳，然后向加州消防局报告任何发现。

“化学传感比视觉传感更敏感，”韦克斯勒说。“如果你在你的邻居周围走动，有人在壁炉里烧木头，你看不到任何东西，但你会闻到它的味道。”

为了执行这些侦察任务，孔的实验室正在建造配备导航系统、传感器和摄像头的旋翼机。虽然使用旋翼机的好处之一是可以从任何地方着陆和起飞，但主要挑战之一是最长飞行时间约为30分钟。为了解决这个问题，孔的实验室正在开发一种混合动力飞机，它可以像旋翼飞机一样垂直着陆和起飞，但也具有固定翼飞机的品质，可以在高空巡航数小时。

着火

虽然许多消防部门正在使用无人机向熊熊大火喷洒水和阻燃剂，但他们可能会犹豫是否接受使用无人机作为火灾探测工具。相机、卫星和有人驾驶飞机对于追踪野火的蔓延并确定它们可能移动的方向和速度已经至关重要。为什么要增加无人机?

研究员孔兆丹和他的团队正在开发一种混合动力飞机，它可以像旋翼机一样垂直着陆和起飞，但也具有固定翼飞机的品质，可以在高空巡航数小时。图片来源：加州大学戴维斯分校

Kong和Wexler表示，当前的检测系统尚有空白需要填补。由AlertCalifornia运营的全州塔楼上安装了1,000个摄像头，只有当火灾在其视野范围内时才能看到。此外，NASA的火灾传感算法通过距地球500英里以上的卫星扫描火灾，因此很难确定火灾的确切位置和规模。

当这些视觉传感器发现火灾并将信息转发给有关当局时，火势可能已经蔓延到难以控制的程度。有人驾驶飞机仍必须飞越火场并在采取行动之前评估情况。

孔说，如果使用无人机飞越野火，消防员就不必冒着生命危险。如果无人机被野火烟雾追上并撞到树或山上，那只是技术的一部分，而不是人的生命。

孔说：“其中一些野火发生在非常具有挑战性的地形内，例如，如果它们位于非常深的山谷内，而你必须驾驶飞机进入那里，那可能会非常危险。”“我们希望证明使用无人机可以显着提高其安全性。”

烟雾(大部分)散去后

使用无人机探测火灾还可以极大地改善消防员和受影响地区人民的健康。许多医学研究都将野火烟雾(包括颗粒物、挥发性有机化合物、一氧化碳和其他有害化学物质)与消防员的肺功能下降、炎症和心血管问题等不良健康影响联系起来。它还与出生体重下降和早产、肺炎和急性支气管炎急诊室就诊次数增加以及野火烟雾盛行的社区因COVID-19和心血管疾病死亡的风险较高有关。

极端的野火事件也会造成巨大的损失。2020年的一篇论文分析了加州2018年山火的经济影响，据报道，这场山火是“迄今为止加州历史上最致命、最具破坏性的一年”，发现8,527场火灾造成了1,485亿美元的损失，其中包括22,582座建筑物被毁。那年烧毁了190万英亩。

野火也是气候变暖反馈循环的一部分。干旱加剧、气温升高和湿度降低等环境变化是更多火灾的滋生地，这些火灾持续时间更长、更猛烈。这些火灾会造成温室气体排放和空气污染，导致气候变化，然后这个循环就会重新开始。

更好地合作

孔、韦克斯勒和其他研究人员知道野火造成的损害无法挽回，也无法完全预防野火。但知道我们必须忍受野火，建立这个早期检测网络可以更早地向加州消防局和其他消防机构发出火灾警报，以便他们能够在火势失控之前开始采取遏制措施，从而有望减少火灾造成的损失和死亡。

这两位研究人员与加州大学戴维斯分校计算机科学系助理教授JiaweiZhang和电气与计算机工程系副教授AvestaSasan最近向美国国家科学基金会和加州提出了早期野火检测的想法气候投资。

孔说：“我们将使用地面传感器网络来预测高风险，然后使用无人机巡逻该地区以发现火灾，然后我们将向当局发出警报并飞走。”“它必须是卫星、瞭望塔、无人机、有人驾驶飞机、地面传感器以及所有协同工作的机制，才能建立一个预测和检测野火的系统。”

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