智慧消防:林火、山火篇

野火(Wildfire)

林火及山火是一种不受控制的火灾,在荒地植被、森林和草原中燃烧,通常发生在森林、草原及山地。

在国外,林火及山火通常被叫做野火(Wildfire)又被称为荒地火灾(Wildland fires),对全球的生命和财产构成严重威胁。在过去50年中,干旱、全球气候变暖、大风以及森林和草原中过多的干枯植被使火灾季节逐渐恶化。

美国在过去十年间一直面临着严重的野火问题,这种趋势还将持续存在。虽然每年有2~30亿美元用于支持野火扑灭工作,但每年在野火中倒塌的房屋数量仍增加了163%,每年野火给美国造成的直接及间接损失估计达到63~2850亿美元。

来源:美国国家消防协会 National Fire Protection Association (NFPA)

除了美国,夏季炎热和干旱也烧毁了欧洲部分地区。6月和7月,瑞典森林、英国高沼地甚至荷兰的野火都超过了纪录,表明野火不再只是“南欧问题”。北欧国家不常发生野火,但导致野火的因素依然存在。7月是欧洲发生野火频发的月份,并且2018年的趋势比之前的10年平均水平高。为什么野火会在“不应该的”国家爆发。原因是长时间的热浪使大量易燃物质变得干枯,并且一直持续到8月。在欧洲,起火点主要是人为引起的。

在我国,森林火灾同样是对人类生命财产的严重威胁。2020年3月30日,四川省凉山州西昌市突发山火,火势不断蔓延,一时危及市区及加油站等重要设施,当地政府组织附近宁南县等地方的民间消防队伍进行支援。期间一支队伍一行22人中,19人遇难,3人受伤。这起惨剧格外令人关注的地方在于,整整一年前的3月30日,距离西昌不远的木里县也发生过一次严重森林火灾,造成30名救火人员遇难。

来源:美国国家消防协会 National Fire Protection Association (NFPA)

除了美国,夏季炎热和干旱也烧毁了欧洲部分地区。6月和7月,瑞典森林、英国高沼地甚至荷兰的野火都超过了纪录,表明野火不再只是“南欧问题”。北欧国家不常发生野火,但导致野火的因素依然存在。7月是欧洲发生野火频发的月份,并且2018年的趋势比之前的10年平均水平高。为什么野火会在“不应该的”国家爆发。原因是长时间的热浪使大量易燃物质变得干枯,并且一直持续到8月。在欧洲,起火点主要是人为引起的。

在我国,森林火灾同样是对人类生命财产的严重威胁。2020年3月30日,四川省凉山州西昌市突发山火,火势不断蔓延,一时危及市区及加油站等重要设施,当地政府组织附近宁南县等地方的民间消防队伍进行支援。期间一支队伍一行22人中,19人遇难,3人受伤。这起惨剧格外令人关注的地方在于,整整一年前的3月30日,距离西昌不远的木里县也发生过一次严重森林火灾,造成30名救火人员遇难。

来源:COMMERCIAL UAV NEWS, Defining Value with Drones in Energy and Utilities in 2022
无人机在国外野火巡检中的应用

2013年6月30日,19名消防员在美国亚利桑那州的亚内尔附近的一场野火中丧生。当大火包围时,他们正在保护被疏散的城镇免受2000英亩的野火的侵袭。由于缺乏态势感知,这些资深消防员仅仅是为了减少财产损失就献出了生命。

无人驾驶航空系统(UAS),或无人驾驶飞机(UAV),提供了一种潜力,通过提供增强的态势感知,在各种紧急响应场景中提供协助,包括结构火灾和野火。例如,在结构火灾中,关于火警范围的态势感知通常仅限于地面视图,如果没有空中资源,火警范围可能是未知的。由于许多农村和小城镇缺乏载人航空资产,在未来的某个时候,先进的技术就可以通过使用成本较低的无人机和全自动机器人飞机来填补这一空白。目前,这些无人机的实际使用主要限于使用无人机目视发现火灾和相关事物。红外线相机作为一种低成本的热成像也作为辅助手段被越来越多的使用。在未来,更先进的系统,自主路径规划和机载图像分析,结合机器学习和人工智能,能够提供更大的监控甚至预测能力。例如,当前的荒地和草原火灾预报就可用于在已知条件(包括风和地形条件)的情况下预测受控燃烧的路径,并已取得不同程度的成功。然而,野火发生在足够大的区域,以至于风况不稳定,从而降低了这些工具的准确性。这时,一个空中传感器网络将能够根据传感器感知到的情况提供实时火警地图,并将救援人员派往最危险的区域。这种方法将能够大大提高地面和空中应急人员利用有限资源有效控制火灾的能力。不幸的是,如果网络中存在关注范围之外的区域,传感器网络将受到限制,导致应急人员只能估计传感器范围之外的区域的情况。正是这些关键领域可能会受到未来技术发展和消防程序实施的巨大影响。

小型无人驾驶系统(sUAS),也被俗称无人驾驶飞机,通常被称为 UAS、UAV(无人驾驶飞行器)或 RPV(遥控飞行器),提供了一种解决方案。在未来,一辆车或一群 SUA 可以轻松快速地部署,并按需重新分配,以从事故指挥官认为可能处于危险中的任何“重点领域”收集信息。这样,一个只有几个 SUA 的网络就可以监控一个足够大的区域,以完成几个地面传感器或更昂贵的载人航空资产的任务。

无人驾驶飞机将用于许多民用和公共安全应用,包括灭火、应急、事故调查、搜索和救援、野生动物监测和自然保护、边境监视、基础设施检查(如电线、天然气管道、道路、桥梁、交通拥堵)、牲畜和害虫监测,作为一个平台,用于气象和气候分析的大气测试仪器,以及石油和天然气监测。在近期内,随着美国联邦航空管理局(FAA)开放国家空域(NAS),sUAS 将会在许多第一反应应用中使用,如救援任务和灾难响应以及消防员、警察和国民警卫队的恢复。虽然目前的使用很大程度上是有限的,但美国的许多部门已经开始在他们的库存中引入 UAS,一些部门有大规模的业务。

sUAS的使用可能会对事件情景感知产生巨大影响,来源:National Fire Protection Association (NFPA)

至于在电力行业,则可以利用无人机进行空中巡检。

几十年来,使用红外热像仪检查电气系统一直是保持发电、输电和配电系统正常运行的重要组成部分。无人机成像技术的最新进展将这一应用提升到了一个全新的水平,并得到越来越多的采用。

来源:COMMERCIAL UAV NEWS, Conducting Overhead Electrical Drone Inspections

无论是检查变电站、开关站还是输配电线路,都有数十个(甚至数百个)连接、熔断器、绝缘体、接头、死角等需要例行检查。Teledyne FLIR 全球业务发展总监 sUAS 的 Greg Nagler 表示:“从无人机上检查这些有两个主要好处:速度和安全性。”、“无人机检查让工作人员可以快速扫描大片区域,以发现需要稍后进一步调查的潜在问题,并使工作人员安全地远离带电设备的范围。”

无人机热力检查的速度和效率使其成为大多数公用事业和能源公司的明显选择,但关于如何进行它们,有许多选择需要考虑。Nagler 说,为了获得最佳结果,“请考虑您是否需要定性或定量数据,以及您的设备和操作限制是否允许您准确捕获该数据。”

加州山火频发 美国采用人工智能、无人机及卫星技术防控

加利福尼亚的干旱、充满燃料的森林和树木繁茂地区狭窄道路上的社区构成了火灾泛滥的致命因素,2018 年在加州天堂市造成 86 人死亡的营火就是一个悲剧性的例子。科学家们一致认为,气候变化将使野火变得越来越具有灾难性,火焰吞噬社区并将整个州笼罩在烟雾中的状况正在推动科技创新,在使用新技术扑灭火灾的尝试中,硅谷走在先列。

科技产业大师布兰克设想了一个未来——卫星启动后一探测到火灾,人工智能软件就派去消防无人机。这一领域的空白将提出一个以 AI 和飞行机器人为主的硅谷解决方案。布兰克的愿景正在一步步变成现实,因为 Cal Fire(加州消防局)和其他机构已经开始使用人工智能、卫星和无人机来防控火灾,并正在研究其他尖端解决方案。

来源:升哲科技

Zonehaven 成立于 2018 年,该初创公司开发的是基于地图的疏散软件,加州消防局和其他地方政府及机构已经在采用它来协调人们从受威胁地区的安全撤离。这个公共应用程序显示了居民在地图上的位置和当前的疏散状态,从通知到警告再到命令——通过他们所在区域的颜色来显示。

在门洛公园消防区,哈罗德·沙佩尔霍曼负责监管一支由 30 架装有摄像头的无人机组成的舰队,他说,这种无人机可以在野火期间(包括在夜间、烟雾和天气条件下)为空中提供有价值的眼睛。他认为,加州消防局使用无人机进行地形调查是一个很好的尝试,但该机构的安全规定不允许其在野火期间发射无人机,就算飞得足够低而不会威胁到消防飞机,但也是不被允许的。

卡佩拉空间公司是一家旧金山公司,它有四颗卫星在轨道上,通过云烟或日照可以日夜提供详细的风景照片。该公司副总裁丹•格特曼(Dan Getman)表示,该公司计划向加州消防局(calfire)和美国林业局(us.Forest Service)推销其服务,以便这些机构能够向当地民众提供快速信息,确保他们进入某个地区时知道会发生什么。

加州消防局Intel部门副主管 Phillip SeLegue 表示,该机构正在应对技术变化和环境变化,并指出其采用了数据处理平台 Technosylva,该平台可以预测、监测火灾及其蔓延趋势。他的同事赫斯称该软件是“技术上的一剂强心针”,赫斯指出,加州消防局还收到了美军无人机的实时图像,并在广泛使用的森林摄像机系统上投入了大量资金。

SeLegue 补充说,人工智能软件将处理加州消防飞机的图像,并将其发送给地面指挥官,以显示火灾地点,该软件今年应该得到充分利用。他说,该机构计划与美国林业局合作,利用无人机点燃控制燃烧物,阻止火势蔓延,并与美国宇航局合作,将自主无人机整合到消防中,以便运送人员和物资、提供通讯联系甚至投放阻化剂。

安擎林草防火巡护一站式服务

安擎科技是一家以安全、可控的自主飞行系统为核心技术的无人机行业解决方案和低空域交通运行服务提供商,聚焦于消防、石油、电网等行业的无人机巡检。

在森林草原消防领域,安擎科技以高分遥感卫星配合无人机自动巡检为我国森林草原防火提供完备的解决方案。

我国高分系列卫星是“高分专项”所规划的高分辨率对地观测的系列卫星,现有14颗。利用高分卫星先进的观测系统可以形成形成全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力。

无人机具有灵活性高、获取和运维成本低和获取图像分辨率高的特点,适用于小区域获取低空遥感信息。无人机根据不同的任务需求挂载不同载荷,如高清摄像机、红外热成像相机、光电吊舱等进行全天候、全天时的监控;同时无人机亦可在指定目标上空悬停详查,发现情况即可定位报警;可以锁定和跟踪地面目标探查细节配合远程等。

对于森林草原覆盖面积大、电力或者其它能源基础设施存在管线长带来的巡检难度大等痛点问题,无人机巡检优势明显。无人机巡检可以参考多因素预先规划无人机日常自动巡检航线,也可以在应急情况下快速手动切换到应急模式下的巡检。这样信息反馈及时效率高,也保证了巡护人员的人身安全,降低了巡检成本和风险。

基于卫星和无人机巡检,辅以完备的数据服务和信息融合,安擎科技能够实现对森林防护的植被、人员、设备、操作环境和条件变化的感知与监控,有效识别风险危害因素,提供紧急情况安全预警与人员车辆疏散路线,动态监管安全措施的落实情况,为森林火灾的预防和应急响应提供了必要的解决方案。