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利用物联网能及时发现森林大火吗?

2021-10-15 10:42:16 Dan Jones 阅读:
来势凶猛的森林大火绝不仅限于美国,过去几年,亚马逊和澳大利亚也发生过严重的大火,大火产生的烟雾严重污染了这些地区的空气。现有的技术可能没办法预防火灾,但是却完全有可能减轻火灾的严重性。越来越多的物联网公司正朝着这个方向努力。

火光在天边闪动,渐渐蔓延到下方的山谷中。大火先是烧毁了一系列外围建筑,然后将一排住宅夷为平地,留下房屋废墟、烧焦的财产和毁掉的生活。cqPednc

这样的场景在2021年夏天的美国西部很常见。美国西部各州的大火对空气质量造成了极大的影响,大火产生的烟雾蔓延到了芝加哥和纽约,严重污染了这些地区的空气。现有的技术可能没办法预防火灾,但是却完全有可能减轻火灾的严重性。越来越多的物联网公司正朝着这个方向努力。cqPednc

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图1:俄勒冈州布莱附近燃烧的Bootleg森林大火。猛烈的火势导致了恶劣气候,包括闪电。cqPednc

来势凶猛的森林大火绝不仅限于美国。过去几年,亚马逊和澳大利亚也发生过严重的大火。cqPednc

关于森林大火增加的原因,人们争论不休,有人认为气候变化是最根本的原因,有人相信是人为因素,例如科罗拉多州的5G手机发射塔大火和内华达州的枪击。cqPednc

无论何种原因,森林大火的影响都是毁灭性的,而且随着我们进入2020年代,大火发生的频率更高了。美国国家跨部门消防中心表示,截至2021年7月20日,美国各地已发生83场大火,超过15,512,952亩的土地化为乌有。专家表示,更令人担忧的是,大火产生的二氧化碳占全球每年二氧化碳总排放量的约20%。cqPednc

Bootleg大火烧毁了俄勒冈州超过2,400,000亩的森林(图1)。与此同时,根据CalFire的数据,加利福尼亚州的Dixie大火席卷了Golden State三个郡,烧毁超过1,196,000亩的土地,至7月26日仅有22%的火势被控制住了。cqPednc

气候中心(一个由科学家和记者组成的独立组织,致力于研究和报道全球变暖)表示:“平均而言,森林大火每年烧毁的土地面积是40年前的两倍。”cqPednc

那么,怎样才能预防森林大火?

森林大火发现越早,就越容易被阻止或得到控制。如果在火灾发生之前就检测到危险,就可以进行预防。然而,在森林地区提早发现大火是极其困难的。在飞机监控和卫星GPS技术出现之前,主要依赖天气预报、季节性火灾监控、以及运气来监测容易起火的地区。cqPednc

物联网方案解决火灾难题

一些公司(包括初创公司)正在开发搭载无线传感器的物联网系统,用于提前对森林大火进行预警。目前能够提供这类系统的公司包括Dryad、LADsensor和Seidor。cqPednc

笔者采访了Dryad Networks的联合创始人兼首席执行官Carsten Brinkschulte,讨论了他们公司即将推出的太阳能LoRaWAN传感器系统,该系统用于对大火进行早期探测。Brinkschulte说:“我们最重要的创新是在LoRaWAN上添加了网状的网络基础设施。这增加了基站之间互相通信的能力并采用了某种聚类算法,一个基站接收消息,再将消息传递给下一个基站,以此类推直到消息到达接入互联网的网关。通过这种方式,我们可以覆盖广阔的区域,达数千平方公里,而无需每个基站都连接到互联网。”cqPednc

这些传感器可以连接到边界网关(通过LTE-M或以太网接入互联网)来增加Starlink卫星天线。Brinkschulte补充道:“每个边界网关都可支持Swarm。”cqPednc

传感器无需使用电池,也没有需要用户自行维护的部件。Brinkschulte指出:“只需将这些传感器挂在树上就行了(图2)。”Dryad在一些新闻稿中确实用了“互联网树”这个词进行宣传。cqPednc

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图2:传感器示意图。(图片来源:Dryad Networks)cqPednc

这些传感器利用博世BME688气体传感器芯片来检测空气中的气体成分——氢气、二氧化碳和一氧化碳,Dryad传感器运用机器学习和边缘处理来检测空气中是否包含发生森林大火时常见的各种气体。Brinkschulte称:“我们具有高精度和低故障率。”cqPednc

发现森林

Dryad的目标是在一小时内探测到森林着火。Brinkschulte说:“很简单,森林着火当然是越早发现越好。如果在大火还没有燃起来之前就可以提早发现,消防部门就更容易将火扑灭,从而避免森林大火灾难。”cqPednc

Brinkschulte说,在既有道路又有森林的荒地和城市的交界处,需要大约500个传感器才能覆盖26平方公里。一旦进入广阔的森林,所需的传感器数量将下降到250个左右。cqPednc

Brinkschulte表示,传感器的标准价格(不考虑任何批量折扣)约为每个50美元。也就是说,要覆盖荒地-城市交界区域,大约需要25,000美元的传感器。cqPednc

Brinkschulte指出:“当然,我们会提供批量折扣。”他预计,一旦Dryad实现了大规模制造,生产数量达到百万级,传感器的价格将降至每个约20美元。cqPednc

该公司还收取年服务费,约占硬件成本的10%至15%。因此,该产品并不适用于荒地-城市边缘的普通消费者(也包括农民)。Brinkschulte表示,Dryad在推出产品时一直在与政府、能源公司和私营林业公司(即伐木公司)进行沟通。cqPednc

Brinkschulte指出,Dryad也可以在部署的网络中添加其他类型的传感器。他表示,伐木公司对此将特别感兴趣,因为他们可以用这些传感器监测土壤和树木的生长。cqPednc

利用物联网进行森林大火的预警还为时过早。这些产品还没有真正在火焰的高温下进行过测试。必需的时候,这些新的物联网系统也许能够提供更高级的森林大火防御。cqPednc

Brinkschulte说:“森林大火的难题不是单靠这一种产品就能解决的,但我们认为,由于该产品拥有超前探测的能力,因此对于卫星或摄像头方案是极为重要的补充。”cqPednc

(原文刊登于EDN姐妹网站EETimes美国版,参考链接:Can IoT Help Catch Wildfires in Time?,由Jenny Liao编译。)cqPednc

本文为《电子技术设计》2021年10月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里cqPednc

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