物聯網可能及時搶救森林大火?

作者 : John Dunn,Embedded.com作者

如果能儘早發現森林大火,或是在火災發生之前就檢測到危險,就可能在災難發生前加以預防或是更易於阻止或控制森林大火的發生。幾家新創以及一些公司正在開發搭載無線感測器的物聯網系統,可用於提早對森林大火進行警示...

漫天火光在地平線上閃動著,火舌亂竄並蔓延到下方的山谷中。大火先是燒毀了一大片的週邊建築物,幾乎將整排住宅夷為平地,燒到只剩下斷瓦殘垣、化為焦土的財產、廢墟和毀滅的生活。

這樣的場景在2021年夏天的美國西部很常見。美國西部各州的大火對空氣品質造成了極大的影響,大火產生的煙霧甚至蔓延到了芝加哥和紐約各大城市,嚴重污染了這些地區的空氣。現有的技術可能還沒辦法預防火災,但是卻完全可能減輕火災的嚴重性。越來越多的物聯網(IoT)公司正朝著這個方向努力。

1:美國俄勒岡州布萊(Bly, OR)附近燃燒的Bootleg森林大火。猛烈的火勢導致氣候惡劣,甚至引發閃電。

來勢兇猛的森林大火並不僅限於美國。過去幾年來,亞馬遜(Amazon)雨林\和澳洲也相繼發生嚴重的大火。

人們對於近來森林大火頻傳的原因爭論不休,有人認為氣候變化是最根本的原因,也有人相信是當地的人為因素,例如科羅拉多州的5G蜂巢式基地台起火以及內華達州的槍擊事件等。

無論何種原因,森林大火的影響都是毀滅性的,而且隨著我們進入2020年代,大火發生的頻率更高了。美國國家跨部會消防中心表示,截至2021年7月20日,全美各地已經發生83場大火,超過2,585,492英畝的土地化為烏有。專家表示,更令人擔憂的是,大火產生的二氧化碳(CO2)佔全球每年CO2總排放量約20%。

發生在俄勒岡州南部的「靴筒山大火」(Bootleg Fire)延燒,吞噬了該州超過400,000英畝的森林(1)。同時,根據CalFire的資料,加州的「迪克西野火」(Dixie Fire)肆虐Golden State的三個郡,燒毀超過197,000英畝的土地,至今年7月26日也僅有22%的火勢被控制住。

根據美國非營利組織「氣候中心」(Climate Central;由科學家和記者組成的獨立組織,致力於研究和報導全球暖化)指出,「平均而言,森林大火每年燒毀的土地面積是40年前的2倍。」

那麼,如何才能有效預防森林大火?

如果能儘早發現森林大火,就越容易阻止或控制森林大火的發生。如果能在火災發生之前就檢測到危險,有關當局就可以在災難發生前加以預防。然而,在森林地區提早偵測到大火是極其困難的。在飛機監控和衛星GPS技術出現之前,主要依賴天氣預報、季節性火災監測以及運氣來監測容易起火的地區。

物聯網能解決火災難題?

幾家新創以及一些公司正在開發搭載無線感測器的物聯網系統,可用於提早對森林大火進行警示。目前能夠提供這類系統的公司包括Dryad、LADsensor和Seidor。

筆者採訪了Dryad Networks共同創辦人兼執行長Carsten Brinkschulte,討論他的公司為早期偵測森林大火而即將推出的太陽能LoRaWAN感測器系統。Brinkschulte說:「我們最重要的創新部份是在LoRaWAN添加了網狀的網路基礎設施。這增加了基地台之間互相通訊的能力並採用了某種聚類演算法,由一個基地台接收訊息,再將訊息傳遞至下一個基地台,以此類推直到訊息到達連接網際網路的閘道。透過這種方式,我們可以覆蓋廣闊的區域,達數千平方公里,而無需每個基地台都連接到網際網路。」

這些感測器可以連接到邊界閘道(透過LTE-M或乙太網路連接至網際網路),以增添Starlink衛星天線。Brinkschulte補充道:「每個邊界閘道器都可以支援Swarm。」

這些感測器無需使用電池,也沒有需要使用者自行維護的元件。Brinkschulte指出:「只需將這些感測器掛在樹上就行了(2)。」Dryad在一些新聞資料中甚至直接使用「樹聯網」(Internet of Trees)一詞來宣傳。

2:感測器示意圖。(圖片來源:Dryad Networks)

在這些感測器中整合了博世(Bosch) BME688氣體感測器晶片,以檢測空氣中的氣體成份——氫氣、CO2和一氧化碳。Dryad感測器接著運用機器學習和邊緣處理來檢測空氣中是否包含發生森林大火時常見的各種氣體。Brinkschulte稱這些感測器晶片「具有高精度和低故障率」。

發現森林大火

Dryad的目標是在一小時內探測到森林著火。Brinkschulte說:「很簡單,發現森林著火當然是越早發現越好。如果能在火災發生之前、當大火還沒有燃燒起來時提早發現,消防部門就更容易將火撲滅,從而避免發生森林大火災難。」

Brinkschulte說,在既有道路又有森林的荒地和城市的交界處,需要大約500個感測器,才能覆蓋大約10平方英哩面積。一旦進入廣闊的野外森林,所需的感測器數量將會減少到250個左右。

Brinkschulte表示,感測器的標準價格(不考慮任何批量折扣)約為每個50美元。也就是說,要覆蓋荒地-城市交界區域,大約需要花費25,000美元的感測器支出。

「當然,我們會提供批量折扣。」他預計,一旦Dryad可實現大規模製造,產量達到百萬級,感測器的價格將降至每個約20美元。

該新創公司還收取服務年費,約佔硬體成本的10%至15%。因此,該產品並不適用於荒地-城市邊緣的普通消費者(也包括農民)。Brinkschulte表示,Dryad產品推出時一直鎖定在政府、能源公司和私營林業公司(即伐木公司)。

Dryad也可以在部署的網路中添加其他類型的感測器。Brinkschulte指出,伐木公司對此將特別感興趣,因為他們可以用這些感測器監測土壤和樹木的生長。

利用物聯網進行森林大火的預警還為時過早。這些產品還沒有真正在火焰的高溫下進行過測試。但如果有必要的話,這些新的物聯網系統也許能夠提供更高層級的森林大火防禦。

Brinkschulte說:「森林大火的難題並不是單靠這一種產品就能解決,但我們認為,由於該產品擁有超前探測的能力,可以補強衛星或攝影機方案,在解決這一難題時發揮關鍵作用。」

(參考原文:Fighting wildfires with the IoT,by Dan Jones)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年11月號雜誌

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