Τεχνολογίες Πρώιμης Ανίχνευσης Πυρκαγιών στην Πράξη

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Early Wildfire Detection Technologies in Practice—A Review

Συγγραφείς: Ankita Mohapatra, Timothy Trinh

Δημοσιεύθηκε: Sustainability, Volume 14, Issue 19, 2022 (Σύνδεσμος Άρθρου)

Λέξεις κλειδιά: ανίχνευση πυρκαγιών, τεχνολογίες έγκαιρης προειδοποίησης, UAVs, δίκτυα αισθητήρων, δορυφορική παρακολούθηση

Αντικείμενο εφαρμογής: Ανασκόπηση των σύγχρονων τεχνολογιών για την έγκαιρη ανίχνευση πυρκαγιών και την ενσωμάτωσή τους στην πράξη

Εικόνα 1: Γράφημα των καμένων εκτάσεων από το 1984 έως το 2020 στις Ηνωμένες Πολιτείες, το οποίο δείχνει μια γενική αύξηση στην ένταση και τις επιπτώσεις των πυρκαγιών με τα χρόνια. Τα δεδομένα προέρχονται από το πρόγραμμα Monitoring Trends in Burn Severity (MTBS) του Κέντρου Γεωεπιστημονικών Παρατηρήσεων και Επιστήμης της Γης (EROS) της Υπηρεσίας Γεωλογικής Έρευνας των ΗΠΑ (USGS) και του Κέντρου Γεωχωρικής Τεχνολογίας και Εφαρμογών (GTAC) της Υπηρεσίας Δασών του Υπουργείου Γεωργίας των ΗΠΑ (USDA).

Εικόνα 2: Πιθανοί ρόλοι των UAVs. (Οι εικόνες προέρχονται από το Creative Commons, ακολουθώντας τις οδηγίες για την Άδεια Χρήσης 3.0 Unported, CC By 3.0 [26]. Οι μόνοι τροποποιήσεις στις εικόνες είναι η περικοπή και η αλλαγή μεγέθους).

Εισαγωγή

Η έγκαιρη ανίχνευση των πυρκαγιών αποτελεί ένα από τα πιο κρίσιμα ζητήματα στην προστασία τόσο του φυσικού περιβάλλοντος όσο και της ανθρώπινης ζωής και περιουσίας. Οι πυρκαγιές, ιδίως σε δασικές περιοχές, μπορούν να εξαπλωθούν ταχύτατα, προκαλώντας ανυπολόγιστες καταστροφές. Για τον λόγο αυτό, η χρήση σύγχρονων τεχνολογιών για την παρακολούθηση και την ανίχνευση πυρκαγιών έχει εξελιχθεί σε αναπόσπαστο εργαλείο πρόληψης και διαχείρισης. Στο άρθρο αυτό, παρουσιάζεται μια αναλυτική ανασκόπηση των κυριότερων τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται για την πρώιμη ανίχνευση πυρκαγιών. Επιπλέον, εξετάζονται τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί κάθε τεχνολογίας, ενώ αναδεικνύονται οι προοπτικές για τη μελλοντική τους ενσωμάτωση.

Μεθοδολογία

Η ανασκόπηση αυτή επικεντρώνεται σε τέσσερις βασικές κατηγορίες τεχνολογιών, οι οποίες έχουν αναδειχθεί ως τα πιο αποτελεσματικά μέσα για την έγκαιρη ανίχνευση πυρκαγιών. Κάθε κατηγορία αξιολογείται ως προς τη λειτουργικότητα, την αποδοτικότητα, και τους περιορισμούς της.

Η πρώτη κατηγορία αφορά τα δίκτυα αισθητήρων. Πρόκειται για αισθητήρες που τοποθετούνται στο έδαφος και παρακολουθούν περιβαλλοντικές παραμέτρους όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, και τα επίπεδα καπνού. Αυτοί οι αισθητήρες είναι σε θέση να ανιχνεύουν άμεσα μεταβολές που ενδέχεται να υποδεικνύουν την ύπαρξη πυρκαγιάς. Παρόλο που παρέχουν ακριβή δεδομένα, η εγκατάστασή τους απαιτεί εκτεταμένες υποδομές και συχνά συνοδεύεται από σημαντικά κόστη.

Η δεύτερη κατηγορία αφορά τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAVs), κοινώς γνωστά ως drones. Αυτά τα οχήματα είναι εξοπλισμένα με θερμικές κάμερες και αισθητήρες και προσφέρουν εναέρια επιτήρηση σε πραγματικό χρόνο. Τα UAVs είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για την παρακολούθηση απομακρυσμένων περιοχών και μπορούν να προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες στους διαχειριστές κρίσεων. Παρά την ευελιξία τους, περιορίζονται από τη διάρκεια πτήσης και το υψηλό κόστος.

Η τρίτη κατηγορία επικεντρώνεται στα δίκτυα καμερών, τα οποία εγκαθίστανται σε στρατηγικές τοποθεσίες και παρακολουθούν μεγάλες περιοχές. Οι κάμερες αυτές χρησιμοποιούν αλγόριθμους επεξεργασίας εικόνας για την ανίχνευση καπνού ή φλόγας. Αν και προσφέρουν συνεχή επιτήρηση, συχνά αντιμετωπίζουν προκλήσεις όπως ψευδείς συναγερμούς λόγω καιρικών φαινομένων.

Τέλος, η δορυφορική παρακολούθηση αποτελεί μια εξαιρετικά αποδοτική μέθοδο για την ανίχνευση πυρκαγιών σε ευρείες περιοχές. Οι δορυφόροι είναι εξοπλισμένοι με προηγμένους θερμικούς αισθητήρες που μπορούν να εντοπίζουν θερμικές ανωμαλίες, συμβάλλοντας στην πρώιμη ανίχνευση πυρκαγιών. Ωστόσο, η αποτελεσματικότητά τους εξαρτάται από τη συχνότητα συλλογής δεδομένων, η οποία περιορίζεται από την τροχιά του δορυφόρου.

Ευρήματα

Τα ευρήματα της μελέτης αναδεικνύουν τις δυνατότητες και τις αδυναμίες κάθε τεχνολογίας, παρέχοντας μια ολιστική εικόνα των επιλογών που υπάρχουν για την ανίχνευση πυρκαγιών.

Τα δίκτυα αισθητήρων διακρίνονται για την ακρίβειά τους στην καταγραφή περιβαλλοντικών δεδομένων, ωστόσο απαιτούν σημαντική επένδυση σε υποδομές και εξοπλισμό. Οι αισθητήρες αυτοί είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικοί όταν συνδυάζονται με άλλες τεχνολογίες.

Τα UAVs προσφέρουν τη δυνατότητα για δυναμική παρακολούθηση σε περιοχές όπου η πρόσβαση είναι δύσκολη, αλλά η υψηλή τους τιμή και οι τεχνικοί περιορισμοί παραμένουν εμπόδια στην ευρεία εφαρμογή τους.

Τα δίκτυα καμερών είναι χρήσιμα για τη συνεχή επιτήρηση, ωστόσο επηρεάζονται από εξωτερικούς παράγοντες όπως η ομίχλη ή οι αντανακλάσεις του φωτός, που μπορεί να προκαλέσουν ψευδείς συναγερμούς.

Η δορυφορική παρακολούθηση παρέχει μια στρατηγική εικόνα σε μεγάλης κλίμακας περιοχές, γεγονός που την καθιστά ιδιαίτερα χρήσιμη για τις κρατικές υπηρεσίες και τους διαχειριστές κρίσεων. Παρόλα αυτά, η περιοδικότητα των δορυφορικών δεδομένων μπορεί να καθυστερήσει την ανίχνευση.

Εικόνα 3: Τυπική εφαρμογή δικτύων καμερών σε συνδυασμό με τεχνητή νοημοσύνη. (Οι εικόνες προέρχονται από το Creative Commons, ακολουθώντας τις οδηγίες για την Άδεια Χρήσης 3.0 Unported, CC By 3.0 [26]. Οι μόνοι τροποποιήσεις στις εικόνες είναι η περικοπή και η αλλαγή μεγέθους).

Εικόνα 4: Εικόνα MODIS από την πυρκαγιά Camp Fire στη βόρεια Καλιφόρνια στις 14 Νοεμβρίου 2018 [87]. Εικόνα από το Παρατηρητήριο Γης της NASA.

Συμπεράσματα

Η παρούσα μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία της συνδυαστικής χρήσης πολλαπλών τεχνολογιών για την πρόληψη και την ανίχνευση πυρκαγιών. Παρά τις προκλήσεις που περιλαμβάνουν υψηλό κόστος, ψευδείς συναγερμούς και περιορισμούς στη διαθεσιμότητα δεδομένων, η ενσωμάτωση αυτών των τεχνολογιών μπορεί να συμβάλει στην ουσιαστική μείωση των επιπτώσεων των πυρκαγιών. Η ανάγκη για περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη είναι επιτακτική, καθώς η βελτίωση των τεχνολογιών θα μπορούσε να ενισχύσει την ακρίβεια και την αποδοτικότητά τους, καθιστώντας τις πιο προσβάσιμες και αποτελεσματικές σε παγκόσμιο επίπεδο.