Una nueva investigación con drones avanza en el monitoreo de incendios forestales

Por lo general, el principal indicador de un creciente incendio forestal en California es una columna de humo gris y nebuloso que flota en el aire, vista por satélites o cámaras. Se alerta al Departamento de Silvicultura y Protección contra Incendios de California, o CalFire, y se realizan esfuerzos de mitigación y contención.

Pero Zhaodan Kong, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de California en Davis, cree que vivir según la idea "donde hay humo, hay fuego" hace que los bomberos se den cuenta del problema demasiado tarde, cuando ya se ha extendido. y es difícil de contener.

"En este momento, la forma en que funciona es que ves un incendio y luego respondes", dijo Kong. "Es muy pasivo, muy reactivo".

En cambio, Kong, cuya investigación en inteligencia artificial y autonomía incluye vehículos aéreos no tripulados, o UAV, cree que un sistema integrado de tecnologías para detectar incendios antes de que lleguen a un punto humeante podría cambiar las reglas del juego, previniendo potencialmente daños generalizados por incendios forestales.

La detección comenzaría en el terreno con sensores conectados a Internet colocados en lugares estratégicos donde han ocurrido o es probable que ocurran incendios forestales (determinados por CalFire). Estos sensores del tamaño de la palma de la mano, desarrollados por Anthony Wexler, profesor distinguido del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y director del Centro de Investigación de la Calidad del Aire de UC Davis, miden la temperatura, la humedad y la velocidad del viento para determinar qué áreas podrían tener un mayor riesgo de sufrir una tormenta. evento de incendio forestal.

"Las cosas que causan una situación de alto riesgo de incendio forestal son las altas temperaturas, la baja humedad y la alta velocidad del viento", dijo Wexler, quien ha estado trabajando en estos sensores durante casi una década. "La temperatura y la humedad son relativamente uniformes en grandes áreas geográficas, pero la velocidad del viento cambia dramáticamente de un lugar a otro en California debido a la topografía".

Una vez que se detecta la triple amenaza (suelo súper seco, altas temperaturas y fuertes vientos), se enviarían vehículos aéreos no tripulados con cargas útiles de cámaras y sensores químicos para barrer el área en busca de más indicios de un incendio, incluidas tasas elevadas de partículas en suspensión y carbono. dióxido en el aire y luego informar cualquier hallazgo a CalFire.

"La detección química es más sensible que la detección visual", dijo Wexler. "Si caminas por tu vecindario y alguien está quemando leña en su chimenea, no ves nada, pero lo hueles".

Para estas misiones de reconocimiento, el laboratorio de Kong está construyendo helicópteros equipados con sistemas de navegación, sensores y cámaras. Si bien uno de los beneficios de utilizar helicópteros es que pueden aterrizar y despegar desde cualquier lugar, uno de los principales desafíos es la duración máxima del vuelo de unos 30 minutos. Para combatir este problema, el laboratorio de Kong está desarrollando un avión híbrido que puede aterrizar y despegar verticalmente como un helicóptero, pero que también tiene cualidades de un avión de ala fija que puede volar a gran altura durante horas.

Si bien muchos departamentos de bomberos utilizan drones para arrojar agua y retardantes de fuego sobre los incendios, pueden dudar en aceptar el uso de vehículos aéreos no tripulados como herramienta de detección de incendios. Las cámaras, los satélites y los aviones tripulados ya son cruciales para rastrear la propagación de los incendios forestales y determinar la dirección y velocidad con la que pueden estar moviéndose. ¿Por qué agregar vehículos aéreos no tripulados?

El sistema de detección actual, dijeron Kong y Wexler, tiene lagunas que llenar. Las 1.000 cámaras instaladas en torres en todo el estado y administradas por AlertCalifornia solo pueden ver un incendio cuando está dentro de su campo de visión. Además, los algoritmos de detección de incendios de la NASA buscan incendios desde satélites a más de 500 millas sobre la Tierra, lo que dificulta determinar la ubicación y el tamaño exactos de un incendio.

Cuando estos sensores visuales detectan un incendio y la información se transmite a las autoridades correspondientes, es probable que se haya extendido hasta un punto en el que podría ser difícil de contener. Un avión tripulado aún debe sobrevolar el incendio y evaluar la situación antes de tomar medidas.

Si los vehículos aéreos no tripulados se utilizan para volar sobre incendios forestales, los bomberos no tendrían que poner sus vidas en peligro en esa capacidad, dijo Kong. Si el dron es alcanzado por el humo de un incendio forestal y se estrella contra un árbol o una montaña, es sólo una pieza de tecnología, no una vida humana.

"Algunos de estos incendios forestales se producen en terrenos muy desafiantes, como si estuvieran dentro de un valle muy profundo y tuvieras que volar el avión hacia allí, puede ser bastante peligroso", dijo Kong. "Esperamos demostrar que el uso de vehículos aéreos no tripulados puede mejorar drásticamente su seguridad".

El uso de vehículos aéreos no tripulados para detectar incendios también podría mejorar drásticamente la salud de los bomberos y de las personas en las zonas afectadas. Numerosos estudios médicos vinculan el humo de los incendios forestales, que comprende partículas, compuestos orgánicos volátiles, monóxido de carbono y otras sustancias químicas nocivas, con efectos adversos para la salud, incluida la disminución de la función pulmonar, la inflamación y los problemas cardiovasculares en los bomberos. También se ha relacionado con una disminución del peso al nacer y nacimientos prematuros, un aumento de las visitas a las salas de emergencia por neumonía y bronquitis aguda, y un mayor riesgo de muerte por COVID-19 y enfermedades cardiovasculares en comunidades donde el humo de los incendios forestales ha sido frecuente.

Los incendios forestales extremos también pueden causar una cantidad extraordinaria de daños. Un artículo de 2020 que analiza el impacto económico de los incendios forestales de California de 2018, supuestamente "los más mortíferos y entre los más destructivos de cualquier año en la historia de California hasta ese momento", encontró daños por valor de 148.500 millones de dólares, incluidas 22.582 estructuras destruidas, causados ​​por los 8.527 incendios que quemó 1,9 millones de acres ese año.

Los incendios forestales también son parte de un circuito de retroalimentación del calentamiento climático. Los cambios ambientales como el aumento de la sequía, las temperaturas más altas y la menor humedad son caldo de cultivo para un mayor número de incendios que duran más y son más intensos. Esos incendios generan emisiones de gases de efecto invernadero y contaminación del aire, lo que contribuye al cambio climático, y el ciclo comienza de nuevo.

Kong, Wexler y otros investigadores saben que el daño causado por los incendios forestales no se puede deshacer ni prevenir por completo. Pero sabiendo que tenemos que vivir con incendios forestales, la creación de esta red de detección temprana podría alertar a CalFire y otras agencias de extinción de incendios antes sobre los incendios para que puedan comenzar a tomar medidas de contención antes de que los incendios se salgan de control, con la esperanza de reducir los daños y las muertes que causan.

Los dos investigadores, junto con Jiawei Zhang, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Computación de UC Davis, y Avesta Sasan, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, propusieron recientemente sus ideas para la detección temprana de incendios forestales a la Fundación Nacional de Ciencias y a California. Inversiones climáticas para financiación.

"Vamos a utilizar la red de sensores terrestres para predecir el alto riesgo, y luego los vehículos aéreos no tripulados para patrullar el área para encontrar el incendio, y luego alertaremos a las autoridades y volaremos", dijo Kong. "Tienen que ser satélites, torres de vigilancia, vehículos aéreos no tripulados, aviones tripulados, sensores terrestres, todos los mecanismos trabajando juntos para tener un sistema que prediga y detecte incendios forestales".

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