محققان سیستم کم‌هزینه‌ای برای تشخیص لحظه‌ای آتش‌سوزی‌های جنگلی توسعه دادند
آتش‌سوزی که در سال 2023 در لاهینا، هاوایی رخ داد، به طور تراژیک بیش از 100 نفر را به کام مرگ کشاند و ۶,۵۰۰ هکتار از مائوئی را سوزاند، نشان‌داد که چگونه آتش‌سوزی‌های جنگلی می‌توانند به سرعت گسترش یابند و اقدامات واکنشی موثر تقریباً غیرقابل انجام شوند. این موضوع منجر به از دست دادن زیادی از جان و مال می‌شود.
آیا ممکن است تکنولوژی بتواند به تشخیص زودتر آتش‌سوزی‌های جنگلی کمک کند؟ جواب ممکن است در دستان شما باشد: تلفن همراه شما.
محققان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی سیستمی جدید بر اساس جمع‌سپاری توسعه داده‌اند که به طور قابل توجهی زمان نقشه‌برداری آتش‌سوزی را از ساعت‌ها به ثانیه‌ها کاهش می‌دهد. این سیستم از شبکه‌ای از تلفن‌های همراه کم‌هزینه که بر روی املاک با ریسک بالای آتش‌سوزی نصب شده‌اند، استفاده می‌کند.
در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، این سیستم که به نام FireLoc شناخته می‌شود، می‌توانست آتش‌سوزی‌ها را تا فاصله ۳۰۰۰ فوت تشخیص دهد و با دقت آتش‌سوزی‌های جنگلی را تا 180 فوت از منشأشان نقشه‌برداری کند.
عملکرد در عرض چند ثانیه
مقاله جدیدی به نام “FireLoc: Low-latency Multi-modal Wildfire Geolocation” در تاریخ 5 نوامبر در ACM SenSys ارائه شد. مقاله محققان یک اثبات مفهومی است.
این سیستم به راحتی برای کاربران قابل نصب است. ساکنان و کسب‌و‌کارهای نزدیک به مناطق با خطر بالا می‌توانند یک تلفن همراه قابل‌پذیرش و ضد آب را در حیاط یا ساختمان خود نصب کنند. آن‌ها می‌توانند تلفن را به منبع برق متصل کرده و دوربین آن را به سمت درختان و گیاهان اطراف تنظیم کنند.
در پشت صحنه، مدل‌های پیشرفته بینایی کامپیوتری داده‌ها را از دوربین‌ها و سنسورهای پایه تلفن تحلیل می‌کنند. آن‌ها می‌توانند آتش‌سوزی را به سرعت تشخیص دهند، در عرض چند دقیقه یا حتی چند ثانیه پس از شروع.
این سیستم با تمرکز بر مناطق با فعالیت انسانی کم، حریم خصوصی را محافظت می‌کند. عمدتاً تصاویر گیاهان و مناطق وحشیانه را ضبط می‌کند.
تکنولوژی همچنین از تکنیک‌های خاصی استفاده می‌کند تا خطرات آتش را بدون ضبط تصاویر از افراد یا خانه‌ها شناسایی کند.
این پاسخ سریع می‌تواند برای کسانی که در نزدیکی مناطق چمنی، بوته‌زاری و جنگلی زندگی می‌کنند، جان‌فزا باشد.
این تکنولوژی می‌تواند به حفاظت از مردم و خانه‌ها در مناطق پرخطر مانند تپه‌های هالیوود، کوه‌های سانتا مونیکا و دره سان گابریل در کالیفرنیای جنوبی کمک کند. به گفته نویسنده اصلی، ژیائو فو، یک دانشجوی دکترای علوم کامپیوتر، هزینه راه‌اندازی کمتر از ۱۰۰ دلار است.
فو گفت: “FireLoc بهبود واکنش به آتش‌سوزی را هدف قرار می‌دهد، بهتری در حمایت از مناطق نزدیک به مناطق وحشی و ترویج زندگی امن‌تر در شرایط اقلیمی شدید است.”
تشخیص آتش‌سوزی‌های جنگلی
روش‌های سنتی برای تشخیص آتش‌سوزی‌های جنگلی، مانند دیدبانی، ماهواره‌ها و پهپادها، دارای چندین عیب هستند. آن‌ها می‌توانند پرهزینه، ناخوشایند، کند و دارای عمر باتری محدود باشند. در نتیجه، آتش‌نشانان اغلب به مردم متکی هستند تا آتش‌های جدید را شناسایی کنند که تشخیص دقیق آتش‌ها را سخت می‌کند.
فو گفت: “این همچنین بسیار برای آتش‌نشانی‌ها دشوار است، به ویژه در آتش‌سوزی‌های به سرعت گسترش یابنده‌ای مانند آتش‌سوزی کمپ در پردایس.” آتش‌سوزی کمپ که در سال 2018 در شمال کالیفرنیا رخ داد به 85 نفر جان باخت.
تیم تحقیقاتی ابزار نقشه‌برداری خود را با استفاده از یک شبیه‌ساز بر اساس داده‌های آتش‌سوزی گتی 2019، که 745 هکتار از لس‌آنجلس را سوخت، آزمایش کرد. آن‌ها یک مدل سه‌بعدی از زمین ساختند و سناریوهای آتش‌سوزی واقعی را شبیه‌سازی کردند. این به آن‌ها کمک کرد تا عملکرد سیستم خود را در شناسایی و نقشه‌برداری آتش‌سوزی‌ها و چگونگی افزایش مقیاس آن را ارزیابی کنند.
هر دوربین به گونه‌ای قرار گرفت تا ارتفاع ساختمانی در طبقه دوم یا روی بام، به‌طور تقریباً 30 فوت بالای زمین، را شبیه‌سازی کند. نتایج نشان داد که با استفاده از FireLoc، محققان بیش از 40٪ از آتش‌سوزی‌های جنگلی را در منطقه هدف با فقط چهار دوربین تشخیص دادند.
فو گفت: “شبیه‌ساز به ما کمک می‌کند تا محیط‌های آتش‌سوزی را به طور کامل آزمایش کنیم. ما می‌توانیم مواردی مانند تعداد دوربین‌ها را کنترل کنیم. آیا این باعث بهبود دقت می‌شود؟ آیا این باعث بهبود پوشش می‌شود؟”
در حالی که داده‌های مکان دوربین‌ها حیاتی است، جمع‌سپاری نیز اهمیت دارد. سیستم فقط نیاز به برق، یک اتصال اینترنتی و یک تلفن در جعبه‌ای ضد آب دارد. نرم‌افزار به‌طور خودکار هر 30 ثانیه عکس می‌گیرد.
فو توضیح داد: “با مکان‌های متعدد، سیستم می‌تواند بهترین مکان‌ها را برای گذاشتن دوربین‌های اضافی برای نظارت بر آتش‌سوزی‌ها پیدا کند.”
زمانی که چندین دوربین دود یا آتش را تشخیص می‌دهند، اطلاعات را به یک سرور ابری ارسال می‌کنند. سرور تصاویر را با استفاده از مدل‌های ارتفاع دیجیتالی و تکنیک‌های بینایی کامپیوتری ترکیب می‌کند. اگرچه این فرآیند پیچیده است، تصاویر باکیفیت بالا اختیاری هستند. الگوریتم بهترین مکان قرارگیری دوربین‌ها را برای حداکثر پوشش تعیین می‌کند.
راگهاوان گفت: “ما اطلاعات را از تصاویر جمع می‌کنیم تا مشکل را حل کنیم. این راه‌حل ماست. ما مسئله را دوباره‌فرموله می‌کنیم – چگونه می‌توانیم آتش‌ها را به‌طور سریع نقشه‌برداری کنیم؟ این مقاله هر دو جنبه را پوشش می‌دهد.”
محققان باور دارند که این اولین سیستم جمع‌سپاری هوشمند و کم‌هزینه برای تشخیص خاص آتش‌سوزی‌های جنگلی است.
