消防無人機(jī)群
森林火災(zāi)在世界各地都是一個日益嚴(yán)重的問題。由于氣候變化和景觀條件的變化，火災(zāi)風(fēng)險增加，森林火災(zāi)更加頻繁，對自然和人類產(chǎn)生重大影響。近年來，幾乎所有大陸都經(jīng)歷過常規(guī)滅火方法無法或難以控制的大火。
熱那亞大學(xué)機(jī)械工程系(DIME)的埃琳娜·奧索尼奧(Elena Ausonio)與帕特里齊亞·巴涅里尼(Patrizia Bagnerini)和馬可·吉奧(Marco Ghio)一起研究了無人機(jī)群在森林滅火中的應(yīng)用。她擁有土木建筑工程碩士學(xué)位，研究領(lǐng)域包括測繪學(xué)、攝影測量學(xué)和數(shù)字?jǐn)?shù)字制圖學(xué)。自2018年以來，她是意大利熱那亞大學(xué)數(shù)學(xué)與模擬工程的博士生，與衍生項目Inspire (www.inspire.flights)合作。她熱衷于跟蹤無人機(jī)和自動化系統(tǒng)的發(fā)展，自己也是一名持證的無人機(jī)飛行員。她向我們介紹了她的工作，以更多地了解無人機(jī)在這一領(lǐng)域的潛力。
這篇論文《無人機(jī)在滅火活動中的蜂群:一個概念框架》概述了無人機(jī)如何撲滅森林火災(zāi)或支持傳統(tǒng)滅火方法。研究人員提出了一個由一群無人機(jī)組成的系統(tǒng)，每個無人機(jī)能夠攜帶5到50公斤的有效載荷。這些無人機(jī)將作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，遵循一個網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)來執(zhí)行各自的任務(wù)。在這方面，無人機(jī)群比傳統(tǒng)的空中滅火方法(如直升機(jī)或飛機(jī))有顯著的優(yōu)勢，正如埃琳娜·奧索尼奧(Elena Ausonio)描述的:
“使用可重新定位的服務(wù)平臺的無人機(jī)群可以立即部署，使快速反應(yīng)，并在任何能見度條件下，在白天和晚上使用，而不需要附近可用的水池?？紤]到在大多數(shù)國家，出于安全原因，消防飛機(jī)只能在白天飛行，而且由于距離加水點的距離，每小時只能進(jìn)行有限的滴水。
另一個基本特征是，無人機(jī)群是一個真正的無人解決方案:無人機(jī)不會危及飛機(jī)飛行員和消防人員的生命，他們經(jīng)常必須在相當(dāng)危險的條件下操作。它是一個精確和靈活的系統(tǒng)，因為飛行計劃，目標(biāo)區(qū)域等，可以準(zhǔn)確地概述和實時修改的條件，火災(zāi)演變。最后，基于無人機(jī)群的解決方案可以很容易地擴(kuò)展以滿足特定的緊急需求。”
此外，無人機(jī)群可以利用所謂的降雨效應(yīng)。因為水的蒸發(fā)對滅火有顯著的作用，所以分布式使用滅火水不僅僅能起到一點作用。這種降雨效應(yīng)可以用許多小群來模擬。
技術(shù)挑戰(zhàn)
一個功能性的無人機(jī)群要有效地用于消防，必須滿足復(fù)雜的要求。除了無人機(jī)能成功合作外，還必須能夠自動為無人機(jī)電池充電或更換電池，并成功地為其注入滅火液。然后是在一個移動單元中快速部署無人機(jī)群，比如在一輛卡車或失火地區(qū)附近的基站。
Ausonio相信這些挑戰(zhàn)在未來可以被克服，“技術(shù)每天都在進(jìn)一步發(fā)展。自主消防系統(tǒng)需要多種技術(shù)的結(jié)合，包括計算機(jī)視覺、人工智能、避物、耐火材料和快速維修機(jī)制。在這個時候，我們繼續(xù)我們的研究，通過研究混合無人機(jī)，可以提供更大的效率和運輸水和滅火液體。I, Inspire和熱那亞大學(xué)的研究小組繼續(xù)改進(jìn)我們的平臺無人機(jī)系統(tǒng)，希望主要參與者理解在不久的將來使用無人機(jī)進(jìn)行森林滅火是可能和可行的。”
總而言之，這項研究為未來使用無人機(jī)群進(jìn)行野外滅火描繪了一幅積極的圖景。自動無人機(jī)群可以快速靈活地部署，有助于快速控制火勢，尤其是小型火災(zāi)。同樣可以想象的是，蜂群可以用來補(bǔ)充傳統(tǒng)的滅火方法。
奧索尼奧對未來持樂觀態(tài)度，并希望在這一領(lǐng)域看到更多的研究，“我確信無人機(jī)，小型、中型和大型，是森林滅火的未來。當(dāng)然，許多研究和實驗仍然是必要的，但對我來說，他們的使用可以提供的巨大優(yōu)勢是顯而易見的。在過去的幾年里，有一項重大的技術(shù)進(jìn)步，表明我們將在這十年里看到無人機(jī)群滅火。”
使用無人機(jī)群撲滅森林和灌木叢火災(zāi)很可能只是消防領(lǐng)域轉(zhuǎn)變的開始。最后，我們想從Elena Ausonio那里了解她是如何看待無人機(jī)群在城市地區(qū)滅火的:
“我設(shè)想在城市、城市化和人口稠密地區(qū)使用消防無人機(jī)。我認(rèn)為它們非常適合處理建筑中的火災(zāi)，特別是在建筑的高層，因為消防人員和他們的地面車輛在那里會有更多的麻煩。無人機(jī)不僅可以撲滅最靠近外墻外圍開口的房間內(nèi)的火焰，還可以為可能被困在建筑內(nèi)的人帶來消防支持材料，如消防毯或降落傘。
它們也將是一個寶貴的工具，在火災(zāi)時，脆弱的結(jié)構(gòu)無法承受高過載，如從直升機(jī)和加拿大航空水滴的重量。例如，我想到了1996年威尼斯La Fenice劇院的大火和2019年巴黎圣母院的大火。一些在這一領(lǐng)域進(jìn)行試驗的公司和初創(chuàng)企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了初步嘗試，但由于該系統(tǒng)的自主性，我們假設(shè)的系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)干預(yù)請求，并持續(xù)有效地采取行動。”
如果您想進(jìn)一步了解該話題或有具體問題，歡迎參加2020年5月5日舉行的第56屆無人機(jī)大師聚會(在線)。在其他三位來自無人機(jī)行業(yè)的鼓舞人心的演講者中，埃琳娜·奧索尼奧(Elena Ausonio)將介紹她的研究并回答問題。在無人機(jī)大師聚會上，來自不同領(lǐng)域的專家和愛好者分享了塑造無人機(jī)可持續(xù)使用的想法和經(jīng)驗。
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