消防無人機群
森林火災(zāi)在世界各地都是一個日益嚴重的問題。由于氣候變化和景觀條件的變化，火災(zāi)風險增加，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。
熱那亞大學機械工程系(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)一起研究了無人機群在森林滅火中的應(yīng)用。她擁有土木建筑工程碩士學位，研究領(lǐng)域包括測繪學、攝影測量學和數(shù)字數(shù)字制圖學。自2018年以來，她是意大利熱那亞大學數(shù)學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和自動化系統(tǒng)的發(fā)展，自己也是一名持證的無人機飛行員。她向我們介紹了她的工作，以更多地了解無人機在這一領(lǐng)域的潛力。
這篇論文《無人機在滅火活動中的蜂群:一個概念框架》概述了無人機如何撲滅森林火災(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組成的系統(tǒng)，每個無人機能夠攜帶5到50公斤的有效載荷。這些無人機將作為一個統(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，無人機群比傳統(tǒng)的空中滅火方法(如直升機或飛機)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，每小時只能進行有限的滴水。
另一個基本特征是，無人機群是一個真正的無人解決方案:無人機不會危及飛機飛行員和消防人員的生命，他們經(jīng)常必須在相當危險的條件下操作。它是一個精確和靈活的系統(tǒng)，因為飛行計劃，目標區(qū)域等，可以準確地概述和實時修改的條件，火災(zāi)演變。最后，基于無人機群的解決方案可以很容易地擴展以滿足特定的緊急需求。”
此外，無人機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群要有效地用于消防，必須滿足復(fù)雜的要求。除了無人機能成功合作外，還必須能夠自動為無人機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，包括計算機視覺、人工智能、避物、耐火材料和快速維修機制。在這個時候，我們繼續(xù)我們的研究，通過研究混合無人機，可以提供更大的效率和運輸水和滅火液體。I, Inspire和熱那亞大學的研究小組繼續(xù)改進我們的平臺無人機系統(tǒng)，希望主要參與者理解在不久的將來使用無人機進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群進行野外滅火描繪了一幅積極的圖景。自動無人機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，小型、中型和大型，是森林滅火的未來。當然，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)進步，表明我們將在這十年里看到無人機群滅火。”
使用無人機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。我認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)域進行試驗的公司和初創(chuàng)企業(yè)已經(jīng)進行了初步嘗試，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屆無人機大師聚會(在線)。在其他三位來自無人機行業(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可持續(xù)使用的想法和經(jīng)驗。
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