10/11/2024
0Поскольку количество и сила лесных пожаров продолжают расти, потенциал беспилотных летательных аппаратов или дронов, способных предложить инновационные решения, является маяком надежды в сфере пожаротушения. Дженнифер Ферреро проводит исследование этого вопроса.
Во всем мире наблюдается рост числа лесных пожаров и сокращение числа пожарных, особенно добровольцев. Активность пожаров в дикой природе с годами возрастает, и ее часто связывают с изменением климата: усилением жары и сокращением объемов ухода за лесной растительностью. Национальный межведомственный пожарный центр (NIFC) в Бойсе, штат Айдахо, ведет ежедневные отчеты о происшествиях в США. На момент написания статьи они отмечают: “На лесных пожарах по всей стране задействовано почти 22 000 пожарных, включая 20 комплексных команд и шесть групп управления инцидентами первого типа, 530 бригад, 1310 пожарных машин, многочисленные авиационные ресурсы и четыре модульные воздушные системы пожаротушения, или MAFFS”. Эти данные – лишь моментальный снимок в реальном времени. С течением времени количество пожаров, пожарных и разрушений земли увеличивалось. Что могут сделать технологии и решения, чтобы уменьшить опасность для людей, земли и дикой природы с помощью методов воздушного пожаротушения?
Эта статья посвящена дистанционно пилотируемым летательным аппаратам, программному обеспечению и обучению работе с беспилотниками для пожаротушения. Она подготовлена на основе информации из разных источников. Дистанционно пилотируемые технологии в воздушном пожаротушении могут повысить безопасность пожарных и предоставить лучшую информацию для принятия решений. Но как далеко они продвинулись и куда движутся в отношении использования при проведении управляемых палов, мониторинга пожаров, сброса воды и десантирования персонала?
Лесная служба США дает следующее определение беспилотной воздушной системы (UAS): “В совокупности UAS состоит из летательной платформы, датчиков и коммуникационной полезной нагрузки, а также наземного сегмента управления. Политика Федерального управления гражданской авиации (FAA) определяет “беспилотные летательные аппараты (БЛА) как “летательные аппараты”, управляемые “пилотом”, независимо от того, где находится пилот”.
Удаленное пилотирование для получения более точных данных
Компания Aerostar из Сиукс-Фолс, Южная Дакота, дистанционно пилотирует без экипажа полиэтиленовые высотные аэростаты на высотах 50 000-150 000 футов в стратосфере.
Ведущий технический менеджер программы Aerostar Марк Кетчам много работал с NASA и NIFC, помогая управлять активными лесными пожарами и проводить научные исследования с помощью высотных аэростатов. Миссия Aerostar – “соединять, защищать и спасать жизни”. Компания работает над решением проблем в аэрокосмической и оборонной сферах.
NIFC получает полезные данные в режиме близком к реальному времени для конечных пользователей в труднодоступных местах, где традиционные наземные услуги передачи данных LTE (сотовая связь) недоступны.
Говоря о борьбе с лесными пожарами, Кетчам отметил, что самая большая потребность NIFC “заключается в получении оперативных данных в режиме близком к реальному времени для конечных пользователей в труднопроходимой местности, где традиционные наземные услуги передачи данных LTE (сотовая связь) недоступны”.
Еще одна компания в этой сфере – FlySight, которая предлагает сбор и использование данных для повышения ситуационной осведомленности в реальном времени, планирования миссий и подведения итогов. Специалист по приложениям FlySight Джакомо Фонтанелли из Ливорно, Италия, работает в этом бизнесе уже 10 лет и говорит, что главная миссия компании – быть “ведущим поставщиком передовых программных решений, призванных обеспечить наилучшую поддержку в принятии решений даже для самых критических операций, в первую очередь в секторе обороны и безопасности”. Команды инженеров и ученых компании специализируются на системах C4ISR (командование, управление, связь, компьютеры, разведка, наблюдение и рекогносцировка) и разрабатывают передовое программное обеспечение.
В области воздушного пожаротушения компания FlySight помогает пожарным с помощью передовых технологических решений OPENSIGHT, специально разработанных для повышения ситуационной осведомленности и операционной эффективности. Наш опыт в воздушных поисково-спасательных операциях (SAR) легко переносится на пожарные миссии, где скорость и точность имеют первостепенное значение”.
OPENSIGHT – флагманский продукт FlySight, который “представляет собой инновационную географическую информационную систему, сочетающую передовые возможности обработки данных с визуализацией дополненной реальности (AR) для превосходного распространения информации. OPENSIGHT использует технологии искусственного интеллекта (ИИ) и AR для извлечения и представления информации от полезных нагрузок на борту беспилотных систем, что значительно повышает операционную эффективность и процессы принятия решений”. По словам Фонтанелли, это решение может быть использовано для повышения ситуационной осведомленности и всесторонней поддержки миссий.
Беспилотник Phoenix, разработанный компанией Avion Robotic, дополняет воздушную систему пожаротушения благодаря своей способности поднимать и сбрасывать воду, как обычный вертолет с экипажем. Ян Фосен, соучредитель и генеральный директор компании Avion Robotic, объяснил, как ему это удается: “Phoenix берет на себя 1400 кг внешней нагрузки, поэтому он может летать с ковшами Bambi, которые сегодня используются вертолетами, и забирать воду из любого места. Никаких изменений в инфраструктуре. Поскольку мы сами все проектируем, у нас есть возможность вносить изменения в раму, например, баки для воды и огнезащиты”.
Кроме того, дистанционное пилотирование возможно только при наличии таких организаций по подготовке пилотов, как DelMar AeroEducation из Пендлтона, штат Орегон. Эта организация готовит операторов UAS для промышленности и правительства, используя испытательный и учебный центр на полигоне Pendleton UAS Range (PUR). Студенты обучаются у них со всей страны.
Повышение безопасности пожарного персонала благодаря дистанционному пилотированию
Джереми Эдвардс (Jeremy Edwards), менеджер компании DelMar, говорит, что беспилотники и дистанционно управляемые системы обеспечивают безопасность сотрудников служб быстрого реагирования в опасных условиях, таких как пожар или задымление, поскольку они могут дольше находиться в самолете и вдали от опасности. По его словам, беспилотники могут собирать больше данных, “чтобы лучше понять проблему, а значит, быстрее найти решение и, надеюсь, быстрее потушить пожар”.
Дроны и дистанционно управляемые системы обеспечивают безопасность сотрудников служб быстрого реагирования в опасных условиях, таких как огонь и дым
Эдвардс говорит, что с тех пор, как он пришел в эту сферу в 2008 году, траектория развития дистанционного пилотирования значительно расширилась. “Самым быстрым прогрессом стали автопилоты и программное обеспечение для преобразования информации. Огромное преимущество UAS было получено в военном сегменте, где они обеспечивают прямую видеотрансляцию и помогают людям избежать опасности; существует множество других способов использования UAS и сбора данных для решения известной проблемы”. Однако он предупреждает, что сбор данных очень важен, но еще важнее наличие персонала, который может их прочитать и интерпретировать. Он также отметил, что пилотирование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) стало значительно менее затратным, что позволило расширить сферу их применения, в том числе в пожаротушении.
Эдвардс сказал, что удаленное пилотирование над лесным пожаром может быть успешным, и привел пример из 2022 года. “В сентябре 2022 года [агентство штата Калифорния] направило нас на лесной пожар для управления самолетом вертикального взлета и посадки (VTOL) и предоставления наземной команде, ведущей борьбу с огнем, видеоизображения в режиме реального времени и информации о положении огня. У них был доступ к живому и историческому видео, чтобы отслеживать направление и скорость пожара. Мы обеспечили безопасность наземной команды и ускорили процесс тушения пожара. Мы выявляли новые очаги по мере их появления и пресекали продвижение огня, прогнозируя направление на основе этих данных”.
Эдвардс добавил, что на их образование есть спрос, и их материнская компания, DelMar Aerospace, использует их обучение “на месте” для поддержки текущей работы по подготовке кадров.
Помимо мониторинга пожаров и местности, датчики на дронах также способны определять погоду и другие летательные аппараты и транспортные средства, передавая все эти данные для повышения эффективности операций.
Разработка беспилотных летательных аппаратов для обеспечения безопасности является предметом постоянной заботы. Фосен подчеркнул, что недавние трагедии, побуждают к дальнейшему развитию беспилотных технологий: “Мы видели, как в Средиземноморье и в прошлом, и в этом году во время лесных пожаров терялись вертолеты и самолеты, что приводило к человеческим жертвам. Поскольку беспилотник не имеет экипажа, риск потери человеческой жизни во время операции исключен”. Помимо мониторинга пожаров и местности, датчики на беспилотниках также способны определять погоду, другие летательные аппараты и транспортные средства, а также видеть сквозь дым, который представляет особую опасность для воздушного пожаротушения, и передавать все эти данные для повышения эффективности операций. Фосен пояснил: “У нас есть радары, которые могут проникать сквозь дым с помощью различных частот на радаре. У Phoenix две радарные системы, и он использует несколько лучей, чтобы “видеть” больше вещей одновременно, чем коммерческие радары”. Помимо обнаружения погоды, система может одновременно сканировать и принимать радиолокационные сигналы от самолетов, наземных транспортных средств, зданий и даже людей”. Кроме того, у нас есть все технологии камер, которые обеспечивают еще более высокий уровень ситуационной осведомленности”.
По словам Фонтанелли, за последнее десятилетие произошли впечатляющие изменения в использовании беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Эти беспилотные летательные аппараты, оснащенные камерами высокой четкости, инфракрасными и тепловизионными камерами, произвели революцию в борьбе с пожарами с воздуха, поскольку они могут работать в условиях, слишком опасных для пилотируемых самолетов, например, во время ночных операций или в сильном дыму”. Эта возможность повышает осведомленность об обстановке и позволяет получать важные данные в режиме реального времени”.
Фонтанелли добавил: “Наш персонал глубоко понимает все области, для которых мы создаем приложения на заказ; пожарная охрана не является исключением. OPENSIGHT адаптируется и настраивается в соответствии с функциями и возможностями, которые необходимы для конкретной миссии, чтобы покрыть потребности в осведомленности о ситуации, характерные для клиента и конечного пользователя”. С самого начала разработки OPENSIGHT является модульным и, благодаря своей открытой архитектуре, универсальным для различных платформ и доменов и готовым к легкой интеграции во все системы, что повышает эффективность любой миссии”.
По словам Кетчама, будущее воздушного пожаротушения будет за системами без экипажа для покрытия обширных территорий и “более высокими уровнями автономности на платформах стратосферных аэростатов, [которые] позволят одному оператору управлять небольшим парком аэростатов”. Один оператор сможет контролировать и обновлять цели автопилота для четырех-десяти аэростатов”.
Он также рассказал, что исследования Aerostar в области борьбы с лесными пожарами дали неожиданные результаты. Он был удивлен, узнав, что улучшение связи и ситуационной осведомленности не менее, а то и более важно, чем новые потоки данных с датчиков. Это исследование было подтверждено в последующих беседах с Национальным межведомственным пожарным центром США.
Кетчам сказал: “Большое количество сенсорных данных о пожарах уже доступно, но пожарные не могут распределить и использовать их достаточно быстро, пока они не устарели и не потеряли свою оперативную актуальность. Пожарные заинтересованы в подключении к командованию на месте происшествия с помощью телефонов и установленных программных приложений для телефонов, таких как TAK и MS Teams”.
Если в полете возникнет проблема, ее диагностику и устранение поручат специальному борттехнику, чтобы избежать чрезмерного отвлечения оператора воздушного флота. Кетчам добавил, что Aerostar обучает собственных пилотов воздушных шаров, а также военнослужащих Министерства обороны. Эти операторы проходят курс наземной подготовки, чтобы ознакомиться с правилами использования воздушного пространства и требованиями FAA к коммуникации.
Управляемые палы и мониторинг воды
Что касается предписанных ожогов, Эдвардс сказал: “Если вы когда-нибудь видели предписанные ожоги, люди используют огнеметы или пейнтбольные ружья, чтобы выстреливать в местность зажигательные снаряды. Людям выдается аварийное одеяло на случай невообразимого”.
К сожалению, эти люди должны представлять его, чтобы не оказаться охваченными огнем в случае изменения ветра или неисправности оборудования. Эдвардс отметил, что использование беспилотника безопаснее и эффективнее. “Использование беспилотника для разжигания пожаров гораздо безопаснее и позволяет не привлекать людей к работе, что дает возможность большему количеству людей находиться на линии, не подвергаясь опасности”.
Общее улучшение мониторинга пожаров
Система воздушных шаров Thunderhead – лучший продукт компании Aerostar для пожаротушения. По словам Кетчама, его “устойчивость добавляет новую платформу с новыми возможностями, которые руководители борьбы с лесными пожарами никогда не могли использовать в прошлом”.
Однако он добавил, что лучший механизм помощи при лесных пожарах еще обсуждается. “Возможно, мы захотим запускать воздушные шары заранее в сезонных зонах повышенного риска возникновения пожаров в поисках новых очагов возгорания и проводить дистанционное зондирование небольших пожаров”. Затем Aerostar сможет направлять аэростатные системы Thunderhead к пожарному комплексу в соответствии с поставленной задачей. Согласно веб-сайту Aerostar, аэростаты Thunderhead могут использоваться для выполнения индивидуальных задач, включая навигационные возможности, или в качестве альтернативы спутникам.
По словам Фонтанелли, благодаря мониторингу пожаров “модуль автоматического распознавания целей OPENSIGHT представляет собой универсальный и мощный инструмент для современных поисково-спасательных операций и наблюдения, сочетающий в себе передовые возможности искусственного интеллекта и гибкие варианты развертывания для удовлетворения требований динамичных операционных сред”. Система ATR максимально повышает эффективность целеуказания за счет использования современных технологий глубокого обучения, обеспечивая точность и эффективность операций”.
По его словам, модуль может работать как самостоятельно, так и в качестве интегрированного компонента OPENSIGHT Mission Console, который обеспечивает “операционную гибкость благодаря настраиваемой открытой архитектуре, позволяющей беспрепятственно подключать сети искусственного интеллекта сторонних производителей или собственной разработки, обеспечивая широкую совместимость и адаптацию к меняющимся оперативным потребностям”.
Фонтанелли добавил: “Во время тушения пожаров на кону стоят жизни людей, и технология OPENSIGHT разработана с учетом этого критического понимания”. Он отметил, что решения FlySight помогают находить и спасать людей во “враждебных условиях, таких как море, горная местность или места бедствий, например, пожары”. В целом, по его словам, эти системы улучшают ситуационную осведомленность и планирование миссий, повышая успешность пожарных миссий.
Фонтанелли заключил: “Наши системы, которые уже сочетают в себе превосходные изображения высокого разрешения и самые современные методы машинного обучения, обеспечивая операторам невероятный уровень детализации и беспрецедентную ситуационную осведомленность, предлагают возможность настройки дальности обнаружения целей в зависимости от желаемого расстояния и размера цели. Это усовершенствование позволяет пользователям более эффективно настраивать производительность системы для удовлетворения конкретных потребностей наблюдения”.
В борьбе с лесными пожарами будет помогать программное обеспечение, которое составляет карту лесного пожара и дает пилоту рекомендации по выбору оптимального угла атаки.
Фосен согласился с тем, что технологии, которыми оснащаются беспилотные летательные аппараты, дают дронам преимущество в операциях AFF: “В борьбе с лесными пожарами нам будет помогать программное обеспечение, которое составляет карту лесного пожара и дает пилоту обратную связь о наилучшем угле атаки, а сбросы осуществляются с помощью системы прицеливания. Поскольку у нас есть инструменты для разработки автопилота, мы можем очень быстро интегрировать новые датчики и инструменты”. У нас также есть программные и аппаратные симуляторы, позволяющие исправлять ошибки до того, как они появятся на платформе”.
Заглядывая в будущее и надевая образовательную шляпу, Эдвардс заключил: “Наша отрасль находится на переломном этапе, когда технологические ожидания превосходят требования к обучению на базовом, фундаментальном уровне. Часть 107 [правила FAA для малых UAS] недостаточна для понимания того, как безопасно и эффективно управлять UAS в Национальной системе воздушного пространства (NAS)”.
Компания Fosen гордится тем, что Phoenix находится в авангарде беспилотных технологий, что говорит о том, что ему не мешают прежние ограничения по грузоподъемности, грузоподъемности и дальности полета, делая беспилотники гораздо более способными и позволяющими выполнять разнообразные функции в секторе пожаротушения: “Сегодня Phoenix имеет внешнюю грузоподъемность 1400 кг, что является неслыханным для индустрии беспилотников. Дальность полета Phoenix CPSD составляет 650 км, и он может летать в течение пяти часов, прежде чем ему потребуется дозаправка. Внутренняя грузоподъемность Phoenix составляет 1 000 кг, и у него, вероятно, самый большой грузовой отсек среди винтовых беспилотников на сегодняшний день”.
Резюме
Число лесных пожаров во всем мире резко возросло, в то время как численность персонала сократилась, что создает новые возможности для изобретений, таких как дистанционно пилотируемые системы, которые позволяют находить новые технологические решения. Обучение пилотов беспилотных летательных аппаратов, совершенствование программного обеспечения и картографии, а также анализ данных – все это комплексные усовершенствования в отрасли. Услуги в этой отрасли развиваются, предлагая новые возможности для систем пожаротушения.
