Walcząc z pożarami za pomocą LoRaWAN

W listopadzie 2018 roku pożar trawił przez 17 dni, zabijając 85 osób i niszcząc niemal 19 000 domów, firm i innych budynków w mieście Paradise, Kalifornia, położonym u podnóża Sierra Nevady. Według raportu CAL FIRE, pożar lasu był wynikiem wadliwych linii przesyłowych elektrycznych, które początkowo zapaliły się przez źle utrzymane stalowe haki podtrzymujące linie wysokiego napięcia. Średnio pożary lasów spalają dwa razy więcej powierzchni gruntów rocznie niż 40 lat temu. Paradise to tylko jeden z wielu przykładów miast, miasteczek i gmin, które zostały zniszczone przez pożary.

W 2021 roku Stany Zjednoczone doświadczyły rekordowo wysokich temperatur i fali upałów, które w dużej mierze podsycały pożary w całym kraju. Oprócz strat w mieniu, dzikiej przyrody i ludzkich istnień, pożary lasów przyczyniają się znacząco do zmian klimatu. Średni pożar lasów emituje od 5 do 30 ton węgla na 2,5 akra – mniej więcej wielkość dwóch boisk do piłki nożnej ustawionych obok siebie.

Dodajmy do tego inne skutki pożarów lasów, takie jak erozja i powodzie, co prowadzi do dodatkowych wyzwań, w tym niezawodności firm energetycznych i usługowych, od których codziennie zależą ludzie, oraz zdrowia i bezpieczeństwa obywateli.

Wykrywanie pożarów lasów wczesnych etapach może zmniejszyć czas reakcji i wielkość potencjalnych szkód spowodowanych przez pożar. Niestety, to łatwiej powiedzieć niż zrobić.

Sensory wyposażone w technologię Internetu rzeczy (IoT) mogą pomóc wykrywać i alarmować odpowiednie agencje, aby zapobiec pożarom lasów, zanim w ogóle się zdarzą. IoT pojawił się jako wybitne narzędzie we wszystkich branżach, takich jak opieka zdrowotna, transport, przemysł, handel detaliczny i inne, pomagając w łączeniu urządzeń i aplikacji w celu usprawnienia procesów, które pomagają wielu osobom. Dzięki technologiom o dużym zasięgu i niskim zużyciu energii, takim jak LoRa, NB-IoT i Wi-Fi, urządzenia z IoT mogą działać na większych odległościach i komunikować się z urządzeniami z niższą prędkością.

Historycznie patrząc, tradycyjne systemy monitorowania pożarów wykorzystywały obrazowanie satelitarne, kamery naziemne i wieże obserwacyjne do monitorowania obszaru pod kątem dymu lub płomieni. Ale na suchych jak krzesiwo krajobrazach pożary lasów rozprzestrzeniają się tak szybko, że ich wykrycie, gdy dopiero się zaczęły, jest już za późno.

Firmy energetyczne i usługowe, straże pożarne, a nawet całe miasta mogą instalować sensory z IoT w odległych lub trudno dostępnych miejscach, aby zbierać dane, które mogą ostrzec ich o potencjalnym pożarze lasu. Sensory o dużym zasięgu i niskim zużyciu energii, działające w standardzie LoRaWAN, pozwalają użytkownikom zbierać dane środowiskowe z najbardziej zalesionych, odizolowanych lub oddalonych obszarów. Dzięki rozwiązaniom IoT operatorzy mogą zdalnie mierzyć i wykrywać problemy, zanim staną się kryzysem. Standard LoRaWAN jest idealny do tego zastosowania, ponieważ łączność jest zawsze aktywna i gotowa do powiadomienia władz o zmianach temperatury, wilgotności, ciśnienia atmosferycznego, wiatrów i nie tylko.

Niskie zużycie energii przez sensory wykorzystujące technologię LoRa pozwala na bezprzewodowe połączenie z standardowymi bramkami, wykorzystującymi LoRaWAN i pozostanie w środowisku przez okres do 15 lat bez konieczności konserwacji.

Dryad Networks, startup IoT środowiskowy z siedzibą w Berlinie, ma misję walki z pożarami lasów i łagodzenia ich wpływu na zmiany klimatu. Możesz się zastanawiać, dlaczego startup w Niemczech skupia się na pożarach lasów.

Ale pożary lasów wzrastają w niemieckich lasach i zadrzewieniach, tak samo jak w Stanach Zjednoczonych. W rzeczywistości w 2019 roku Niemcy doświadczyły największego odnotowanego pożaru lasu. A sięgając roku 2018, było tam 1718 pożarów lasów – cztery razy więcej niż w poprzednich latach.

Dryad nawiązał współpracę z Semtech i Swarm, globalnym deweloperem sieci komunikacji satelitarnej, aby stworzyć system ultrawczesnego wykrywania pożarów lasów. System czujników zasilanych energią słoneczną firmy Dryad, Silvanet, wykorzystuje sztuczną inteligencję do wykrywania nieprawidłowych wzorców gazów w powietrzu. Aby połączyć system IoT, Silvanet zapewnia długie zasięgi, niskie zużycie energii i bezprzewodową sieć, która została rozszerzona za pomocą architektury sieci mesh, aby pokryć duże obszary lasu. Dzięki wbudowanej obsłudze łączności radiowej satelitarnej od Swarm, Dryad otrzymuje dane z odległych obszarów w czasie rzeczywistym, co umożliwia szybszą reakcję. Sieć Swarm składająca się z 120 satelitów pokrywa każdy punkt na Ziemi, umożliwiając transmisję danych z dowolnego miejsca, nawet jeśli nie ma tam zasięgu sieci komórkowej.

Silvanet to system wykrywania pożarów lasów składający się z trzech głównych komponentów:

> Bramka siatki Silvanet rozszerza sieć Silvanet na duże instalacje poza zasięgiem standardowego połączenia bezpośredniego między czujnikami a bramkami w standardowych sieciach LoRaWAN. Architektura wykorzystuje wieloskoku siatkę bramek połączonych ze standardowymi urządzeniami LoRa firmy Semtech. Każdy służy jako standardowa bramka sieciowa wykorzystująca LoRaWAN do czujników pożarów lasów Silvanet i czujników innych producentów. Bramki siatki są umieszczone w lesie, tworząc siatkę mesh z typowym zasięgiem od około 2 do 6 km, w zależności od topologii i fizycznego umieszczenia bramek.

> Bramka graniczna Silvanet jest umieszczana na granicy docelowego obszaru lasu, zwykle w domu lub w pobliżu wioski. Bramka graniczna komunikuje się z platformą chmurową Silvanet i przekazuje wiadomości z czujników pożarów lasów. Wbudowane radio LTE zapewnia łączność bezprzewodową lub wykorzystuje wbudowany adapter Ethernet za pośrednictwem przewodowego Internetu. W przypadku odległych instalacji, gdzie nie ma zasięgu sieci komórkowej ani dostępu do zasilania, bramka graniczna Silvanet ma wbudowaną obsługę łączności satelitarnej za pośrednictwem sieci satelitarnej Swarm. Działa za pomocą elektryczności lub może być zasilana przez ogniwosłoneczne.

> Czujnik pożarów lasów Silvanet został zaprojektowany do wykrywania pożarów lasów we wczesnych etapach oraz monitorowania mikroklimatu, mierząc temperaturę, wilgotność i ciśnienie atmosferyczne. Czujnik łączy ultra-niskie zużycie energii do pomiaru jakości powietrza z precyzyjnym trybem pomiaru gazów. Wykrywa wodór, tlenek węgla, dwutlenek węgla i inne gazy na poziomie części na milion (ppm) za pomocą sztucznej inteligencji do wykrywania pożaru i unikania fałszywych alarmów. Czujnik wykorzystuje łączność LoRaWAN do bezprzewodowej transmisji danych i może działać bez konserwacji przez 10-15 lat.

Dryad uruchomił swoją pierwszą sieć w lesie koło Berlina i ma w planie dziesięć innych wdrożeń koncepcyjnych w Stanach Zjednoczonych, Europie, Australii, Indonezji i Afryce. Sensory są w stanie wykryć nowy pożar w ciągu 30 do 60 minut, w zależności od umiejscowienia czujników.

Jeśli chodzi o pożary lasów, czas ma ogromne znaczenie. Wczesna wykrycie może nie tylko uratować życie mieszkańców i ostrzec ich, aby zapewnić odpowiednią ewakuację, ale również zmniejszyć wiele kosztów związanych z walką z pożarami i wykorzystywanymi do tego zasobami.

Sensory z IoT dla środowiska

Osoby mogą wykorzystać moc IoT nie tylko do zapobiegania zniszczeniom spowodowanym przez pożary lasów, ale także do dobra środowiska. W rzeczywistości Silvanet nie jest ograniczony tylko do wykrywania pożarów lasów. Ponieważ jest oparty na otwartym standardzie LoRaWAN, solarny, dużoskalowy system mesh może łączyć wiele czujników firm trzecich za pomocą LoRaWAN i sieci mesh Silvanet, aby przekazywać dane czujnikowe do chmury.

Czujniki danych środowiskowych mierzące wilgotność gleby, stężenie ozonu, wzrost drzew i przepływ soku mogą dostarczyć kluczowe dane dotyczące monitorowania zdrowia i wzrostu drzew, wspierając przemysł leśny.

Jak niemal wszystkie branże, leśnictwo mogłoby w dużym stopniu skorzystać z cyfryzacji swoich narzędzi i operacji. Wcześniej branża ta była w tyle ze względu na brak zasięgu sieci. Teraz, dzięki Silvanet, Semtech i Swarm prowadząca tę sprawę, zasięg sieci jest dostępny nawet w najbardziej odległych obszarach lasów na całym świecie.

Walcząc ze zmianami klimatu za pomocą IoT

Zmiany klimatu, zarówno spowodowane przez człowieka, jak i naturalne, szybko zakłócają wzorce pogodowe i zmieniają równowagę przyrody. Zmiany temperatury tworzą warunki, które wpływają na pożary lasów i powodują zmianę wzorców opadów, prowadząc do występowania poważnych i częstych burz powodziowych, osuwisk i zniszczeń społeczności.

Walcząc z efektami zmian klimatycznych, w tym z wzrostem pożarów lasów, jest niezwykle ważne dla ochrony naszej planety. Technologie IoT mogą pomóc w zwalczaniu przyszłych zniszczeń za pomocą łatwych w wdrożeniu i obsłudze inteligentnych rozwiązań, które chronią nasze środowisko.