明尼苏达大学研发无人机：未来或助力高效扑灭野火

浓烟从明尼苏达州双子城以北的西达溪生态系统科学保护区一片30英亩的草原上升起，火势正在稳步蔓延中。在烟雾中，五架黑色无人机快速穿梭。

在飞行机器人下方150多英尺的地方，研究生尼基尔·克里什纳库马尔把控制器举到空中。

“现在一切都是自动化的，”他说。“我什么都不做。”

空中机器人团队的任务是检查规定燃烧产生的烟雾，并把数据发送到地面的计算机。克里什纳库马尔说，计算机随后会分析烟雾数据，以了解火势的流动模式。

明尼苏达大学的项目是最新的研究，旨在利用人工智能检测和追踪野火。随着气候变化预计将使像今年夏天在曼尼托巴造成严重损失的野火变得更大和更频繁，这项研究变得更加紧迫。

美国国家海洋和大气管理局的下一代火灾系统由两颗位于赤道上方22,000英里的卫星组成，能够探测新的热源并将其报告给当地的国家气象局和在线仪表板。根据该机构的说法，今年早些时候，这些卫星被认为成功发现了俄克拉荷马州的19场火灾，并防止了8.5亿美元的建筑和财产损失。

在明尼苏达州，Xcel在曼卡托和清湖附近的电力线路上安装了塔式的高分辨率摄像头，配备人工智能技术。还计划再安装36个。当检测到火灾时，当地的消防部门会收到通知。

Krishnakumar 和 U 大学的研究团队的其他成员在东贝瑟尔的 U 大学的野外站进行了第 11 次试验，取得了显著的进展。

Krishnakumar 说，第一代无人机在之前的野外测试中多次坠毁。团队升级了传感器，以便更好地收集数据和进行自主导航，并通过增大无人机体积和配备更好的螺旋桨来改善其推进系统。

“总体来说，这些无人机有一天可以用来了解野火的传播方向、行为，以及对野火进行大规模监测，”Krishnakumar 说。“我们面临的主要挑战是这些烟雾颗粒能传播多远，以及它们可以达到的高度。”

理解像火星这样的粒子的行为可以帮助消防员防止野火蔓延，团队的另一位研究人员岳翁表示。

尽管该项目在大规模野火中应用还有很长的路要走，但这项研究代表了朝着使用完全自主的无人机系统进行紧急响应和科学研究任务迈出了重要一步，明尼苏达大学机械工程系的教授洪佳荣说。

根据明尼苏达州自然资源部的数据，今年明尼苏达州迄今已记录到1,200起野火。洪教授表示，这项技术在小规模上也可以更好地管理控制燃烧。从2012年到2021年，失控的控制燃烧导致全国范围内发生了43起野火，据美联社报道。

“在真实环境中表征和测量粒子运输非常具有挑战性。传统上，人们进行小规模的实验室实验，并在基础层面上研究这个问题，”洪说。“这样的实验无法捕捉到真实场景环境中涉及的复杂性。”

烟雾会随着风的方向而变化。洪说，部署多个无人机，其中一个在中心负责管理周围的四个，可以让它们在空中自主导航，无需人工干预。

这些重达11磅的无人机是由学生定制建造的，能够自主收集粒子数据。这个项目的未来改进，包括收集更多数据和延长无人机的电池寿命，得到了U大学和国家科学基金会的资助。洪说，这些无人机目前在空中能飞行大约25分钟，但在较冷的温度下飞行时间会更短。

“我们有无人机在不同高度飞行，这样我们就能同时测量不同高度的颗粒成分，”洪教授说。“颗粒的形状非常不规则，有些是多孔的，密度也各不相同。但这是我们第一次能够对它们的形态和形状进行表征。”