物联网可能及时抢救森林大火？

漫天火光在地平线闪动着，火舌乱窜并蔓延到下方的山谷中。大火先是烧毁了一大片的外围建筑物，几乎将整排住宅夷为平地，烧到只剩下断瓦残垣、化为焦土的财产、废墟和毁灭的生活。

这样的场景在2021年夏天的美国西部很常见。美国西部各州的大火对空气质量造成了极大的影响，大火产生的烟雾甚至蔓延到了芝加哥和纽约各大城市，严重污染了这些地区的空气。现有的技术可能还没办法预防火灾，但是却完全可能减轻火灾的严重性。越来越多的物联网(IoT)公司正朝着这个方向努力。

图1：美国俄勒冈州布莱(Bly, OR)附近燃烧的Bootleg森林大火。猛烈的火势导致气候恶劣，甚至引发闪电。

来势凶猛的森林大火并不仅限于美国。过去几年来，亚马逊(Amazon)雨林\和澳洲也相继发生严重的大火。

人们对于近来森林大火频传的原因争论不休，有人认为气候变化是最根本的原因，也有人相信是当地的人为因素，例如科罗拉多州的5G蜂窝基站起火以及内华达州的枪击事件等。

无论何种原因，森林大火的影响都是毁灭性的，而且随着我们进入2020年代，大火发生的频率更高了。美国国家跨部会消防中心表示，截至2021年7月20日，全美各地已经发生83场大火，超过2,585,492英亩（EETC编按：约合15694452.8亩）的土地化为乌有。专家表示，更令人担忧的是，大火产生的二氧化碳(CO₂)占全球每年CO₂总排放量约20%。

发生在俄勒冈州南部的“靴筒山大”(Bootleg Fire)延烧，吞噬了该州超过400,000英亩（EETC编按：约合2428079.88亩）的森林(图1)。同时，根据CalFire的资料，加州的“迪克西野火”(Dixie Fire)肆虐Golden State的三个郡，烧毁超过197,000英亩（EETC编按：约合58213497.1亩）的土地，至今年7月26日也仅有22%的火势被控制住。

根据美国非营利组织“气候中心”(Climate Central；由科学家和记者组成的独立组织，致力于研究和报导全球暖化)指出，“平均而言，森林大火每年烧毁的土地面积是40年前的2倍。”

那么，如何才能有效预防森林大火？

如果能尽早发现森林大火，就越容易阻止或控制森林大火的发生。如果能在火灾发生之前就检测到危险，有关当局就可以在灾难发生前加以预防。然而，在森林地区提早侦测到大火是极其困难的。在飞机监控和卫星GPS技术出现之前，主要依赖天气预报、季节性火灾监测以及运气来监测容易起火的地区。

物联网能解决火灾难题？

几家新创以及一些公司正在开发搭载无线传感器的物联网系统，可用于提早对森林大火进行警示。目前能够提供这类系统的公司包括Dryad、LADsensor和Seidor。

笔者采访了Dryad Networks共同创办人兼执行长Carsten Brinkschulte，讨论他的公司为早期侦测森林大火而即将推出的太阳能LoRaWAN传感器系统。Brinkschulte说：“我们最重要的创新部分是在LoRaWAN添加了网状的网络基础设施。这增加了基站之间互相通信的能力并采用了某种聚类算法，由一个基站接收信息，再将信息传递至下一个基站，以此类推直到信息到达连接互联网的网关。透过这种方式，我们可以覆盖广阔的区域，达数千平方千米，而无需每个基站都连接到互联网。”

这些传感器可以连接到边界网关(透过LTE-M或以太网络连接至互联网)，以增添Starlink卫星天线。Brinkschulte补充道：“每个边界网关都可以支持Swarm。”

这些传感器无需使用电池，也没有需要用户自行维护的组件。Brinkschulte指出：“只需将这些传感器挂在树上就行了(图2)。”Dryad在一些新闻数据中甚至直接使用“树联网”(Internet of Trees)一词来宣传。

图2：传感器示意图。(图片来源：Dryad Networks)

在这些传感器中整合了博世(Bosch) BME688气体传感器芯片，以检测空气中的气体成份——氢气、CO₂和一氧化碳。Dryad传感器接着运用机器学习和边缘处理来检测空气中是否包含发生森林大火时常见的各种气体。Brinkschulte称这些传感器芯片“具有高精度和低故障率”。

发现森林大火

Dryad的目标是在一小时内探测到森林着火。Brinkschulte说：“很简单，发现森林着火当然是越早发现越好。如果能在火灾发生之前、当大火还没有燃烧起来时提早发现，消防部门就更容易将火扑灭，从而避免发生森林大火灾难。”

Brinkschulte说，在既有道路又有森林的荒地和城市的交界处，需要大约500个传感器，才能覆盖大约10平方英里（EETC编按：约合25.9平方公里）面积。一旦进入广阔的野外森林，所需的传感器数量将会减少到250个左右。

Brinkschulte表示，传感器的标准价格(不考虑任何批量折扣)约为每个50美元。也就是说，要覆盖荒地-城市交界区域，大约需要花费25,000美元的传感器支出。

“当然，我们会提供批量折扣。”他预计，一旦Dryad可实现大规模制造，产量达到百万级，传感器的价格将降至每个约20美元。

该新创公司还收取服务年费，约占硬件成本的10%至15%。因此，该产品并不适用于荒地-城市边缘的普通消费者(也包括农民)。Brinkschulte表示，Dryad产品推出时一直锁定在政府、能源公司和私营林业公司(即伐木公司)。

Dryad也可以在部署的网络中添加其他类型的传感器。Brinkschulte指出，伐木公司对此将特别感兴趣，因为他们可以用这些传感器监测土壤和树木的生长。

利用物联网进行森林大火的预警还为时过早。这些产品还没有真正在火焰的高温下进行过测试。但如果有必要的话，这些新的物联网系统也许能够提供更高层级的森林大火防御。

Brinkschulte说：“森林大火的难题并不是单靠这一种产品就能解决，但我们认为，由于该产品拥有超前探测的能力，可以补强卫星或摄影机方案，在解决这一难题时发挥关键作用。”

(参考原文：Fighting wildfires with the IoT，by Dan Jones)

本文同步刊登于EDN Taiwan 2021年11月刊杂志