從華盛頓州到新墨西哥州，整個(gè)美國(guó)西部正面臨著由全球變暖、森林管理不善及其他一系列問(wèn)題引發(fā)的史上最大干旱與野火風(fēng)險(xiǎn)。
野火一起，供電很可能隨之而斷。正如此前爆發(fā)的加利福尼亞大火一樣，整個(gè)連鎖反應(yīng)將給企業(yè)和居民帶來(lái)可怕的后果。
相信很多朋友都從衛(wèi)星圖像中見(jiàn)識(shí)過(guò)野火、煙霧以及毀林滅地后的真容。但是，如果能夠?qū)⑷蚬_發(fā)布的高分辨率地球觀測(cè)衛(wèi)星圖像同AI技術(shù)相結(jié)合，不就能在關(guān)鍵時(shí)間與節(jié)點(diǎn)檢測(cè)并應(yīng)對(duì)火災(zāi)、進(jìn)而防止重大后果的發(fā)生嗎？
事實(shí)上，除了高懸頭頂?shù)男l(wèi)星之外，每個(gè)人在社交平臺(tái)上發(fā)布的內(nèi)容也可作為分析素材。那么，該如何整合來(lái)自Twitter、Flickr以及Instagram等社交媒體網(wǎng)絡(luò)的用戶上傳公開圖像？
除了可見(jiàn)光之外，還有多光譜圖像、特別是熱成像的配合，它們都能從多個(gè)層級(jí)以熱量為觀測(cè)對(duì)象描繪出火災(zāi)全貌。
眾多衛(wèi)星平臺(tái)都能為多國(guó)衛(wèi)星RADR-Fire分析系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)素材
因此，華盛頓州里奇蘭能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）開發(fā)出了一種野火災(zāi)難響應(yīng)快速分析系統(tǒng)——RADR-Fire。RADR-Fire能夠消化所有成像數(shù)據(jù)，并將AI/云計(jì)算同損害評(píng)估工具相結(jié)合，及時(shí)實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)探測(cè)、野火路徑預(yù)測(cè)以及自然災(zāi)害影響預(yù)估。
這套系統(tǒng)不僅能夠評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)測(cè)可能發(fā)生的情況以及潛在的應(yīng)對(duì)策略，甚至能夠提取出過(guò)往抑制或控制火災(zāi)時(shí)最有效的解決辦法。系統(tǒng)還可以看到火熱的熱邊界在哪里、將去向哪里、核心高溫點(diǎn)在哪里、應(yīng)在哪里放置阻燃劑并為消防員們找到安全的撤退路線——一切均以實(shí)時(shí)方式完成。
它甚至能夠確定火災(zāi)造成了多少碳排放、火災(zāi)之后可能引發(fā)包括灌水和山體滑坡在內(nèi)的哪些地質(zhì)災(zāi)難，具體受災(zāi)位置在哪里等。
猶他州潘圭奇以南猛犸大火的RADR圖像，鮮紅色區(qū)域表示活躍的火鋒，而紫色則表示陰燃區(qū)域
據(jù)了解，單在2020年一年，全美就有超過(guò)1000萬(wàn)英畝土地被野火焚毀，相當(dāng)于1990年至2000年十年期間平均水平的三倍，由滅火成本、其他直接與間接成本造成的總損失高達(dá)1700億美元。再加上灌水、颶風(fēng)及其他自然災(zāi)害，美國(guó)民眾的生計(jì)因此遭受重大打擊。
而RADR-Fire能夠?yàn)槊绹?guó)境內(nèi)的所有火災(zāi)提供全天候、完全自動(dòng)化的處置分析流程，包括圖像檢索、分析與數(shù)據(jù)傳播。無(wú)論是偏遠(yuǎn)的荒野地區(qū)、城市周邊的郊縣、草地及灌木火災(zāi)乃至重大森林火災(zāi)，都在RADR-Fire的全面監(jiān)控之下。在此之前，野火分析操作主要依靠夜視圖像與飛機(jī)收集圖像，并由人類分析師對(duì)圖像內(nèi)容做出解釋。
RADR-Fire充分發(fā)揮各顆衛(wèi)星處于不同軌道、運(yùn)行軌跡及掠過(guò)時(shí)間的特性，同時(shí)配合國(guó)際空間站上的多種實(shí)驗(yàn)傳感器進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)時(shí)間區(qū)分，由此建立更大的成像覆蓋范圍。
美國(guó)目前處于5級(jí)國(guó)家防備等級(jí)，即最高激活級(jí)別，意味著大部分野火事件都將由超過(guò)25000名野地消防員及支持人員參與撲救。但是飛機(jī)成像資源有限，所以并不是每次火災(zāi)都能獲得必要的航空測(cè)繪數(shù)據(jù)。在這方面，RADR-Fire挺身而出，負(fù)責(zé)對(duì)全美每一場(chǎng)火災(zāi)——無(wú)論具體規(guī)模、復(fù)雜度或所處位置——進(jìn)行自動(dòng)成像及分析。FADR-Fire基于云端，因此即使火災(zāi)數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)激增，系統(tǒng)也能隨時(shí)擴(kuò)展以滿足需求。
雖然目前主要關(guān)注美國(guó)國(guó)內(nèi)，但這套系統(tǒng)也可用于世界其他區(qū)域，利用全球衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)包括野火在內(nèi)的多種自然災(zāi)害。
Andre Coleman博士和他的PNNL研究團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)是由政府、行業(yè)及學(xué)術(shù)界專家組成的First Five聯(lián)盟成員，致力于利用先進(jìn)技術(shù)緩解自然災(zāi)害的影響。Coleman團(tuán)隊(duì)目前正在擴(kuò)展RADR-Fire的運(yùn)營(yíng)分析與建模能力，希望減輕突發(fā)事件對(duì)關(guān)鍵能源基礎(chǔ)設(shè)施的破壞。
Coleman團(tuán)隊(duì)還將圖像捕捉技術(shù)（衛(wèi)星、機(jī)載與無(wú)人機(jī)圖像）、AI及云計(jì)算相結(jié)合，用以評(píng)估甚至預(yù)測(cè)由災(zāi)害造成的實(shí)際損失。
俄勒岡州杰克大火（北）與道格拉斯郡大火（南）的RADR圖像中顯示出多項(xiàng)關(guān)鍵元素。請(qǐng)注意圖中關(guān)于部分高壓輸電線路發(fā)生火災(zāi)的描述。插圖部分對(duì)此做出更多細(xì)節(jié)說(shuō)明
上圖就是RADR-Fire發(fā)揮作用的典型案例。俄勒岡州杰克大火（北）與道格拉斯郡大火（南）的RADR圖像中顯示出多項(xiàng)關(guān)鍵元素。請(qǐng)注意圖中關(guān)于部分高壓輸電線路發(fā)生火災(zāi)的描述。在圖像的右下角（東南角），可以看到著名的火山口湖公園。RADR-Fire的分析結(jié)論來(lái)自歐洲航天局Sentinel-2地球觀測(cè)衛(wèi)星于2021年8月15日11：59（太平洋夏令時(shí)）收集到的圖像。Sentinel-2拍攝的單一圖像可覆蓋約4650平方英里（68 x 68英里）的區(qū)域，衛(wèi)星會(huì)沿軌道每幾秒鐘拍攝一張圖像。插圖中顯示了捕捉自野火期間的更多詳細(xì)信息。
但單憑圖像并不足以給出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此RADR-Fire會(huì)將影像分析同天氣、可燃物、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)等結(jié)合起來(lái)。例如，風(fēng)向、植被及任何可以助燃的物料都會(huì)對(duì)火災(zāi)的規(guī)模和方向造成影響。通過(guò)將圖像與可燃物數(shù)據(jù)及野火模型相結(jié)合，人們即可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出火災(zāi)的行進(jìn)路徑。
當(dāng)然，這些評(píng)估結(jié)果需要被盡快交付至合適的人手中。災(zāi)害協(xié)調(diào)需要地方、區(qū)域及國(guó)家資源的全面投入，而不同資源往往處于不同位置，因此必須以易于訪問(wèn)和解釋的格式加快數(shù)據(jù)交付速度。云系統(tǒng)能夠提供端到端管道，供人們隨時(shí)隨地、甚至在數(shù)據(jù)通信受限的環(huán)境中經(jīng)由桌面網(wǎng)絡(luò)瀏覽器或者用戶設(shè)備上的移動(dòng)端應(yīng)用實(shí)現(xiàn)圖像檢測(cè)、分析處理與數(shù)據(jù)傳播。由視覺(jué)分析生成的圖像和數(shù)據(jù)集將由此被快速由廣大救災(zāi)組織獲取。
正如Coleman所言，“整個(gè)流程使用應(yīng)用程序編程接口（API），使得我們的系統(tǒng)能夠與世界各地的其他系統(tǒng)進(jìn)行通信。在獲得圖像之后，相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)從傳感器被傳遞至我們的云系統(tǒng)，在這里接受預(yù)處理（每個(gè)衛(wèi)星傳感器擁有不同的預(yù)處理步驟），而后由一組經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)（AI）代碼根據(jù)國(guó)家野火協(xié)調(diào)組制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖像提取與數(shù)據(jù)分類——具體包括高熱邊緣（火鋒）、分散熱點(diǎn)、點(diǎn)狀火災(zāi)以及熱邊界（整體影響區(qū)域）。這些機(jī)器學(xué)習(xí)模型會(huì)使用數(shù)據(jù)的獨(dú)特電磁頻譜特征來(lái)推導(dǎo)出所需的信息，而后將這些分類數(shù)據(jù)以基于圖像的格式轉(zhuǎn)換為矢量格式，盡可能降低數(shù)據(jù)文件的體積以便于在受限的數(shù)據(jù)通信環(huán)境中傳輸。”
“這些地理信息系統(tǒng)（GIS）文件被存儲(chǔ)在開源地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，并以開放地理空間聯(lián)盟（OGC）數(shù)據(jù)服務(wù)的形式進(jìn)行交付，可供各網(wǎng)站、應(yīng)用程序及GIS軟件隨時(shí)接入、檢索并用于火災(zāi)控制流程。數(shù)據(jù)中還包含火災(zāi)信息、圖像收集日期/時(shí)間、收集圖像的衛(wèi)星、算法與版本以及其他相關(guān)信息，為最終用戶提供全面的本體記錄。這套系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上非常靈活，因此各最終用戶能夠以多種方式充分運(yùn)用其中的數(shù)據(jù)和信息。”
當(dāng)然，公眾還可以通過(guò)以下互動(dòng)網(wǎng)站查看其中部分信息。
下圖為交互操作的屏幕截圖。
RADR-Fire是一項(xiàng)全面的技術(shù)系統(tǒng)，通過(guò)使用國(guó)內(nèi)外開放訪問(wèn)的高分辨率地球預(yù)測(cè)衛(wèi)星收集多光譜圖像、特別是紅外圖像，用以補(bǔ)充現(xiàn)有火災(zāi)管理實(shí)踐
來(lái)源丨Forbes
作者丨James Conca
編譯整理｜科技行者
