I august 2024 samledes et team af NASA-forskere og partnere i Missoula for at teste ny drone-baseret teknologi til lokaliseret prognoser eller mikrometeorologi. Forskere fastgjorde vindsensorer til en drone, NASAs Alta X Quadcopter, med det formål at give præcise og bæredygtige meteorologiske data for at hjælpe med at forudsige brandadfærd.
Wildfires øges i antal og sværhedsgrad rundt om i verden, herunder De Forenede Stater, og vind er en vigtig faktor. Det fører til uventede og uforudsigelige brandvækst, offentlige trusler og brandmødsfald, hvilket gør mikrometeorologi til et meget effektivt værktøj til at bekæmpe brand.
Kampagnen blev drevet af NASAs Firesense -projekt, der fokuserede på at tackle udfordringer i Wildland Fire Management ved at sætte NASA -videnskab og teknologi i hænderne på operationelle agenturer.
“At sikre, at den nye teknologi let kan anvendes af operationelle agenturer som US Forest Service og National Weather Service var et andet primært mål for kampagnen,” Sagde Jacquelyn Shuman, FireSense -projektforsker ved NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley.
Firesense-teamet valgte Alta X-dronen, fordi den amerikanske skovtjeneste allerede har en flåde af quadcopters og trænet drone-piloter, hvilket kunne gøre integrering af de nødvendige sensorer-og den ledsagende infrastruktur-meget lettere og mere omkostningseffektivt for agenturet.
Valget af de to sensorer til dronens nyttelast blev også drevet af deres adoptabilitet.
Den første, kaldet en radiosonde, måler vindretning og hastighed, fugtighed, temperatur og tryk og bruges dagligt af National Weather Service. Den anden sensor, et anemometer, måler vindhastighed og retning og bruges på vejrstationer og lufthavne over hele verden.
“Anemometre er overalt, men er normalt stationære,” Sagde Robert McSwain, Firesense Uncrewed Aerial System (UAS) -ledelsen, der er baseret på NASAs Langley Research Center i Hampton, Virginia. “Vi tager en sensortype, der allerede bruges over hele verden, og giver den vinger.”
Begge sensorer opretter datasæt, der allerede er kendte for meteorologer over hele verden, som åbner platformens potentielle applikationer.
Aktuelle prognosemetoder: Vejrballoner
Traditionelt indsamles globale vejrprognosedata ved at fastgøre en radiosonde til en vejrballon og frigive dem i luften. Dette system fungerer godt til regionale vejrprognoser. Men det hurtigt skiftende miljø i Wildland Fire kræver mere tilbagevendende, præciserede prognoser for nøjagtigt at forudsige brandadfærd. Det er den perfekte niche til en drone.
“Disse droner er ikke beregnet til at erstatte vejrballonerne,” Sagde Jennifer Fowler, Firesense’s projektleder hos Langley. “Målet er at skabe en drop-in-løsning for at få hyppigere, lokaliserede data til ildebrande-ikke for at erstatte al vejrprognose.”
Droner giver kontrol, gentagelsestest, bæredygtighed
Droner kan piloteres for at fortsætte med at foretage målinger over en præcis placering-en på stedet prognaster kan flyve et par timer, når forholdene ændrer sig-og indsamle rettidige data for at hjælpe med at bestemme, hvordan vejret vil påvirke retningen og hastigheden på en brand.
Brandbesætninger på jorden kan have brug for disse oplysninger for at tage hurtige beslutninger om, hvor man skal indsætte brandmænd og ressourcer, trække brandlinjer og beskytte samfund i nærheden.
En genanvendelig platform, som en drone, reducerer også den økonomiske og miljømæssige virkning af prognoserflyvninger.
“En vejrballon bliver en engangs, og den vedhæftede sensor bliver ikke gendannet,” Sagde Fowler. “Den instrumenterede drone kan på den anden side flyves gentagne gange.”
Missoula -kampagnen
Inden sådan teknologi kan sendes ud til en brand, skal den testes. Det var det, FireSense -teamet gjorde i sommer.
McSwain beskrev forholdene i Missoula som en “Tilpasning af stjerner” Til forskning: Det komplekse bjergterræn producerer uberegnelige, historisk uforudsigelige vinde, og sparsiteten i overvågningsinstrumenter på jorden gør vejrprognosen meget vanskelig. I løbet af den tre-dages kampagne brændte flere brande i nærheden, hvilket gjorde det muligt for forskere at teste, hvordan dronerne optrådte under smokey forhold.
Et drone-team ud af NASA Langley gennemførte otte dataindsamlingsflyvninger i Missoula. Før hver droneflyvning lancerede studerende hold fra University of Idaho i Moskva, Idaho og Salish Kootenai College i Pablo, Montana, en vejrballon med den samme type radiosonde.
Når disse datasæt blev oprettet, skulle de omdannes til et brugbart format. Meteorologer er vant til numrene, men hændelseskommandører på en aktiv brand er nødt til at se dataene i en form, der giver dem mulighed for hurtigt at forstå, hvilke forhold der ændrer sig, og hvordan. Det er her datavisualiseringspartnere kommer ind. For Missoula -kampagnen sluttede hold fra Mitre, Nvidia og Esri NASA i marken.
Målinger fra både ballonen og drone-platformene blev straks sendt til datamaterne på stedet. Miter-teamet testede sammen med NVIDIA kunstig intelligens meteorologiske modeller i høj opløsning, mens ESRI-teamet skabte omfattende visualiseringer af flyveveje, temperaturer og vindhastighed og retning. Disse visuelle repræsentationer af dataene gør konklusioner mere umiddelbart synlige for ikke-meteorologer.
Hvad er det næste?
Udvikling af drone -kapaciteter til brandovervågning begyndte ikke i Missoula, og det vil ikke ende der.
“Denne kampagne gearede næsten et årti med forskning, udvikling, teknik og test,” sagde McSwain. “Vi har opbygget en UAS -flyvning, der nu kan bruges på tværs af NASA.”
NASA Alta X og dens sensor -nyttelast går til Alabama og Florida i foråret 2025, der indeholder forbedringer, der er identificeret i Montana. Der vil teamet udføre en anden teknologidemonstration med Wildland Fire Managers fra en anden region.