Hiện tại, việc phát hiện sớm cháy rừng ở những khu vực hẻo lánh thường được thực hiện bằng vệ tinh - nhưng phương pháp này gặp nhiều khó khăn do thời tiết. Hơn thế nữa, ngay cả những hệ thống vệ tinh hiện đại nhất cũng chỉ có thể phát hiện được vụ cháy khi diện tích đã bao trùm khoảng 18.4 km2.

Để phát hiện kịp thời các vụ cháy rừng, nhóm nhà khoa học, dẫn đầu là Osama Bushnaq tại Trung tâm nghiên cứu Người máy độc lập thuộc Viện đổi mới công nghệ ở Abu Dhabi thuộc Các tiểu vương quốc Ả rập thống nhất (UAE) đề xuất một giải pháp mới khai thác mạng lưới cảm biến Internet vạn vật (IoT) và các máy bay không người lái (UAV).

Các nhà khoa học đã thử nghiệm phương pháp tiếp cận này thông qua mô phỏng, được giới thiệu trong một công trình nghiên cứu, công bố ngày 5/5 trên Tạp chí Internet of Things IEEE. Kết quả cho thấy hệ thống có thể phát hiện đám cháy có kích thước chỉ 2,5 km2 (dưới một dặm vuông) với độ chính xác cao.

Trước đó, năm 2019, Telefónica, công ty viễn thông đa quốc gia Tây Ban Nha, phối hợp với Đại học Carlos III de Madrid, công ty Divisek và Dronitec, đã thực hiện một nghiên cứu thử nghiệm với máy bay không người lái bay tự động trên cơ sở giải pháp IoT để phát hiện sớm đám cháy.

Đây là thử nghiệm hiện thực hóa ý tưởng một hệ thống các cảm biến và UAV tự động kết nối nhằm cảnh báo sớm cháy rừng bằng phương pháp truyền thông tin hỏa hoạn tới các dịch vụ khẩn cấp thời gian thực. 

UC3M, Telefónica, Divisek và Dronitec tiến hành thử nghiệm đã được thực hiện với sự hợp tác của các dịch vụ khẩn cấp thuộc Khu tự trị Madrid. UC3M phát triển các UAV bay tự hành và giao diện mà dịch vụ khẩn cấp sử dụng để kiểm soát thông tin thời gian thực; Divisek phát triển hệ thống tự động sạc UAV và Dronitec cung cấp các dịch vụ liên quan đến thử nghiệm. Cơ sở hạ tầng hiện có của Telefónica được sử dụng cung cấp kết nối dữ liệu thời gian thực.

Telefonica có các tháp truyền thông đặt khắp khu vực xung quanh Madrid, được trang bị các cảm biến nhiệt. Trong các tháp có một nhà chứa một máy bay không người lái, được trang bị các cảm biến, máy ảnh nhiệt và quang học. Khi các cảm biến nhiệt trên tháp liên lạc phát hiện ra đám cháy sẽ gửi cảnh báo đến UAV với tọa độ ban đầu. UAV bay đến vị trí hỏa hoạn, xác định tọa độ, thu thập video quang học và ảnh nhiệt và gửi thông tin đến trung tâm dịch vụ khẩn cấp thời gian thực. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, drones quay trở lại nhà chứa máy bay và tự động sạc lại.

Một hệ thống, sử dụng UAV do Đại học Madrid Carlos III phát triển, cảm biến nhiệt và tháp truyền thông của Telefónica có thể phát hiện được đám cháy trên khu vực có bán kích đến 15 km. 

Mở rộng hơn so với nhóm nghiên cứu Tây Ban Nha, phương thức tiếp cận của nhóm Bushnaq trong công trình nghiên cứu mô phỏng UAV – IoT liên quan đến một mạng lưới các cảm biến IoT nằm rải rác khắp những khu vực cần quan tâm như công viên quốc gia, các vùng rừng xa xôi.

Nếu hỏa hoạn bùng cháy, các thiết bị cảm biến IoT, được triển khai trong khu vực sẽ phát hiện và gọi một UAV bay đến khu vực, xác minh tọa độ và thu thập thông tin thời gian thực. Những thông tin thu thập được sẽ được truyền tải đến các cơ quan cứu hỏa, chịu trách nhiệm cho khu vực và cấp cao, xác minh một đám cháy rừng với quy mô và tọa độ.

Các nhà khoa học đã đánh giá một số UAV và cảm biến IoT khác nhau để xác định phương thức kết hợp tối ưu. Sau đó, bằng phương pháp mô phỏng máy tính, nhóm nghiên cứu triển khai 420 cảm biến IoT và 18 UAV bay tuần tra trên mỗi km vuông khu rừng. Kết quả cho thấy, hệ thống có thể phát hiện đám cháy diện tích 2,5 km2 với độ chính xác hơn 99%. Những đám cháy nhỏ hơn trên diện tích 0,5 km2, độ chính xác 69%, có hiệu quả cao hơn hẳn so với chụp ảnh vệ tinh. Nhưng Bushnaq thừa nhận, phương thức  tiếp cận này có những hạn chế nhất định.

Ông giải thích: “Mạng UAV-IoT chỉ có thể bao phủ các khu vực tương đối nhỏ hơn. Do đó, UAV-IoT thích hợp để phát hiện cháy rừng tại các khu vực có nguy cơ cao”.

Các nhà nghiên cứu đề xuất phương pháp tiếp cận UAV-IoT được sử dụng kết hợp với các UAV bay trên độ cao lớn hơn, thời gian tuần tra dài và ảnh vệ tinh, có thể bao phủ các vùng rộng lớn. Các UAV bay trên độ cao lớn sẽ thường xuyên tuần tra các khu vực rộng lớn theo vùng trách nhiệm của cơ quan cứu hỏa cấp cao với tần suất dựa theo mùa khí hậu, thời tiết và thời gian có nguy cơ cháy rừng cao. Trong tình huống phát hiện nghi vấn cháy rừng, thông tin sẽ được chuyển đến cơ quan cứu hỏa. Các UAV tuần tra độ cao thấp lân cận sẽ được sử dụng để xác minh tính thực tế và tình trạng khu vực hỏa hoạn.

Bushnaq nhận định, những hệ thống UAV-IoT như vậy có nhiều ứng dụng rộng rãi hơn. Ông nói: “Mặc dù hệ thống được thiết kế để phát hiện cháy rừng, nhưng có thể được sử dụng để theo dõi các thông số rừng khác nhau, như tình trạng của rừng, phát hiện các hiện tượng khai thác rừng trái phép, theo dõi tình trạng thảm thực vật và quần thể động vật sống trong rừng”.