Elk jaar, tienduizenden natuurbrandweerlieden riskeren hun leven om hout te redden, bossen en eigendommen tegen vernietiging. Alvorens de vlammen te bestrijden, ze identificeren gebieden waar ze zich kunnen terugtrekken, en wijs de beste vluchtroutes aan om van de brandlijn naar deze veiligheidszones te komen. Momenteel, brandweerlieden nemen deze beslissingen op de grond, met behulp van deskundige kennis van brandgedrag en het beoordelen van hun vermogen om een ​​landschap te doorkruisen.

Nutsvoorzieningen, een door de Universiteit van Utah geleid onderzoek heeft een kaarttool ontwikkeld die brandweerlieden op een dag zou kunnen helpen om cruciale veiligheidsbeslissingen te nemen vanuit een adelaarsperspectief.

De nieuwe studie is de eerste poging om vluchtroutes voor bosbrandbestrijders vanuit een luchtperspectief in kaart te brengen. De onderzoekers gebruikten Light Detection and Ranging (LiDAR) -technologie om de helling van het terrein te analyseren, ruwheid van het grondoppervlak en vegetatiedichtheid van een brandgevoelige regio in centraal Utah, en beoordeelde hoe elke landschapsconditie het vermogen van een persoon om te reizen belemmerde.

"Brandweerlieden hebben een geweldig gevoel voor interacties tussen brand en landschapsomstandigheden. We hopen hen een extra hulpmiddel te bieden met behulp van informatie die op grote schaal is verzameld, " zegt hoofdauteur Michael Campbell, promovendus in de U's Department of Geography.

Vakgroep Geografie hoogleraar en co-auteur, Filip Dennis, voegt toe, "Het vinden van de snelste manier om een ​​veiligheidszone te bereiken kan een stuk moeilijker worden gemaakt door factoren als steil terrein, dichte borstel, en slecht zicht door rook. Deze nieuwe technologie is een van de manieren waarop we brandweerlieden een extra veiligheidsmarge kunnen bieden."

De bevindingen werden op 26 september online gepubliceerd, 2017, in de International Journal of Wildland Fire .

Vluchtroutes in kaart brengen

Brandweerlieden identificeren vluchtroutes door het landschap op de grond te beoordelen. De drie voorwaarden die bepalen hoe efficiënt een brandweerman zich door een gebied kan bewegen, zijn terreinsteilheid, of helling, vegetatiedichtheid, vooral van planten in de onderlaag en ruwheid van het grondoppervlak, zoals een keienveld of een goed onderhouden onverharde weg.

De studie gebruikte een combinatie van LiDAR, Geografische Informatie Systemen, en menselijke vrijwilligers om te onderzoeken hoe de landschapsomstandigheden van invloed zijn op het vermogen van een persoon om te reizen binnen het Levan Wildland Management Area in de uitlopers van de Wasatch Mountains in Utah.

De vrijwilligers timen zichzelf terwijl ze langs 22 paden liepen die de onderzoekers ontwierpen om een ​​verscheidenheid aan hellingen vast te leggen, ruwheid van het grondoppervlak en vegetatiedichtheden. De onderzoekers vergeleken deze reistijden met LiDAR-afgeleide schattingen van de drie landschapsomstandigheden langs de transecten, en hun effecten op reistarieven geëxtraheerd.

Uit de analyse bleek dat de hoogste verplaatsingssnelheden met betrekking tot helling licht bergafwaarts zijn, en steiler bergop of bergaf gaan, verlaagt de rijsnelheid gemiddeld. Naarmate de vegetatiedichtheid toeneemt, verplaatsingssnelheid afnemen en naarmate de ruwheid van het grondoppervlak toeneemt, ook de reiskosten dalen.

"Veel ervan is intuïtief; als je door dichte vegetatie loopt, je gaat langzamer bewegen dan je door een grasveld zou doen. Maar we ontdekten dat niemand had gekwantificeerd hoeveel vegetatiedichtheid of oppervlakteruwheid je kan vertragen, ', zegt Campbell.

Na beoordeling van de reisimpedantie, Campbell heeft duizenden simulaties uitgevoerd om mogelijke ontsnappingsroutes binnen het studiegebied te evalueren. Hij koos willekeurige startpunten die een bemanningslocatie vertegenwoordigen, en willekeurige eindpunten die een veiligheidszone vertegenwoordigen. Door het effect van helling in te pluggen, ruwheid van het grondoppervlak en vegetatiedichtheid op reissnelheden in een route-vindend algoritme, hij identificeerde met succes de meest efficiënte routes.

Landschappen vanuit de lucht kwantificeren

Momenteel, brandweerlieden baseren al hun beslissingen op informatie op grondniveau met behulp van brandveiligheidsprotocollen, zoals de Zakgids Incidentierespons. De richtlijnen bevelen aan om steile hellingen te vermijden, dichte begroeiing, en ruwe grondoppervlakken bij het aanwijzen van een vluchtroute.

"Het is ingebouwd in het veiligheidsprotocol, maar er staan ​​geen cijfers achter. Wat is steil? Is het steil bergop? Bergafwaarts? Wat is dichte vegetatie?", vraagt ​​Campbell. "Met behulp van LIDAR-informatie, we waren in staat om het van deze subjectieve oordeelsoproepen om te zetten in iets robuusters en kwantitatiefs."

LiDAR is uniek omdat het de mogelijkheid heeft om zowel de ondergroei als de ruwheid van het grondoppervlak met zeer hoge precisie in kaart te brengen. De technologie is gevoelig genoeg om individuele hobbels te onderscheiden, rotsen en keien op het grondoppervlak met een resolutie van 10 cm per pixel.

Het resultaat van een inspanning voor het verzamelen van LiDAR-gegevens is een driedimensionale 'puntenwolk' met miljoenen punten die de lengtegraad, breedtegraad en hoogte van de structurele kenmerken waaruit een bepaald landschap bestaat. In combinatie met de van LiDAR afgeleide landschapsomstandigheden, brandweerlieden kunnen bestaande route-vindingsalgoritmen toepassen op de gegevens om de weg van de minste weerstand te identificeren.

De technologie in een wildvuur brengen

LiDAR-gegevens zijn momenteel niet goed geschikt voor het realtime in kaart brengen van evacuatieroutes, omdat het lang kan duren om ze te verwerken en de dekking in sommige regio's beperkt is. Echter, landbeheerders in gebieden met een hoog natuurbrandrisico kunnen de gegevens voorbereiden op de brand. Met de LiDAR-informatie in de hand, brandweerlieden konden de routevindingssoftware gebruiken om vluchtroutes in realtime te identificeren.

"Het doel is om dit om te zetten in een tool die in realistische zin kan worden geïmplementeerd, ", zegt Campbell. "Omdat ons werk wordt gesponsord door de U.S. Forest Service, we hopen ons gereedschap in handen te krijgen van mensen op de grond, en verander het in iets dat wordt gebruikt in een brandbestrijdingsscenario."

Bret W. Butler van het USDA Forest Service Rocky Mountain Research Station in Missoula, Montana heeft ook aan dit werk bijgedragen.

De release was gebaseerd op Campbell, MJ; Dennis, PE; butler, BW (2017) Een op LiDAR gebaseerde analyse van de effecten van helling, vegetatiedichtheid, en ruwheid van het grondoppervlak op reissnelheden voor het in kaart brengen van vluchtroutes van brandweerlieden in het wild. International Journal of Wildland Fire . DOI:10.1071/WF17031.