Die Waldbrandbekämpfung ist nach wie vor eine gefährliche und oft tödliche Angelegenheit. Und da Klimaextreme den amerikanischen Westen häufiger austrocknen lassen und Feuer fangen, mit katastrophaleren Folgen, suchen Feuerwehrleute und Forscher nach neuen Technologien, um ihre Sicherheit zu gewährleisten.
Ein wichtiger Teil der Vorbereitung der Feuerwehrteams ist die Festlegung ihrer Sicherheitszonen und Fluchtwege. Aber wie jeder, der im Gelände unterwegs ist, weiß, ist es schwierig, den schnellsten Weg in unterschiedlichem Gelände zu finden. Forscher des US Forest Service und der University of Utah verwendeten daher Karten, die aus satellitengestütztem LIDAR (Light Detection and Ranging, das mit Ausnahme von Lasern wie Radar funktioniert) erstellt wurden, um ein Tool zur Bewertung möglicher Fluchtwege und zur Auswahl der effizientesten Route zu entwickeln .
"Ich betrachte das als eine Art Google Maps für Feuerwehrleute", sagt Mickey Campbell, Hauptautor der Studie. „In Google Maps gibt es Straßen- und Verkehrsinformationen, Ampeln, Geschwindigkeitsbegrenzungen und ähnliches. Wir haben Hangneigung, Vegetationsdichte und Rauheit der Bodenoberfläche. “
In der Regel erhalten die Feuerwehrleute jeden Morgen, bevor sie ein Feuer bekämpfen, Informationen über den Einsatz des Tages - vielleicht über das Bauen einer Feuerpause - und über eine „Ereigniskarte“ mit Fluchtwegen, die zu bereits geschwärzten Bereichen führen Es ist kein Brennstoff mehr für das Feuer vorhanden, was als Sicherheitszonen bezeichnet wird. Wenn etwas Unerwartetes passiert, beispielsweise wenn sich das Feuer ändert, müssen die Besatzungen einen vorab festgelegten Fluchtplan haben. Ein Großteil der Entscheidungen kommt jedoch auf den Moment an, in dem die Besatzungen von erfahrenen Vorgesetzten geleitet werden, sagt Marty Alexander, ein pensionierter Brandverhaltensforscher, der immer noch für den kanadischen Forstdienst arbeitet.
"Sie sind nicht da draußen, nur willkürlich herumlaufen", sagt Alexander. "Es kommt immer noch auf die grundlegende Holzverarbeitung und die Besatzungsaufsicht an."
Aber das kann scheitern und die Ergebnisse können tragisch sein. Während des Yarnell Hill Fire 2013 in Arizona starben 19 Feuerwehrleute, als das Feuer ihre Fluchtwege abbrach. Sony Pictures ' Only the Brave, der am 20. Oktober veröffentlicht wird, wird Kinogängern eine dramatische Darstellung der Tragödie geben. 1994 starben 14 bei Colorados South Canyon Fire, als sie versuchten, einen steilen Hang hinaufzusteigen, und wurden vom Feuer überholt. Alexander und Bret Butler, ein forschender Maschinenbauingenieur des US Forest Service, der an Campbells Studie mitgewirkt hat, führen beide das South Canyon Fire als Einfluss auf ihre Arbeit an. Das war die Zeit, sagt Butler, als Feuerforscher erkannten, dass sie den Brandschutz quantifizieren mussten. Er begann die Wärmeübertragung zu analysieren, um festzustellen, wie groß die Sicherheitszonen sein mussten.
Dies ist eine von Tausenden von Simulationen, die potenzielle Fluchtwege innerhalb des Untersuchungsgebiets bewerten. (Campbell et al. 2017) Campbells Projekt soll den Feuerwehrleuten ein neues Instrument gegen Waldbrände an die Hand geben, um diese Art von Tragödien abzuwenden. Die Zeit, die benötigt wird, um eine Wildnis zu durchqueren, kann sehr unterschiedlich sein. Feuerwehrführer empfehlen, steile Hänge, starke Vegetation und lockeren oder rauen Boden zu meiden. Die Wirkung der Neigung wurde in gewissem Maße von Butler und anderen gemessen. Die Vegetation wurde weniger untersucht und die Bodentextur im Grunde genommen überhaupt nicht. Mit LIDAR ist es möglich, diese bisher nicht quantifizierbar zu betrachten. Die Laser hüpfen bis auf wenige Zentimeter aus der Landschaft zurück und erkennen den Unterschied zwischen einer glatten und einer felsigen Oberfläche und der Dicke der Vegetation. Sogar die Neigung kann auf diese Weise ermittelt werden, indem die Höhe zwischen Punkten verglichen wird.
Campbell verwendete LIDAR-Karten von opentopography.org, um Neigung, Rauheit und Vegetation in Utahs Wasatch-Bergen zu berechnen. Dann schickte er 31 Freiwillige auf 1.276 zeitgesteuerten Reisen und verglich ihre Reiseraten anhand dieser drei Variablen. Einige der Ergebnisse waren intuitiv, obwohl es immer noch hilfreich ist, sie zu quantifizieren. Zum Beispiel hatte die Steigung den größten Effekt. Vegetation, die höher als 2 Meter - über Kopfhöhe - ist, behindert die Fortbewegung weniger und Vegetation, die kürzer als 15 Zentimeter ist, hatte vernachlässigbare Auswirkungen. Sogar die Vegetation, die behinderte, wurde oft durch Pfade gemildert, die durch sie führten. Die detaillierten Informationen darüber, inwieweit sich jeder dieser Faktoren auf die Geschwindigkeit auswirkt, können zur Optimierung von Fluchtwegen beitragen. Jetzt können Feuerforscher die relativen Geschwindigkeiten in verschiedenen Geländen auf jedes LIDAR-kartierte Gebiet anwenden und die Software wird einen Pfad mit der geringstmöglichen Kombination ermitteln von Hang, Rauheit und Vegetation.
Die Freiwilligen gingen auf Wegen mit unterschiedlichen Gefällen, Rauheiten und Vegetationsdichten. (Michael Campbell) Wenn Sie eine LIDAR-Karte dieser Faktoren haben - keine leichte Aufgabe, weist Campbell darauf hin, dass noch nicht alle US-Bundesstaaten kartiert wurden und die Bewertung der einzelnen Faktoren einen hohen Verarbeitungsaufwand erfordert -, können Sie diese Informationen in Daten umwandeln Ein schnelles Routenfindungstool in Echtzeit, bei dem Feuerwehrleute ihren Standort und ihr Ziel eingeben und ein Algorithmus schnell alle möglichen Routen abbildet und die schnellste Route auswählt, wobei das Gelände berücksichtigt wird.
„Ein Feuerwehrmann ist lange nicht mehr am selben Ort“, sagt Campbell. „Die Idee wäre, die Vegetationsbedingungen in einem breiten Maßstab abzubilden, und das müsste relativ häufig aktualisiert werden. Die eigentliche Routenfindung könnte jedoch fast augenblicklich erfolgen. “
Es gibt noch viel zu tun, bevor die Feuerwehrleute dieses Werkzeug tatsächlich in ihrer Ausrüstung haben. Die Studie von Campbell und Butler hat gezeigt, dass LIDAR-Karten gemessen werden können, um die schnellstmögliche Route basierend auf den drei von ihnen gemessenen Variablen anzuzeigen. Aber Wildlandreisen haben auch andere Variablen, und während die Zusammenarbeit mit dem Forstdienst Campbell hinsichtlich der Implementierung optimistisch macht, muss das eigentliche Tool noch in einer Form verpackt werden, die Feuerwehrleute verwenden können, wie z. B. eine mobile App.
Es gibt jedoch immer noch Faktoren, die die Technik nicht berücksichtigen kann, betont Alexander, der nicht an dem Projekt gearbeitet hat. „Campbells Studie hatte viele großartige Einblicke und einen großartigen Einsatz von LIDAR und Technologie, aber ich würde es nicht als vollständige Studie betrachten“, sagt er. "Zu wissen, wie hoch Ihre Reiserate sein würde, ist eine Sache, aber Sie müssen immer noch vorhersagen, was das Feuer tun wird."
Campbell fand die effizientesten Routen in den Wasatch Mountains in Utah, indem er die Auswirkungen von Hangneigung, Vegetationsdichte und Rauheit der Bodenoberfläche in einen Algorithmus einbaute. (Campbell et al. 2017) Die LIDAR-Technik von Campbell befasst sich mit der relativen Geschwindigkeit - welche Route am effizientesten ist -, jedoch nicht mit der absoluten Geschwindigkeit. Sie können also nicht sagen, wie schnell sich Feuerwehrmänner tatsächlich bewegen werden. Die Freiwilligen, die die Durchgänge gingen, waren keine Feuerwehrleute und trugen keine Rucksäcke (im Notfall wird den Feuerwehrleuten beigebracht, ihre Rucksäcke fallen zu lassen). Manchmal können Verbesserungen an einer Route wie einem Pfad, einer Straße oder einem verbrannten Gebiet ein schnelles Entkommen ermöglichen, aber die LIDAR-Karten sind nicht aktuell genug, um dies zu erkennen. Es ist auch weniger für Brände geeignet, die in dichter besiedelten Gebieten stattfinden, wie die andauernden Waldbrände in Nordkalifornien, bei denen der Schwerpunkt eher auf der Evakuierung als auf der Eindämmung von Bränden liegt und die möglicherweise über genügend Straßen verfügen, um die Notwendigkeit von Fluchtwegen in der Wildnis zu vermeiden. Und die Studie berücksichtigte weder das Brandverhalten noch die Windgeschwindigkeiten, die das Feuer verändern könnten.
„[Das Yarnell-Feuer] war ein perfektes Beispiel für die relativen Landschaftsbedingungen, die die Effizienz des Reisens beeinträchtigen können, aber vieles, was in Yarnell passiert ist, hat mit Windänderungen, Änderungen im Brandverhalten und unerwarteten Bedingungen zu tun. Das ist die Art von Dingen, die wir in unserem Modell nicht berücksichtigen “, sagt Campbell. „Wir möchten nicht sagen, dass sich einige Dinge geändert hätten, wenn die Granite Mountain Hotshots (die Gruppe innerhalb der Prescott-Feuerwehr, die das Yarnell-Feuer bekämpft hat) unsere Technologie hätten. Wir wollen sehr vorsichtig sein, so etwas nicht zu tun. “
Es ist vielleicht nicht vollständig, aber dieser Einsatz von LIDAR könnte ein mächtiges Werkzeug sein und ist nur eine Möglichkeit, wie Feuerforscher Feuerwehrleuten die moderne Technologie näherbringen. Das Feuerlabor der US-Forstbehörde, in dem Butler arbeitet, führt fortlaufende Projekte durch, z. B. das WindNinja-Tool zur Oberflächenwindmodellierung, mit dem Windvektoren auf einem Mobiltelefon bis zu 200 oder 300 Fuß im Detail ausgedrückt werden können. Andere suchen nach Ortungsgeräten, um einzelne Feuerwehrleute zu orten, Drohnen mit Infrarotkameras, um Opfer zu orten, und anderen Satellitenerkennungsdaten.
„Wir haben immer das Ziel, keine Todesopfer zu fordern“, sagt Butler. „Das ist das einzige Ziel, das wir haben können. Aber der einzige Weg, um realistisch dorthin zu gelangen, besteht darin, zu einem Punkt zu gelangen, an dem jede Besatzung weiß, wo sie sich in Bezug auf das Feuer in diesem Gelände befindet, und über Echtzeitinformationen zum Wetter verfügt und weiß, wo die anderen Besatzungen sind sind in der Gegend. Diese Technologie gibt es alle und es geht wirklich nur darum, herauszufinden, wie dies in einer Wildland-Brandschutzanwendung implementiert werden kann. “
