Varje år, tiotusentals vilda brandmän riskerar sina liv för att rädda virke, skog och egendom från förstörelse. Innan du bekämpar lågorna, de identifierar områden där de kan dra sig tillbaka, och utse de bästa flyktvägarna för att komma från brandlinjen till dessa säkerhetszoner. För närvarande, brandmän fattar dessa beslut på plats, använda expertkunskaper om brandbeteende och bedöma deras förmåga att korsa ett landskap.

Nu, en studie som leds av University of Utah har utvecklat ett kartläggningsverktyg som en dag kan hjälpa brandpersonal att fatta viktiga säkerhetsbeslut med en örns syn.

Den nya studien är det första försöket att kartlägga flyktvägar för vilda brandmän från ett flygperspektiv. Forskarna använde Light Detection and Ranging (LiDAR) -teknologi för att analysera terränglutningen, markytans grovhet och vegetationstäthet i en brandbenägen region i centrala Utah, och bedömde hur varje landskapstillstånd hindrade en persons förmåga att resa.

"Brandmän har en stor känsla för interaktioner mellan brand och landskap. Vi hoppas kunna erbjuda dem ett extra verktyg med hjälp av information som samlats in i stor skala, "säger huvudförfattaren Michael Campbell, doktorand vid U:s geografiska institution.

Institutionen för geografi professor och medförfattare, Philip Dennison, lägger till, "Att hitta det snabbaste sättet att komma till en säkerhetszon kan göras mycket svårare av faktorer som brant terräng, tät borste, och dålig sikt på grund av rök. Denna nya teknik är ett av de sätt vi kan erbjuda en extra säkerhetsmarginal för brandmän. "

Resultaten publicerades online den 26 september, 2017, i International Journal of Wildland Fire .

Kartläggning av flyktvägar

Brandmän identifierar flyktvägar genom att bedöma landskapet på marken. De tre förutsättningarna som avgör hur effektivt en brandman kan röra sig genom ett område är terrängbranthet, eller lutning, vegetationstäthet, särskilt av växter i underjordisk och grov yta, som ett stenblock eller en välskött grusväg.

Studien använde en kombination av LiDAR, geografiska informationssystem, och mänskliga volontärer för att undersöka hur landskapsförhållanden påverkar en persons förmåga att resa inom Levan Wildland Management Area vid foten av Utahs Wasatch Mountains.

Volontärerna tog sig tid att gå längs 22 stigar som forskarna utformade för att fånga en mängd olika backar, markytornas grovhet och vegetationstäthet. Forskarna jämförde dessa restider med LiDAR-härledda uppskattningar av de tre landskapsförhållandena längs transekterna, och extraherade deras effekter på resekostnaderna.

Analysen avslöjade att de snabbaste resehastigheterna med avseende på lutning är något nedförsbacke, och att gå brantare uppför eller nedförbacke minskar körhastigheten i genomsnitt. När vegetationstätheten ökar, färdhastigheten minskar och när markytans grovhet ökar, resesatserna sjunker också.

"Mycket av det är intuitivt; om du går genom tät växtlighet, du kommer att röra dig långsammare än du skulle genom ett gräsfält. Men vi fann att ingen hade kvantifierat hur mycket vegetationstäthet eller ytråhet som kan bromsa dig, säger Campbell.

Efter att ha utvärderat reseimpedans, Campbell körde tusentals simuleringar för att utvärdera potentiella flyktvägar inom studieområdet. Han valde slumpmässiga utgångspunkter som representerar en besättningsplats, och slumpmässiga slutpunkter som representerar en säkerhetszon. Genom att koppla in effekten av lutning, markytans grovhet och vegetationstäthet på reshastigheter till en algoritm för att hitta rutter, han identifierade framgångsrikt de mest effektiva vägarna.

Kvantifiera landskap från himlen

För närvarande, brandmän baserar alla sina beslut på marknivåinformation med hjälp av brandsäkerhetsprotokoll, t.ex. Incidence Response Pocket Guide. Riktlinjerna rekommenderar att man undviker branta sluttningar, tät växtlighet, och grova markytor vid utseendet av en flyktväg.

"Det är inbyggt i säkerhetsprotokollet, men det finns inga siffror bakom. Vad är brant? Är det brant uppför? Utför? Vad är tät vegetation? "Frågar Campbell." Med hjälp av LIDAR -information, vi kunde vända det från dessa subjektiva bedömningar till något mer robust och kvantitativt. "

LiDAR är unikt genom att det har förmågan att kartlägga både underliggande vegetation och grovhet i markytan vid mycket hög precision. Tekniken är tillräckligt känslig för att plocka ut enskilda stötar, stenar och stenblock på markytan med en upplösning på 10 cm per pixel.

Resultatet av en insamling av LiDAR-datainsamling är ett 3D-punktmoln som innehåller miljontals punkter som registrerar longitud, latitud och höjd av de strukturella särdragen som utgör ett givet landskap. I kombination med de LiDAR-härledda landskapsförhållandena, brandmän kan tillämpa befintliga väg-sökande algoritmer på data för att identifiera vägen för minst motstånd.

Att föra tekniken in i en löpeld

LiDAR-data är för närvarande inte lämpade för mappning av evakueringsvägar i realtid, eftersom de kan ta lång tid att bearbeta och täckningen är begränsad i vissa regioner. Dock, markförvaltare i områden med hög risk för eldsvåda kan förbereda data inför branden. Med LiDAR -informationen i handen, brandmän kunde köra program för att hitta rutter för att identifiera flyktvägar i realtid.

"Målet är att göra detta till ett verktyg som kan implementeras i realistisk mening, "säger Campbell." Eftersom vårt arbete är sponsrat av U.S. Forest Service, vi hoppas få våra verktyg i händerna på människor på marken, och förvandla det till något som används i ett brandsläckningsscenario. "

Bret W. Butler från USDA Forest Service Rocky Mountain Research Station i Missoula, Montana bidrog också till detta arbete.

Utgåvan baserades på Campbell, M.J .; Dennison, P.E .; Butler, B.W. (2017) En LiDAR-baserad analys av effekterna av lutning, vegetationstäthet, och grovhet på markytan på resehastigheter för kartläggning av vildmarkens brandmän. International Journal of Wildland Fire . DOI:10.1071/WF17031.