Robottidroonit avuksi metsäpalojen havaitsemiseen ja torjuntaan

Miten havaita metsäpalo riittävän varhaisessa vaiheessa? Kuinka saada ajantasainen tieto palon etenemisestä ja ennuste sen leviämisestä seuraavan tunnin aikana? Paikkatiedolla on tärkeä tehtävä metsäpalojen estämisessä, valvonnassa ja sammuttamisessa. Satelliittien avulla saadaan tietoa käynnissä olevista metsäpaloista jo nykyisin, mutta tehokkaat menetelmät puuttuvat pienten ja äskettäin syttyneiden metsäpalojen nopeaan havaitsemiseen sekä palon reaaliaikaiseen seuraamiseen. Tähän haasteeseen tarttuu Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskus FGI:n, Jyväskylän yliopiston, Oulun yliopiston ja VTT:n tutkijoiden muodostama FireMan-konsortio. Hanke toteutetaan vuosina 2022–2024 ja sen rahoittajana on Suomen Akatemia.

– Kehitämme uutta drooneihin perustuvaa tekoälypohjaista tekniikkaa nopeaan metsäpalojen havaitsemiseen ja tilannetietoisuuden luomiseen metsäpalojen sammutustyön aikana, kertoo hanketta johtava professori Eija Honkavaara Maanmittauslaitoksesta.

Tilausta innovatiivisille ratkaisuille metsäpalojen torjuntaan on maailmanlaajuisesti. Tilastojen mukaan Euroopan pahimpana metsäpalovuonna 2019 metsää paloi yli 400 000 ha. Viime vuonna tämä synkkä ennätys rikottiin, sillä lokakuun lopussa oli metsää Euroopassa palanut jo lähes puoli miljoonaa hehtaaria Ilmaston lämpenemisen seurauksena metsäpalojen odotetaan lisääntyvän. Siksi myös Suomessa ollaan kiinnostuneita metsäpalojen hallinnasta – maamme pinta-alasta yli 75 prosenttia on metsää.

Tiedonsiirron toimittava syrjäisilläkin alueilla

FireMan-hankkeessa yliopistot ja tutkimuslaitokset kehittävät ratkaisuja metsäpalojen hallintaan ja tekevät samalla tieteellistä tutkimusta autonomisen lentämisen, digitaalisen mallintamisen ja tiedonsiirron parissa.

Paikkatietokeskus FGI:n tehtävänä on kehittää digitaaliseen kaksoseen pohjautuva päätöksenteon tukijärjestelmä metsäpalojen hallintaan eli reaaliajassa toimiva digitaalinen mallinnus metsäpalon alueesta. Se tarjoaa myös tarkkaa tietoa palon etenemisestä.

– Droonien avulla voidaan saada ajantasaista tietoa palorintaman etenemisestä, liekkien korkeudesta ja kuumuudesta. Kehitämme menetelmiä drooniparven paikantamiseksi sekä kaukokartoitustiedon tuottamiseksi reaaliajassa. Lisäksi kehitetään ihmissilmän kyvyt ylittävää savun läpi näkevää sensoritekniikkaa, Eija Honkavaara kertoo.

Jyväskylän yliopiston aiheena ovat palon leviämisen ennustemallit ja tekoälyalgoritmien optimointi reaaliaikaiseen analytiikkaan.
– Metsäpalojen etenemistä voidaan mallintaa numeerisesti ottaen huomioon maaston muodot, kasvillisuuden ja tuulen suunnan, Tässä hankkeessa käytämme ennustemalleja opettamaan tekoälyä arvioimaan palon etenemistä reaaliaikaisesti kerätystä kaukokartoitusaineistosta, apulaisprofessori Ilkka Pölönen Jyväskylän yliopistosta selventää.

Oulun yliopiston tutkijat keskittyvät tiedonsiirtoon kriisioloissa ja selvittävät 5G- ja 6G-verkkojen mahdollisuuksia.
– Droonit muodostavat tulevaisuudessa uuden päätelaitekategorian ja luovat uusia vaatimuksia mobiiliverkoille. Erityisesti päätelaitteesta verkkoon suuntautuvan laajakaistayhteyden suorituskyky korostuu. Lisäksi yhteyksien tulee toimia luotettavasti myös syrjäisillä seuduilla sekä tyypillisillä lentokorkeuksilla, kertoo Tuomo Hänninen Oulun yliopistosta.

Tavoitteena itsenäisesti joukkueena toimivat palo-droonit

Droonien pitää pystyä valvomaan laajoja metsäalueita ja tilanteen vaatiessa reagoimaan sekä toimimaan itsenäisesti palotilanteissa. Keskeistä droonien toiminnalle palotehtävissä on, että ne toimivat ryhmänä.
Hankkeessa tullaan testaamaan droneparven yhteistyötä metsäpalojen yhteydessä.
VTT:n vastuulla on droonien muodostaman parven optimointi kriisiolosuhteissa sekä operointikonseptien kehittäminen yhteistyössä eri sidosryhmien kanssa.
– FireMan-konsortion tutkimus pyrkii yhdistämään useita tekoälyn tekniikoita itseään korjaavista ennustemalleista autonomisiin kyberfyysisiin järjestelmiin, kertoo VTT:n tutkimusprofessori Fabrice Saffre.

– Käytännössä hankkeessa tehtävä tutkimus tähtää ihmisen ja autonomisten järjestelmien sujuvaan yhteistoimintaan. Tätä varten jo olemassa oleva tietämys ja käyttäjien tarpeet tulee huomioida. Kutsummekin kaikki kiinnostuneet tahot yhteiskehittämään kokonaisuutta kanssamme, toteaa hankkeen operointikonsepteja suunnittelevan työn vetäjä Hannu Karvonen VTT:ltä.

Droonit testissä kulotuspolttojen aikana

FireMan-hankkeen aikana tutkijat testaavat drooneja käytännössä. Aineistoja kerätään Metsähallituksen ja Suomen Metsäkeskuksen kulotuspolttojen yhteydessä. Ensimmäisiä drone-lentoja tehdään jo keväällä 2022.

Hankkeen loppupuolella järjestetään demonstraatio jossa droonit toimivat ryhmänä havainnoimassa ja valvomassa metsäpalon kaltaista tilannetta.

FireMan-hanke vahvistaa suomalaista drone-tutkimusta, joka edustaa maailman kärkeä. Tuoreessa vertailussa Suomi sijoittui tieteellisellä vaikuttavuudella neljänneksi parhaan osaamiskeskittymän joukkoon droonien kehityksessä ja näillä tehtävässä kaukokartoituksessa ja laserkeilauksessa.