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火災のマッピング: 米国森林局が火災管理にドローンをどのように使用しているか
2019年3月17日、テキサス州のサム・ヒューストン国有林上空をヘリコプターでゆっくりと低空飛行、タホダニエル・レアード大尉は、最悪のシナリオが起こったとき、米国森林局と協力して制御射撃作戦を支援していた。ヘリコプターのエンジンは完全に出力を失い、横向きの林床に落下し、乗組員が負傷し、レアードが死亡した。
A米国国家運輸安全委員会 (NTSB) は、緩んだ燃料ラインが必要に応じて安全ワイヤーで固定されておらず、外れてエンジン故障を引き起こし、事故につながったことを明らかにしました。
「ダニエルはタホ[国有林]の季節消防士としてスタートし、ヘリタックキャプテンまで昇進しました」と、aこの事件について米国森林局地域森林官ランディ・ムーアより。 「彼の情熱は航空にありましたが、エンジンの攻撃チームや機動隊員と重機からなる機動部隊を率いる能力でも知られていました。彼はあらゆる意味で真のリーダーでした。」
森林と土地の管理慣行の一環として、米国政府機関は管理を行っています——火事により、計画された景観の一部が燃え上がり、薄い下草が燃え上がり、山火事の燃料となり、新たな森林の成長を促進する可能性があります。この作業は重要ですが、危険でもあります。
データが入手可能な最新の年である 2021 年には、70 人の消防士が職務中に死亡しました。 の年次調査によると、これらの死亡のうち2人は原野火災で航空機が墜落した際に発生した。
森林局の国家無人航空機システムプログラムマネージャーのダーク・ジャイルズ氏は、火災管理に伴う人間へのリスクを軽減することが、米国森林局がその任務を遂行するための無人航空機システム（UAS）の構築に過去5年間取り組んできた理由の1つであると述べています。
「この種のシステムの本当の利点は、従業員が日常的に直面する危険なリスクを軽減し、危険なリスクを正常化できることです。」
プログラムの構築
米国連邦森林管理プログラムは 1876 年から存在していますが、今日知られている森林局は 1905 年に創設されました。現在および将来の世代のニーズを満たすために、国の森林と草原の健全性、多様性、生産性を維持するという米国農務省内の使命の一環として、約 30,000 人の職員を雇用し、1 億 9,300 万エーカーの土地を管理しています。
この保護任務の重要な側面は、土地の状態を監視して、時間の経過とともに土地がどのように変化するか、洪水や干ばつの影響、そして道路やキャンプ場などの人為的な取り組みがどのような影響を与えるかを理解することです。過去には、この作業を行うために人間が現場に派遣され、その結果を写真付きの手書きのログに記録していた可能性があります。
現在、その多くは同軍の無人航空機艦隊によって行われており、ジャイルズはそれを監督するために採用された。ジャイルズは、航空および山火事管理において 26 年以上の経験があります。そのほとんどは、訓練に使用される規定の火災を封じ込めるためのアラスカ消防局の軍事区域の管理から来ています。
「私たちはミッションを遂行するためのいくつかの代替方法、そしてより安全な方法を検討していました。それがポートフォリオ内の無人システムにつながりました」とジャイルズ氏は言います。
米国内務省は、主に米国税関国境警備局、州兵局、米国航空宇宙局 (NASA) と提携して、2000 年代初頭から UAS 技術に手を出してきました。米国連邦航空局 (FAA) 規則の一部変更により、トランプ政権からの、および法的命令しかし、同省は独自の UAS プロジェクトの創設を検討し始めました。 2018 年、ジャイルズ氏は森林局に入り、取り組みを主導しました。
彼は、現在および将来にわたってプログラムがどうあるべきかを理解するために、リスク評価から始めました。このプログラムには、天然資源、原野火災、捜索救助の緊急支援、法執行機関の調査などの任務を含める必要がある。また、プログラムの基本基準、政策、訓練に影響を与える国内事務所も必要であり、その後、地域レベルで管理され、現地で実施されるとジャイルズ氏は言う。
このプログラムは、執行運営委員会と諮問グループ、国家プログラムマネージャー、国家UASフリートマネージャー、専門家とパイロットで構成されます。ジャイルズ氏は、パイロット向けの訓練カリキュラムと、UAS を自分で調達するシステムも開発したと説明しています。
森林局の UAS パイロットは有効なを所持している必要がありますそして有効なUAS の飛行に対する承認付き。パイロットは、少なくとも 12 か月に 1 回、資格を取得した航空機の操縦など、定期的な再訓練も受けなければなりません。
「昨年は約 192 名を訓練しました。今年は約 200 名を訓練する予定です。これは消防と資源管理の組み合わせです。」とジャイルズ氏は付け加えました。 「急速な拡大と成長です。」
技術そのものに関しては、森林局は 2019 年に無人航空機のテストと評価を開始しました。2020 年に新型コロナウイルス感染症のパンデミックが始まったため、その作業は少し遅れましたが、同サービスはまだ初期契約を締結しており、約 230 台の無人航空機を取得しており、将来さらに多くの無人航空機が購入される可能性があります。
森林局プログラムの主な焦点は、米国のメーカーから UAS コンポーネントを購入することにあります。既存の UAS 買収契約はすべて米国のベンダーと締結されています。これは、森林局チームが修理できるものもあれば、メーカーに返送して対処する必要があるものもあるため、定期的なメンテナンスや修理にも役立ちます。
「これは国内メーカーとの関係の一部であり、それを維持するためのメンテナンスです。そして、研究開発契約に条項があるので、何か違うものを見たい場合は、メーカーと協力して当社に代わって変更を実装できるようになりました」とジャイルズ氏は言います。 「それは私にとって利益となるだけでなく、業界にとっても利益になります。なぜなら、私たちがそれを望めば、他の人々も同様にそれを望んでいると保証します。」
Additionally, the Forest Service created a software program to help track all of its UAS componentry and the amount of flight time for pilots.
「メンテナンスに不備があれば、ソフトウェアでリアルタイムに追跡できるようになりました。」と Giles 氏は付け加えました。 「このプログラムに参加するだけでなく、航空業界全体に参加できるのはとても楽しい時期です。非常に多くの進化があり、常にその先を行っていなければなりません。」
野原にて
森林局はさまざまな種類の任務に UAS を使用していますが、最も重要な目標は、このテクノロジーを使用して従業員の安全性を向上させることです。
たとえば、この軍の規定の消火任務では、人間のパイロットがヘリコプターで空中点火任務に出かけ、規定の火傷に備えて消火線を設定するために低高度と低速で飛行していました。
「そのミッションやヘリコプター自体に何らかの機械的問題があれば、悲惨な結果になる可能性があります。私たちは数機のヘリコプターを墜落させ、政府機関の従業員と請負業者の数名が死亡しました」とジャイルズ氏は言います。 「そこで私たちは、空中点火におけるヘリコプターの低速プロファイルというミッションと、ヘリコプターを撤去してそのリスクポートフォリオに無人システムを組み込む方法を検討していました。」
現在、このサービスは、焼却前の土地の評価を含む所定の焼却任務に UAS を使用しています。燃焼中、および燃焼後の火災の影響と状態を評価して、望ましい結果が得られたことを確認します。
「私たちはどこに飛べるか、どこから離陸できるか、部隊や火傷管理者が求めている火傷のパターンは何かということに非常に焦点を当てており、私たちはそれらの人々と本当に緊密に協力しています。」とジャイルズ氏は言います。
これは、サービスが自然現象に反応している野原火災 (一般に山火事として知られている) とは対照的です。このような場合、森林局はパートナーと協力して消火線を確立し、火災の発生を避けるために火災を鎮めたり冷却したりします。これは地上またはヘリコプターで人間が行うことができますが、サービスはこの作業を実行するために UAS も使用しています。
「地上部隊にとってもう少し安全な場所で、この UAS システムをもう少し深くでこの任務を実行できるようになりました。」とジャイルズ氏は言います。
簡単に言えば、このサービスは UAS を使用して意図的に植生に火を付けることができます。成長に使用する可能性のある追加の燃料。この戦術は、山火事の消火やその経路の管理のために現場の消防士がよく使用する 3 つの鎮圧方法のうちの 1 つです。
この方法は、高さ約 3 フィート、長さ 36 インチのローターブレードを備えた UAS に依存しており、車両の幅は約 4 フィート、重量は数百ポンドになります。また、森林局がドラゴンの卵と名付けた球体が詰まったプラスチック球体ディスペンサー (PSP) も含まれています。卵はペイントボールとピンポン玉の間の大きさで、過マンガン酸カリウムが含まれています。 UAS には約 450 個の卵を積み込むことができ、森林上空を飛行中に卵を UAS から排出するときに不凍液が注入されます。
「それから、ピンポン音を立てて天蓋を通って表面の床まで落ちていきます」とジャイルズは言う。 「その後、約 20 ～ 30 秒後に、小さな点火が起こります。これは本質的に、非常に戦略的に風景に火をつける方法です。」
森林局は、UAS のソフトウェアを使用して、特定の経路を飛行し、特定の速度 (50 フィートごとに 1 つなど) で球体を落とすようにプログラムすることもできます。
森林局は2022年にカリフォルニア州の野火に対応した際にこの方法を使用した。火災が稜線に達しようとしていたとき、現場には特殊な無人航空機（空中点火モジュール）があった。対応チームは無人航空機を飛行させて消火線を作り、その地域のいくつかのコミュニティにとって重要な分水嶺である斜面に火を誘導した。
「彼らは一晩中それを行い、地上部隊が非常に安全に消火できる町のはずれまで火を運びました」とジャイルズは付け加えた。 「通常なら、あの作戦なら町の周りで燃え尽きて、火が丘を駆け上がって、その進路上にあるものをほとんど焼き尽くしてしまうだろう。」
火災後の分析により、対策チームはUAS点火方法を使用することで火災を十分に冷却し、下階火災のみを引き起こしたことが判明しました。これは流域を破壊することのない、より強度の低い火災です。このような使用例UAS は火災管理のために備えています。
「私たちに積極的に行動して火事の先回りする時間があれば、信じられないような成果が得られ、広範囲に及ぶ影響が得られます」とジャイルズ氏は説明します。 「今後何年にもわたって影響を及ぼすであろう、完全に焼け落ちた丘の斜面について心配する必要はありません。」
このような任務を遂行するには高度な技術が必要ですが、それを最大限に活用できる訓練を受けた人員も必要です。たとえば、森林火災の任務を遂行するパイロットは、国家森林火災調整グループが実施する事故対応クラスにも参加する必要があります。また、これらのミッションで UAS を操縦する前に、指導プロセスを完了し、その後評価を受けて認定を取得する必要があります。
「私たちは、学生が挑戦に耐え、これらの任務を安全に実行できることを確認したいと考えています」とジャイルズ氏は言います。 「これはすべて、指導者、検査官、評価者による実地訓練です。これらのミッションに誰かを放り込むわけではありません。私たちはさまざまな航空資産が混在しているため、非常に計算されています。そのため、森林火災の中でその空域を尊重する必要があります。」
将来の目標
今後に向けて、森林局の大きな目標の 1 つは、原野の火災管理に使用できるより大きな積載能力を開発することです。現在、ドラゴンの卵を使用した同社の UAS プログラムでは 300 ～ 500 エーカーを処理できます。
「バッテリーの化学的性質による飛行時間は、特により重いペイロードを運ぶ場合にはかなり制限されます」とジャイルズ氏は言います。 「既存のペイロードを使用すれば、おそらく 30 分間飛行できます。」
研究および設計チームは、現在の最大球数 450 個をはるかに上回る 4,000 個の球体を搭載できるシステムを開発しました。これにより、森林局の防火用 UAS 能力が大幅に向上します。
さらに、森林局は次と提携しています- 緊急対応オペレーション システムのためのスケーラブルなトラフィック管理。 UAS は、空を飛ぶ他の航空機とは異なり、「視認と回避」、つまりある航空機のパイロットが空で別の航空機を視認し、それを回避するための措置を講じる行為に参加しません。これは、UAS にはデジタル署名がないため、他のパイロットが反応するのに十分な時間内にデジタル署名を確認できない可能性が高いためです。
「NASA のテクノロジーにより、オペレーターはそれらを視認できるようになり、オペレーターに気づかれずに高度または水平方向で回避できるようになりました」とジャイルズ氏は説明します。 「私たちは自分たちの位置と居場所を伝えることはできますが、彼らは私たちのシステムをリアルタイムで見ることができません。」
NASA との協力を通じて、森林局は UAS の位置と場所に関する遠隔測定データをリアルタイムでパイロットに送信する方法を検討しています。
「空の Uber などに登場する次世代テクノロジーをすべて検討しています」とジャイルズ氏は言います。 「どういうわけか、何らかの方法で、彼らは自分たちの位置、場所、そして意図を発表することになるでしょう。それは今のところ実際には存在しません。」
森林局はまた、特にレアードの死から3年後の2022年にサム・ヒューストン国有林で空中点火ミッションを実施した後は特に、ジャイルズが情熱を注いでいる仕事の側面である人間の安全性を高めるために、UASプログラムを新しい方法で利用し続けるだろう。
「私たちは皆、彼のことを知っていました。彼は素晴らしい人でした」とジャイルズは説明します。 「今、私は無人システムで[その任務]を行っています。地元の森林と地域の指導者たちに、変化が近づいており、それがリアルタイムで起こっていることを示すためです。私にとって、それは私たちが本当に傍観して『これは異常なことです。私たちはそれをするためにここにいるだけではなく、地上の軍隊の安全に影響を与えるためにやっているのです。』
ミーガン・ゲイツはの上級編集者ですセキュリティ管理。 で彼女とつながりましょう[email protected]または LinkedIn で。 Twitter で彼女をフォローしてください:@mgngates。
