運(yùn)行由太陽(yáng)供電的氣體傳感器的STM32WL微控制器可能是早期發(fā)現(xiàn)野火的最有效解決方案。問(wèn)題仍然是國(guó)家和公司是否會(huì)投資它。這種方法的核心獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)是Silvanet by Dryad，該公司最近籌集了超過(guò)10萬(wàn)歐元的A輪融資。Silvanet節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)是第一個(gè)在野外環(huán)境中提供太陽(yáng)能LoRa連接的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)。它們可以在戶外持續(xù) 10 到 15 年，在沒(méi)有任何運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)設(shè)施的情況下在偏僻的地方構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。在性能方面，該系統(tǒng)可以在幾分鐘內(nèi)檢測(cè)到陰燃，使其成為迄今為止最快、最靈敏的檢測(cè)系統(tǒng)。

為什么早期發(fā)現(xiàn)如此重要和復(fù)雜？

野火成本增加

2022 年夏季保持著全球一些最嚴(yán)重的野火的記錄。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的地球天文臺(tái)發(fā)布了歐洲，非洲和亞洲熱浪和火災(zāi)的衛(wèi)星圖像。此外，世界資源研究所的一項(xiàng)新分析估計(jì)，今天的森林大火燒毀的土地幾乎是2001年的兩倍。為了正確看待這些數(shù)字，2021年的野火造成了9萬(wàn)公頃的全球損失，土地面積大約相當(dāng)于匈牙利。最糟糕的是，氣候變化引發(fā)的干旱和破紀(jì)錄的熱浪將持續(xù)多年使問(wèn)題惡化。

野火是一個(gè)具有如此天文影響的問(wèn)題，很難量化。根據(jù)2017年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的一項(xiàng)研究，僅在美國(guó)，野火每年的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)就可能超過(guò)300億美元。此外，該論文沒(méi)有考慮間接成本，例如農(nóng)業(yè)用地?fù)p失造成的糧食短缺或未來(lái)十年吸入煙霧的長(zhǎng)期健康影響。據(jù)路透社報(bào)道，信貸機(jī)構(gòu)穆迪估計(jì)，如果情況惡化，野火可能會(huì)擾亂整個(gè)國(guó)家（希臘）的經(jīng)濟(jì)，很難夸大局勢(shì)的緊迫性和嚴(yán)重性。

早期檢測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)

早期發(fā)現(xiàn)是預(yù)防野火的最關(guān)鍵措施之一。然而，目前的解決方案不夠精確或不夠快。瞭望塔已經(jīng)存在了一個(gè)多世紀(jì)，但它們必須有人值守，只有在已經(jīng)有大量煙霧時(shí)才起作用。衛(wèi)星系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控，但只檢測(cè)已經(jīng)蔓延的火災(zāi)。其他人嘗試使用相機(jī)，但他們需要強(qiáng)大的能源，這在自然界中并不常見(jiàn)，他們?cè)陂_始后一到三個(gè)小時(shí)檢測(cè)到火災(zāi)。Silvanet提供了一種新的解決方案，解決了功耗和早期檢測(cè)的挑戰(zhàn)。

為什么席爾瓦內(nèi)是應(yīng)對(duì)以往挑戰(zhàn)的獨(dú)特答案？

功耗挑戰(zhàn)

Dryad的聯(lián)合創(chuàng)始人之一Carsten Brinkschulte解釋說(shuō)，在這種情況下，功耗是需要解決的最關(guān)鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)，密歇根州立大學(xué)的一篇論文同意他的觀點(diǎn)。事實(shí)上，學(xué)者們解釋說(shuō)，使用太陽(yáng)能電池板具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)闃淠咎峁┝苏谑a和覆蓋物，阻擋了很大一部分陽(yáng)光。因此，研究人員試圖從移動(dòng)的樹枝中獲取能量。Dryad采取了不同的方法：設(shè)計(jì)一個(gè)可以在這些惡劣條件下運(yùn)行的系統(tǒng)。正如卡斯滕告訴我們的那樣，他的公司只能通過(guò)使用STM32WL來(lái)做到這一點(diǎn)。

通過(guò)結(jié)合MCU和無(wú)線電發(fā)射器，STM32WL限制了PCB上的元件數(shù)量并優(yōu)化了整體效率。例如，MCU和無(wú)線電的高速時(shí)鐘可以只使用一個(gè)晶體。此外，STM32WL的LDO和SMPS允許某些操作在喚醒時(shí)運(yùn)行得更快，從而更快地執(zhí)行任務(wù)，從而節(jié)省更多能源。STM32WL還具有適合這種情況的低功耗模式。Dryad與意法半導(dǎo)體合作，從STM32WL中提取盡可能多的優(yōu)化，以便在森林中使用太陽(yáng)能運(yùn)行。

計(jì)算挑戰(zhàn)

野火探測(cè)機(jī)制面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是可擴(kuò)展性。并非所有火災(zāi)看起來(lái)都一樣，尤其是在陰燃階段。席爾瓦內(nèi)依靠氣體傳感器，并非每場(chǎng)火災(zāi)都會(huì)以相同的方式記錄。例如，松樹發(fā)出的煙霧與桉樹不同。 因此，Dryad實(shí)施了一個(gè)適應(yīng)不同森林的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序，并獲得了一個(gè)功能強(qiáng)大的微控制器來(lái)運(yùn)行它。這也是Silvanet傳感器使用STM32WL的另一個(gè)原因。該 MCU 可容納高達(dá) 256 KB 的閃存，運(yùn)行頻率高達(dá) 48 MHz。 得益于硬件優(yōu)化，該設(shè)備可以處理來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)并在本地運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)算法。

溝通挑戰(zhàn)

檢測(cè)森林火災(zāi)的開始只是問(wèn)題之一。另一個(gè)挑戰(zhàn)包括將信息發(fā)送到云中的監(jiān)控系統(tǒng)，盡管連接通常不存在。因此，Silvanet不能依賴像NB-IoT這樣的蜂窩網(wǎng)絡(luò)或需要像Sigfox這樣的運(yùn)營(yíng)商的技術(shù)。因此， Dryad 選擇了 LoRaWAN，因?yàn)樗谄У牡胤焦ぷ鳌Ｊ聦?shí)上，Silvanet使用在STM32U5上運(yùn)行的自定義網(wǎng)關(guān)。一個(gè)是LoRa網(wǎng)狀網(wǎng)關(guān)， 它將LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到森林深處。另一個(gè)是邊界網(wǎng)關(guān)，它使用具有4G / GPRS回退的2G / LTE調(diào)制解調(diào)器提供回程。甚至還有使用SpaceX的Swarm的內(nèi)置衛(wèi)星連接。

一個(gè)野火傳感器節(jié)點(diǎn)通常覆蓋一公頃的森林，并且可以根據(jù)需要使用網(wǎng)狀網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)使用具有連接的邊界網(wǎng)關(guān)將消息發(fā)送到云。傳感器的防護(hù)等級(jí)為 IP67，可抵御風(fēng)暴，支持-40oC至+85oC的溫度范圍。這是可能的，因?yàn)镾ilvanet傳感器和網(wǎng)關(guān)沒(méi)有端口或連接器。它們都使用堅(jiān)固的塑料外殼。作為一項(xiàng)關(guān)鍵要求，Dryad實(shí)施了無(wú)線固件更新機(jī)制，并使用意法半導(dǎo)體的庫(kù)來(lái)促進(jìn)其實(shí)施。因此，產(chǎn)品可以接收補(bǔ)丁以修復(fù)錯(cuò)誤或更新機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序以改進(jìn)火災(zāi)探測(cè)。

最后的挑戰(zhàn)

最后一個(gè)挑戰(zhàn)仍然是說(shuō)服政府、行業(yè)和其他人相信有一種新的野火探測(cè)解決方案。傳感器的價(jià)格為48歐元，網(wǎng)狀網(wǎng)關(guān)的價(jià)格為371歐元，邊境網(wǎng)關(guān)的價(jià)格為549歐元。當(dāng)覆蓋數(shù)十萬(wàn)公頃時(shí)，投資并非微不足道。然而，與森林火災(zāi)的直接和間接成本相比，這筆支出相形見(jiàn)絀。

審核編輯：郭婷