運行由太陽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。問題仍然是國家和公司是否會投資它。這種方法的核心獨特生態(tài)系統(tǒng)是Silvanet by Dryad，該公司最近籌集了超過10萬歐元的A輪融資。Silvanet節(jié)點和網(wǎng)關(guān)是第一個在野外環(huán)境中提供太陽能LoRa連接的節(jié)點和網(wǎng)關(guān)。它們可以在戶外持續(xù) 10 到 15 年，在沒有任何運營商基礎(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)檢測到陰燃，使其成為迄今為止最快、最靈敏的檢測系統(tǒng)。

為什么早期發(fā)現(xiàn)如此重要和復雜？

野火成本增加

2022 年夏季保持著全球一些最嚴重的野火的記錄。美國國家航空航天局（NASA）的地球天文臺發(fā)布了歐洲，非洲和亞洲熱浪和火災的衛(wèi)星圖像。此外，世界資源研究所的一項新分析估計，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9萬公頃的全球損失，土地面積大約相當于匈牙利。最糟糕的是，氣候變化引發(fā)的干旱和破紀錄的熱浪將持續(xù)多年使問題惡化。

野火是一個具有如此天文影響的問題，很難量化。根據(jù)2017年美國國家標準與技術(shù)研究院的一項研究，僅在美國，野火每年的經(jīng)濟負擔就可能超過300億美元。此外，該論文沒有考慮間接成本，例如農(nóng)業(yè)用地損失造成的糧食短缺或未來十年吸入煙霧的長期健康影響。據(jù)路透社報道，信貸機構(gòu)穆迪估計，如果情況惡化，野火可能會擾亂整個國家（希臘）的經(jīng)濟，很難夸大局勢的緊迫性和嚴重性。

早期檢測系統(tǒng)的缺點

早期發(fā)現(xiàn)是預防野火的最關(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)存在了一個多世紀，但它們必須有人值守，只有在已經(jīng)有大量煙霧時才起作用。衛(wèi)星系統(tǒng)自動監(jiān)控，但只檢測已經(jīng)蔓延的火災。其他人嘗試使用相機，但他們需要強大的能源，這在自然界中并不常見，他們在開始后一到三個小時檢測到火災。Silvanet提供了一種新的解決方案，解決了功耗和早期檢測的挑戰(zhàn)。

為什么席爾瓦內(nèi)是應對以往挑戰(zhàn)的獨特答案？

功耗挑戰(zhàn)

Dryad的聯(lián)合創(chuàng)始人之一Carsten Brinkschulte解釋說，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)，密歇根州立大學的一篇論文同意他的觀點。事實上，學者們解釋說，使用太陽能電池板具有挑戰(zhàn)性，因為樹木提供了遮蔭和覆蓋物，阻擋了很大一部分陽光。因此，研究人員試圖從移動的樹枝中獲取能量。Dryad采取了不同的方法：設(shè)計一個可以在這些惡劣條件下運行的系統(tǒng)。正如卡斯滕告訴我們的那樣，他的公司只能通過使用STM32WL來做到這一點。

通過結(jié)合MCU和無線電發(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和無線電的高速時鐘可以只使用一個晶體。此外，STM32WL的LDO和SMPS允許某些操作在喚醒時運行得更快，從而更快地執(zhí)行任務，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能運行。

計算挑戰(zhàn)

野火探測機制面臨的另一個挑戰(zhàn)是可擴展性。并非所有火災看起來都一樣，尤其是在陰燃階段。席爾瓦內(nèi)依靠氣體傳感器，并非每場火災都會以相同的方式記錄。例如，松樹發(fā)出的煙霧與桉樹不同。 因此，Dryad實施了一個適應不同森林的機器學習應用程序，并獲得了一個功能強大的微控制器來運行它。這也是Silvanet傳感器使用STM32WL的另一個原因。該 MCU 可容納高達 256 KB 的閃存，運行頻率高達 48 MHz。 得益于硬件優(yōu)化，該設(shè)備可以處理來自傳感器的數(shù)據(jù)并在本地運行機器學習算法。

溝通挑戰(zhàn)

檢測森林火災的開始只是問題之一。另一個挑戰(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這樣的運營商的技術(shù)。因此， Dryad 選擇了 LoRaWAN，因為它在偏僻的地方工作。事實上，Silvanet使用在STM32U5上運行的自定義網(wǎng)關(guān)。一個是LoRa網(wǎng)狀網(wǎng)關(guān)， 它將LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)擴展到森林深處。另一個是邊界網(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。

一個野火傳感器節(jié)點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)擴展網(wǎng)絡(luò)，同時使用具有連接的邊界網(wǎng)關(guān)將消息發(fā)送到云。傳感器的防護等級為 IP67，可抵御風暴，支持-40oC至+85oC的溫度范圍。這是可能的，因為Silvanet傳感器和網(wǎng)關(guān)沒有端口或連接器。它們都使用堅固的塑料外殼。作為一項關(guān)鍵要求，Dryad實施了無線固件更新機制，并使用意法半導體的庫來促進其實施。因此，產(chǎn)品可以接收補丁以修復錯誤或更新機器學習應用程序以改進火災探測。

最后的挑戰(zhàn)

最后一個挑戰(zhàn)仍然是說服政府、行業(yè)和其他人相信有一種新的野火探測解決方案。傳感器的價格為48歐元，網(wǎng)狀網(wǎng)關(guān)的價格為371歐元，邊境網(wǎng)關(guān)的價格為549歐元。當覆蓋數(shù)十萬公頃時，投資并非微不足道。然而，與森林火災的直接和間接成本相比，這筆支出相形見絀。

審核編輯：郭婷