Droner redder liv i katastrofer, når de får lov til at flyve (Op-Ed)

Ubemandet luftfartøj

Et ubemandet luftfartøj søger vrag efter efterladte i Pearlington, Miss., Efter orkanen Katrina. Køretøjet blev betjent af Safety Security Rescue Research Center, et af U.S.National Science Foundations kooperative forskningscentre fra Industry-University. (Billedkredit: Safety Security Rescue Research Center)



Robin Murphy leder Center for Robot-Assisted Search and Rescue ved Texas A&M University. Hun bidrog med denne artikel til demokratija.eu'sEkspertstemmer: Op-Ed & Insights.



Orkanen Katrina oplevede den første indsættelse af droner i en katastrofe og satte scenen for sådanne drone -udsendelser verden over - fra atomulykken i Fukushima Daiichi til jordskælvet i Nepal. Orkanen var et vartegn for droneteknologier, afgørende for deres udvikling i nødsituationer.

Katrina bidrog også til politiske ændringer, der påvirker, hvordan droner indsættes i katastrofer: Militært udstyr er nu lettere at implementere - men da den amerikanske føderale luftfartsadministration (FAA) 'klargjorde' certifikatet for godkendelse af droner i 2006, skabte de restriktioner for civile flyvninger, der er kontroversielle den dag i dag.

En udvikling på flugt?



Det sidste årti har oplevet en udvikling i små ubemandede luftfartøjer (eller UAV'er, de foretrukne navnebureauer bruger til civile, i modsætning til militære, droner). Dette gælder især for rotorfartøjer, der er gået fra miniaturehelikoptere til multirotoriske systemer, der er mindre mekanisk komplekse, lettere at kontrollere og mere kompakte end de radiostyrede helikoptere, der udforskede efterspillet af Katrina.

Endnu større, men mindre synlige, er ændringer i software og brugergrænseflader, især til styring af UAV'er, billedkvalitet. Og software gør nu billeder til kort, der er mere præcise end satellitbilleder og 3D -rekonstruktioner, så respondenter kan se en katastrofe fra enhver vinkel, som i et videospil.

Det, der ikke har ændret sig, er, at føderale, statslige og lokale by-søge-og-redningsteam stadig ikke ejer UAV'er eller rutinemæssigt bruger dem-og heller ikke har klare procedurer for implementering.

Lektioner fra Katrina



Center for Robotassisteret Søgning og Redning (CRASAR), som en del af Florida State Emergency Response Team, der bistod Mississippi-og senere under Katrina bistod L3 Communications som en del af bistand til New Orleans-regionen-indsatte små ubemandede luftsystemer til de områder, der er berørt af orkanen Katrina.

CRASAR leverede et AeroVironment Raven fastvinget køretøj, udlånt af WinTec Arrowmaker med tilladelse fra U.S. Special Operations Command, og en tilpasset T-Rex miniaturehelikopter fra Like90.

To dage efter at Katrina landede, fløj CRASAR eksternt fra køretøjerne i Pearlington, Mississippi. Byen var blevet afskåret; alle vejene blev blokeret med faldne træer, og telefonlinjerne blev udslettet.



Missionen: Find ud af, om mennesker var strandet og var i umiddelbar nød, og om Pearl River, der var på toppen, udgjorde en umiddelbar trussel.

Heldigvis var svaret 'nej' - i begge tilfælde. UAV -videofeedet viste, at selvom området var stærkt beskadiget, faldt oversvømmelsen, og folk arbejdede på at rydde træerne og skade.

Et døgn senere fløj CRASAR en tredje mission i Bay St. Louis for at dokumentere US-90 broskader og demonstrere UAV-kapaciteter, og i november vendte CRASAR tilbage med en iSENSYS IP-3 miniaturehelikopter, specielt designet til inspektion af strukturer. ISENSYS IP-3 fløj med succes 32 flyvninger og undersøgte strukturelle skader på syv etagers kommercielle bygninger. Rotorcraft var i stand til at give udsigt til bygningerne fra vinkler, der var umulige at komme fra jorden eller flyover.

Resultaterne hjalp ikke kun ingeniører med at se, at stormens vindskader var meget mindre end forventet, men førte også til et sæt undersøgelser, der skulle vejlede i sikker besætningsorganisationspraksis, der blev brugt af respondenter i USA, Europa og på stedet for Fukushima Daiichi atomulykke.

Katrina -flyvningerne viste også, at strukturel inspektion ikke blot var et spørgsmål om at tage fotografier. Strukturelle specialister, der så uploadede billeder, havde problemer med at forstå skadens tilstand. At løse sådanne problemer i 'fjernopfattelse' er stadig et stort åbent forskningsspørgsmål.

Teammedlemmer i Safety Security Rescue Research Center-teamet Mike Lotre, John Dugan og Robin Murphy overvåger UAV

Teammedlemmer i Safety Security Rescue Research Center-teamet Mike Lotre, John Dugan og Robin Murphy overvåger UAV'erne under deres indsættelse i Pearlington, Miss. Centret er et af de amerikanske NSF Industry-University Cooperative Research Centers.(Billedkredit: Safety Security Rescue Research Center)

Hurtigt svar

Siden Katrina er UAV'er blevet brugt over hele verden til katastrofer af to grunde. For det første giver de bedre udsigtspunkter og billeder med højere opløsning end satellitter eller bemandede fly og helikoptere. Og for det andet implementerer de hurtigere, og respondenter kan kontrollere dem taktisk.

I modsætning til en bemandet helikopter eller National Guard Predator, der skal flyve ind fra en lufthavn eller base, kan taktiske hold bære en UAV ind i en varm zone, implementere den på forespørgsel, når de ser behovet og straks få billeder - en langt enklere og hurtigere proces end at anmode om billeder fra fly, der kontrolleres og koordineres af en centraliseret myndighed og derefter venter på, at fartøjerne tager billedet og derefter downloader billedet til teamet, forudsat at der er tilstrækkelig forbindelse.

Kvantificering af succes er vanskelig, svarende til at måle succesen med en bemandet helikopter eller værdien af ​​et kamera. UAV'er er værktøjer, og deres værdi er i, hvordan de hjælper respondenter. Selvom de er billigere at bruge end bemandede aktiver - Mesa County, Colorado anslår, at dets systemer koster $ 25 i timen mod $ 10.000 til $ 15.000 i timen for en bemandet helikopter - er omkostninger ikke blevet nævnt som den primære årsag til indsættelse ved katastrofer. I stedet har respondenter citeret UAV'ers nye muligheder.

Satellitbillede af Fukushima Daiichi -kraftværket tre dage efter, at Tohoku -jordskælvet ramte.

Satellitbillede af Fukushima Daiichi -kraftværket tre dage efter, at Tohoku -jordskælvet ramte.(Billedkredit: GeoEye)

Fordøjelse af katastrofedata

Den mest synlige ændring siden Katrina har været fremkomsten af ​​multirotorisk håndværk. Fastvingede UAV'er ligner stadig meget fly, men i nyere modeller er flyrammerne ofte formbare elektroniske tavler, der giver både skelet og 'nervesystem' til køretøjet. UAV'er er nu mere tilbøjelige til at bære specialiserede nyttelast såsom infrarød og lidar. Mens rotorcraft lignede miniaturehelikoptere i 2005, har rotorcraft, der blev brugt ved nylige katastrofer, været multirotoriske (med undtagelse af Honeywell T-Hawk-kanalventilatoren, der blev brugt i Fukushima).

De mindre synlige, men lige så vigtige og spændende ændringer har været i software og brugergrænseflader. Da platformene er modnet i de sidste 10 år, er forsknings- og udviklingsarbejdet skiftet fra luftfart til datavidenskab. Datavidenskab - eller mere specifikt nødinformatik - omhandler, hvordan respondenter får de data, de har brug for til at træffe beslutninger om reaktion og genopretning.

For eksempel er 3D -rekonstruktioner af websteder nu tilgængelige via gratis fotogrammetriske programmer - dem, der giver et virtual reality -miljø - såsom Microsofts ICE eller gennem kommercielt tilgængelige pakker som Agisoft og Pix4D. Disse programmer kan flise individuelle fotos til en enkelt højopløselig mosaik og derefter nøjagtigt beregne terrænets højde og bygningsstørrelse samt estimere mængden af ​​affald, der skal ryddes op.

Mange virksomheder fokuserer imidlertid mere på at optimere dataindsamling til fotogrammetri til landbrug eller rørledningskontrol, tilsidesætte, hvad respondenter har brug for, og den bedste måde at støtte dem på. Nogle missioner, såsom vurdering af oversvømmelser ved Oso -mudderet i staten Washington, drager fordel af UAV'er, der er optimeret til fotogrammetri.

De fleste af disse systemer er konfigureret til at flyve forud planlagte missioner og vende tilbage med dataene, uden at respondenterne kan se, hvad UAV ser i realtid. Men andre missioner-såsom generel situationsbevidsthed og identifikation af overlevende i nød-er tidskritiske, og hvert sekund tæller. Respondenter skal stadig se video i realtid og aktivt (men sikkert) direkte robotter uden først at have været uddannet som ekspertoperatører.

Robin Murphy og hendes team fra NSF Safety Security Rescue Research Center brugte Like90 ubemandede luftfartøjer til at undersøge bygninger beskadiget af orkanen Katrina.

Robin Murphy og hendes team fra NSF Safety Security Rescue Research Center brugte Like90 ubemandede luftfartøjer til at undersøge bygninger beskadiget af orkanen Katrina.(Billedkredit: Like90, SSRRC)

Ændring af reglerne

UAV -brug på Katrina efterlod en varig arv efter politik, som har forbedret de overordnede kapaciteter inden for katastrofehåndtering, men kan have forsinket UAV -adoption på grund af FAA's reaktion. På den positive side illustrerede brugen af ​​Ravn i Mississippi og de andre militære UAV'er i New Orleans, at militæret og dets reservoir af teknologi har en rolle i hjemmekatastrofeindsatsen.

Da Katrina slog til , havde det amerikanske forsvarsministerium potentielt nyttige UAV'er, men var usikker på, hvordan de skulle indsættes på grund af Posse Comitatus Act fra 1878, som i det væsentlige siger, at det amerikanske militær ikke kan bruges på amerikansk jord.

Det gælder ikke National Guard, som drives af hver stat og rapporterer til hver stats guvernør, men der var en frygt for, at den offentlige opfattelse ville være, at alt med camouflage var en krænkelse og randgrupper ville se det som USA forsøger at begrænse individuel frihed.

Ironisk nok blev Posse Comitatus Act oprindeligt brugt til at få føderale tropper til at håndhæve genopbygning efter borgerkrigen ud af syd. Efter Katrina forhindrede det syden i at få katastroferessourcer. Som følge heraf blev Posse Comitatus Insurrection Act ændret i 2006, og senere blev det amerikanske forsvarsministerium bedre integreret i de nationale reaktionsrammer.

Brugen af ​​UAV'er efter Katrina førte også til FAA's præcisering af, at brug af små UAV krævede et godkendelsescertifikat (COA) og ikke kunne drives under 'hobbyist' regler, hvilket skabte en barriere for adoption og eksperimentering.

Afklaringen skyldtes til dels alarmer fra den amerikanske kystvagt om sårbarheden ved deres taktiske helikopter og hejseoperationer i New Orleans. Bemannede helikoptere under en katastrofe opererer typisk i farligt lave højder, og et lille fugle strejke kan forårsage et styrt. Tilstedeværelsen af ​​et ukendt og ukoordineret fly sætter dem i fare for et dødeligt styrt, der kan dræbe de meget ofre, som kystvagten forsøger at hjælpe.

Standardpolitik fra luftfartens tidlige dage er, at når en pilot ser et ukendt nærliggende fly, uanset om det er bemandet eller et hobby -legetøj, bliver missionen stoppet. En redningsflyvning kan ikke vende tilbage, før en undersøgelse viser, at det er sikkert at flyve i dette område. Det betyder, at en helikopterpilot straks skulle stoppe med at hejse et offer fra et tag, fordi nogen fløj en UAV i nærheden, uanset UAV's hensigt eller ekspertise. Problemet vedvarer den dag i dag, hvor UAV'er blander sig i bemandede fly, der arbejder ved Californiens naturbrande og oversvømmelser i Texas.

Selvom der ikke er nogen rapporter om, at bemandede fly faktisk aflyser missioner i Katrina, var muligheden stor nok - og bekymringen fra bemandede piloter, der fløj i New Orleans var reel nok - at det ikke kunne ignoreres.

FAA annoncerede COA -kravet seks måneder efter, at Katrina slog til. Dommen forhindrede effektivt UAV'er fra katastrofer i USA i næsten syv år, da COA -nødprocessen blev mere håndterbar.

hvis du

Hvis du er en aktuel ekspert-forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør-og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her .(Billedkredit: demokratija.eu)

Hvor er UAV'erne?

UAV'er er blevet brugt i mere end 20 katastrofer verden over siden Katrina, men i USA ejer føderale, statslige og lokale by- og redningshold stadig ikke små UAV'er, bruger rutinemæssigt UAV'er eller har klare procedurer for implementering af UAV'er. Teknologien eksisterede i 2005 og eksisterer i 2015, men dengang som nu bliver teknologien ikke brugt.

Brandredningsafdelinger har ikke tilskud afsat til at købe UAV'er på den måde, politiafdelingerne kan købe bombegrupperobotter. Forvirring over politikker fra FAA og modstridende privatlivsbegrænsninger fra føderale, statslige og lokale fortolkninger af regler afskrækker vedtagelse. En nylig FAA -dom giver virksomheder som Amazon - med branchens version af en COA, kaldet en 333 -fritagelse - mulighed for at flyve med mere fleksibilitet end et brandvæsen med en COA. UAV'er har brug for lovgivningsmæssig fortalelse og statsfinansiering for at fremskynde vedtagelsen af ​​UAV'er til nødstyring. Når adoption bliver udbredt, vil fokuseret forskning og udvikling følge, hvilket skaber et offentligt marked for UAV'er og platforme, der er endnu billigere og lettere at bruge.

Ti år senere er orkanen Katrina et eksempel på den accelererende urbanisering af katastrofer - stigende befolkning i bycentre langs kyster med stigende havniveau skaber betydelige sociale og infrastrukturelle sårbarheder for katastrofer. Lad os håbe, at Katrina 20 år senere vil stå som et eksempel på, hvordan ny teknologi blev introduceret og vedtaget i nødstyring.

Følg alle spørgsmål og debatter om ekspertstemmer - og bliv en del af diskussionen - videre Facebook , Twitter og Google+ . De udtrykte synspunkter er forfatterens og afspejler ikke nødvendigvis udgiverens synspunkter. Denne version af artiklen blev oprindeligt offentliggjort den demokratija.eu.