Artificial Intelligence

新しい AI 技術により山火事の予測を改善できる

更新中 on 2022 年 12 月 9 日

国立大気研究センター (NCAR) の科学者たちは、人工知能 (AI) を使用して山火事の予測を改善する新しい技術を開発しました。この技術は、火災の挙動と延焼を正確に予測するために山火事コンピューターモデルで使用される植生マップを効率的に更新するのに役立ちます。

この方法は、2020 年にコロラド州で発生した東部トラブル火災を使用して実証されました。この火災の間、燃料在庫では焼けた土地が健全であると誤って記載されました。しかし実際には、火災が起きた地域は最近マツクイムシや暴風雨の影響を受けており、枯れたり倒れた木材の大部分が残されていた。

山火事のシミュレーションの比較

研究チームは、標準的な燃料在庫を使用した山火事の挙動モデルと、AI で更新された別のモデルによって発生した火災のシミュレーションを比較しました。 AI シミュレーションは、火災で焼かれたエリアを予測する際に、パフォーマンスが大幅に向上しました。

エイミー・デカストロは NCAR の科学者であり、次の本の主著者です。研究.

「山火事モデリングにおける私たちの主な課題の 1 つは、燃料データを含む正確な入力を取得することでした」とデカストロ氏は述べています。「この研究では、機械学習と衛星画像を組み合わせて使用することで実行可能なソリューションが提供されることを示しました。」

モデルのシミュレーションは、NCAR ワイオミングスーパーコンピューティングセンターの Cheyenne システムで実行されました。

山火事を正確にシミュレートすることを目的としたモデルには、現地の天気や地形など、現在の状況に関する多くの詳細な情報が必要です。また、火災の燃料となる植物に関する情報も必要です。

LANDFIRE データセット

最良の燃料データセットは、山火事の燃料に関する情報を含む地理空間データセットを作成する連邦プログラムである LANDFIRE によって作成されます。山火事の燃料データセットを作成するには、専門家が大量の衛星画像、景観シミュレーション、調査情報を必要とします。必要なデータが大量にあるため、データセットの更新には時間がかかります。同時に、ある地域で利用可能な燃料は急速に変化する可能性があります。

研究チームは、欧州宇宙機関のコペルニクス計画に属するセンチネル衛星を使用して燃料データセットを更新した。 Sentinel-1 は、植生の種類を識別するために使用できる表面テクスチャに関するデータを提供します。 Sentinel-2 は、植物の緑から植物の健康状態を推測するために使用できるデータを提供します。この衛星データは、空中から樹木の枯死率を推定するために毎年実施されている米国森林局の昆虫と病気の検出調査でトレーニングされた機械学習モデルに入力されました。

これらの新たな追加により、機械学習モデルは LANDFIRE 燃料データを正確に更新できるようになりました。

「LANDFIRE データは非常に貴重であり、構築するための信頼できるプラットフォームを提供します」とデカストロ氏は述べています。「人工知能は、リソースをあまり消費しない方法でデータを更新するための効果的なツールであることが証明されました。」

新しいシステムのテスト

次にチームは、更新されたインベントリが山火事のシミュレーションに与える影響をテストすることに着手し、山火事の動作をシミュレートするために NCAR によって開発された WRF-Fire を使用しました。

彼らは最初に WRF-Fire を使用して、未調整の LANDFIRE 燃料データセットを使用して東部トラブル火災をシミュレートしました。その結果、焼失する面積の量が過小予測されました。ただし、調整されたデータセットを使用してモデルを実行すると、はるかに高い精度でこの焼けた領域を予測しました。これは、枯れて倒れた木材が火災の拡大につながると予測して行われた。

この機械学習モデルは現在、既存の燃料マップを更新するように設計されていますが、最終的には燃料マップを最初から定期的に作成して更新することになる可能性があります。

NCAR の研究者らはまた、火災によって発生する残り火の性質を予測する能力の向上など、この分野における他の大きな課題も機械学習によって解決されることを期待しています。

NCAR の科学者ティモシー・ジュリアノはこの研究の共著者です。

「私たちはこれらの問題を解決し、人々の安全を守るために、すぐに利用できる非常に多くのテクノロジー、非常に多くの計算能力、そして非常に多くのリソースを持っています」とジュリアノ氏は言いました。「私たちはポジティブな影響を与えることができる有利な立場にあります。私たちはそれに取り組み続ける必要があるだけです。」