Wildfire Active Detection and Protection System

Abstract

Os fogos florestais são dos desastres naturais mais preocupantes que aconteceram pelo mundo inteiro nos últimos anos, tendo queimado centenas de milhares de quilómetros quadrados de áreas rurais e urbanas, causado centenas de vítimas mortais e milhares de milhões de euros em prejuízos.Esta dissertação introduz uma rede sensorial de baixo custo e inteligente, baseada em sensores térmicos matriciais com campo de visão estreito, que consegue detetar e localizar fontes de calor, como incêndios florestais, em tempo real. Este sistema consegue detetar incêndios florestais em aproximação e foi desenvolvido para ser usado em combinação com mecanismos ativos de proteção contra fogo. Um destes mecanismos é uma cerca para proteção contra incêndios florestais, que combina um sistema de aspersores com uma tela térmica, para tentar sustentar o avanço da frente de chama. Este sistema é também capaz de enviar alarmes, sempre que um incêndio florestal é detetado, para alertar entidades de proteção civil e proprietários de terrenos. Integrado neste sistema está também um sensor ambiental, capaz de medir temperatura ambiente, humidade relativa, pressão atmosférica e compostos orgânicos voláteis (VOC). Estes dados podem ser utilizados para geral informação sobre o risco de incêndio florestal, usando o Índice Meteorológico de Perigo de Incêndio Florestal (FWI). O principal objetivo deste trabalho é desenvolver uma solução que proactivamente proteja pequenas áreas de interesse: casas isoladas, pequenas aldeias, parques de campismo, festivais, etc. Testes usando pequenas frentes de fogo validaram a solução proposta para detetar e localizar a exitência de fogo a curta distância.

Forest fires are one of the most worrying natural disasters that happened around the world in the last few years having burned hundreds of thousands of square kilometres of rural and urban areas, having caused hundreds of deaths and billions of euros in losses.This dissertation introduces a novel low-cost smart system of networked nodes, based on narrow Field of View (FOV) Far Infared (FIR) Thermal Array sensors, which can detect and locate strong heat sources, such as forest fires, in real-time. This system is able to detect approaching wildfires, and was designed to be used in combination with active fire protection mechanisms. One of these mechanisms, is a fence for protection against forest fires, which combines a water sprinkler system with a thermal screen, in order to sustain or delay the advance of the flame front. This system is also capable of emitting alarms, when forest fires are detected, to alert civil protection entities and rural land owners. The system includes an environmental sensor, capable of sensing ambient temperature, relative humidity, barometric pressure, and Volatile Organic Compounds (VOCs). This data could serve a source of fire risk information, coupled with the Fire Weather Index (FWI). The prime objective of this work was to develop a solution to proactively protect small areas of interest such as: isolated homes, small villages, camping sites, music festivals, etc when a fire is within 50 meters. Tests conducted with real fire fronts validated the proposed solution for detecting and pinpointing fire existence at close range.