随着气候变化导致更大、更频繁的野火，能源部橡树岭国家实验室的研究人员正在使用传感器、无人机和机器学习来预防火灾并减少火灾对电网的破坏。工程师们正在研究远程感应电弧和故障设备以及火灾蔓延方向的技术。
这种需要是紧迫的。根据国家机构间火灾中心的数据，自2004年以来发生了有记录以来最大的野火年，与许多有记录以来最热的年份相吻合。考虑到许多野火都是由电线引发的，野火可能导致大面积停电，电力公司在解决这场危机中有着巨大的利益。
上一个火灾季节，能源部将资金用于少数野火项目，包括ORNL的两个项目。“我们选择加速这项研究，因为我们认识到由于气候变化和其他因素，野火变得多么严重和危险，”能源部高级技术负责人和战略家斯图尔特·塞德斯（Stewart Cedres）说。他指出，野火对输电线路的破坏可能导致数个州以外的停电。
Cedres说：“ORNL在能够超越视线的无人机上利用传感器技术所做的工作是独特的，也是非常关键的，因为它使我们能够在可能使电网面临风险的问题上领先几步，使电网变得不可靠，弹性降低。”。
塞德斯说，能源部有双重利益：防止电网引发火灾和保护电网免受火灾。ORNL的网格通信和安全小组负责人彼得·福尔领导的ORNL团队正在解决这两个问题。它还为扑灭野火的主要机构美国林业局（U.S.Forest Service）改进了火灾探测传感。
白宫在7月份指出，福尔团队正在进行野火研究，以解释拜登政府如何应对野火威胁。
预防
放置在电力线路附近或电力电子设备中的传感器可以记录导致过热火花的功率流变化。ORNL研究员阿里·埃克蒂（Ali Ekti）正在开发一种算法，用于快速识别和分类这些电弧事件，这些事件发生在两个导体之间的空气中。
Ekti正在使用一个由公用事业和大学提供的波形“特征”库，该库显示了由电弧等异常引起的电压或电流峰值。他的算法检测这些异常区域。接下来的步骤将包括训练一个软件程序来识别类似的特征，并精确定位电弧发生的位置。该算法可以部署在电力电子设备中，将向公用事业指挥中心发出警报，以便工作人员检查位置鈥攊f它是可接近的。
这就是无人机的用武之地：通常在难以到达的崎岖地区会产生电弧。飞机和直升机有时不能飞得足够低或足够近，以找到小弧线。Fuhr说，它们的飞行成本更高，而且很难快速安排。
一个有希望的替代方案是使用配备有传感器的无人机，这些传感器可以记录视频并检测小弧线的音频、热量和射频发射。这些组合的感觉能力可以确认检测到的问题并克服干扰。
无人机有助于在火灾开始前确定维修需求。ORNL在视觉视线之外操作无人机的经验允许长距离检查输电线路。联邦航空管理局最近授予富尔的团队在美国各地驾驶无人机的特别授权，并获得特别许可，最高飞行高度可达1500英尺。
“无人机已经在那里进行植被管理。那幺我们为什么不在同一平台上使用额外的技术来同时检查电弧？”福尔说。“明年，我们将在全国各地的大小公用事业公司举行示威。”
安装在无人机上的音频传感器在区分电弧的噼啪声和无人机螺旋桨的嗡嗡声方面面临挑战。但Ekti开发了一种新技术，利用数学从背景噪声中提取电弧的音频特征。
指挥灭火
富尔的团队可能会在10月份的另一次林业局演示中对此进行实地测试。在蒙大拿州的库特奈国家森林附近，ORNL研究人员将展示他们如何使用无人机在大火发生前对火花进行热探测。
该小组今年夏天在附近的一个农场测试了这项技术，在零散的燃烧凝胶燃料的小罐中点燃了一堆装有燃料的篝火。他们进行了实验，以了解安装在无人机上的传感器能够识别下方微小火焰的高度。
美国林务局燃料专家玛娃·威利（Marva Willey）表示，这种能力可能会改变扑灭野火的游戏规则，她是该机构工具和技术团队的成员。她说：“热探测传感器有很多应用，可以提高我们的态势感知能力，并了解热和火的位置。”。“这一切都是关于在你把人送出去之前知道发生了什么。”
威利说，安装在无人机上的传感器有助于发现由余烬引起的新火灾，余烬可以从主火灾中吹出一英里远。在看不到烟雾的树冠下，没有其他东西能感觉到热量。这些无人机还可以用来定位遗留在烧毁区域的热点鈥攁 这项任务现在由消防员在灰中筛选时手工完成。
ORNL的研究人员正在为另一项森林服务实验提供传感器，该实验涉及探测来自极高海拔的热量。传感器可以由气球或太阳能长续航能力的飞行器携带，在雷暴上空飞行，检查雷击引发的火灾。这项技术计划在今年晚些时候进行测试。威利说，这可以减少对有人驾驶的火灾探测飞行的需求，在明智地利用有限资源的同时消除人为风险。
Fuhr的团队已经开始研究使用无人机安装的传感器防止电气火灾的其他方法，例如检测拼接或变压器是否产生过多热量。
2021，田纳西州附近的Wears Valley发生了一场由倒塌的电线引起的野火，Fuhr和他的团队获得了消防队员的许可，可以使用无人机监测大火中输电线路和变压器的热量。Fuhr说，即使变压器在火灾中幸存下来，也可能因暴露在高于其工作极限的温度下而受损。这有助于确定应在何处更换设备。
“新墨西哥州今年早些时候着火了，当你看到（2018年）营火造成的破坏以及由此导致的公用事业公司破产时鈥攊如果我们的活动可以减少这种结果，那对每个人都有好处，”福尔说。