森林火災(zāi)在全世界都是一個(gè)嚴(yán)重而致命的問題。隨著氣候變化，問題只會(huì)變得更糟。野火威脅著我們的家園和野生動(dòng)物，一旦蔓延，如果不嚴(yán)重危及我們的消防員，它們幾乎不可能停止。防止野火變得如此嚴(yán)重的一種方法是早期檢測系統(tǒng)。

具體來說，為了解決這個(gè)問題，我們決定制造一種高效的遙控飛機(jī)，它能夠完全自主飛行，并且能夠使用機(jī)載攝像頭和 TinyML 機(jī)器學(xué)習(xí)來檢測野火。

TinyML 航拍檢測
早期森林火災(zāi)探測只有兩種可能的方法：放置在設(shè)定位置周圍的傳感器或可以探測火災(zāi)的空中設(shè)備。后者是更好的方法，因?yàn)樗鼘?shí)惠，覆蓋范圍更廣，并且可以在任何地方使用。此外，在野生動(dòng)物中放置傳感器可能會(huì)造成環(huán)境污染。

空中設(shè)備受重量和功率的限制，因此創(chuàng)建一個(gè)包括重型紅外攝像機(jī)的火災(zāi)探測系統(tǒng)會(huì)很昂貴，否則會(huì)浪費(fèi)電源。TinyML 解決了這些限制，因?yàn)樘幚砜梢栽诳罩性O(shè)備上完成（限制用于通信的功率）并且可以使用相對(duì)較輕的設(shè)備。

使用的數(shù)據(jù)集是火焰數(shù)據(jù)集，它由有和沒有燃燒的景觀的航拍照片組成。還包括其他數(shù)據(jù)集，例如Fire Dataset和Forest Fire 。在對(duì) CNN 進(jìn)行 100 次訓(xùn)練后，我們實(shí)現(xiàn)了大約 96% 的驗(yàn)證準(zhǔn)確率，并且通過量化模型能夠適應(yīng) Arduino Nano 33 BLE 的內(nèi)存。

衛(wèi)星

能量消耗

為了節(jié)省電量，Arducam OV2640、Arduino Nano 33 和衛(wèi)星在拍照后會(huì)休眠 500 毫秒。無論如何，該設(shè)備（包括 GPS，以 3.3v 拉 150 mA，對(duì)飛機(jī)的電池壽命影響不大（占總功耗的 0.3%）。飛機(jī)可以以 90 分鐘的速度在空中持續(xù)每小時(shí) 30 英里（跨越約 45 英里），使用更多電池（有空間）飛機(jī)可以持續(xù)更長的里程。在高空飛行時(shí)，飛機(jī)可以在一次飛行中覆蓋相當(dāng)多的陸地。

建造飛機(jī)
我們決定使用飛機(jī)，因?yàn)樗梢愿采w很遠(yuǎn)的距離，這在檢測森林火災(zāi)時(shí)非常有用。

1) 使用附帶的說明獲取和組裝平面

我們使用了 ASW28 V2 電動(dòng)滑翔機(jī)，我們按照隨附的說明進(jìn)行組裝。

2）獲得以下物品

A) Pixhawk 4

B) GNSS GPS/指南針

C) 輔助 GPS/指南針

D) Pixhawk 電源管理板

E) RFD900x 遙測調(diào)制解調(diào)器

F) 空速傳感器

G) TBS Crossfire Diversity Nano RX

H) 電調(diào)

I）電機(jī)

J) 空速管

K) 皮托管

L) 面包板

M) 相機(jī)

2. 為皮托管和空速管開槽，將空速管穿入機(jī)身

3. 獲得一個(gè)輕巧的輕木板以固定所需的航空電子設(shè)備。該板如上圖所示，支撐 B 和 E。

4. 在平面底部切一個(gè)孔，為 TinyML 相機(jī)提供視圖。

5. 使用雙面膠帶將上圖所示的所有航空電子設(shè)備連接到各自的位置。

6. 根據(jù)隨附的接線圖為航空電子設(shè)備接線。

檢測森林火災(zāi)的模塊化高效方法對(duì)于現(xiàn)代世界的安全和保障至關(guān)重要。對(duì)我們當(dāng)前設(shè)計(jì)的一項(xiàng)改進(jìn)是將太陽能電池板連接到飛機(jī)的機(jī)翼，使飛機(jī)不僅能夠自主飛行，而且能夠在夜間飛行，因此可以無限期飛行。