Κατάσβεση πυρκαγιών με Τεχνητή Νοημοσύνη;

To θερμόμετρο δείχνει 40 βαθμούς Κελσίου και οι άνεμοι πνέουν ισχυροί την ώρα που μια μικρή στήλη καπνού ίσα που ξεπροβάλει ανάμεσα από τις κόμες των πεύκων στο Σέιχ Σου.

Μια πυρκαγιά βρίσκεται εν τη γενέσει, αλλά ευτυχώς το περιαστικό δάσος της Θεσσαλονίκης είναι εξοπλισμένο με άγρυπνα «μάτια». Αισθητήρες εδάφους και drones με κάμερες συμβατικές και υπέρυθρων, που το περιπολούν, καταγράφουν άμεσα το συμβάν και στέλνουν τα δεδομένα στο Κέντρο Επιχειρήσεων της Πυροσβεστικής. Εκεί, με τη χρήση και Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ), αρχίζει τη διαδικασία για τη βέλτιστη αντιμετώπιση της πυρκαγιάς.

Ταυτόχρονα, λαμβανομένων υπόψη των ισχυρών ανέμων που πνέουν στην περιοχή και του καύσωνα, διατυπώνονται σενάρια για το πόσο γρήγορα οι φλόγες θα μπορούσαν να φτάσουν από το Σέιχ Σου στον δρόμο Χορτιάτη- Αγίου Βασιλείου, αν ξεφύγει η κατάσταση, ώστε να γίνουν -αν χρειαστεί- οι απαιτούμενες εκκενώσεις και οι δυνάμεις της πυροσβεστικής να κατευθυνθούν εγκαίρως στα καίρια σημεία. Ταυτόχρονα, με τη χρήση της τεχνολογίας, εντοπίζεται ένα αυτοκίνητο με τέσσερις αμέριμνους επιβάτες, οι οποίοι θα μπορούσαν δυνητικά να κινδυνέψουν από τις φλόγες, αν δεν απομακρυνθούν από την περιοχή εντός μίας ώρας.

Το παραπάνω σενάριο είναι υποθετικό. Ωστόσο, οι δυνατότητες που περιγράφει, χάρη στη χρήση της τεχνολογίας, είναι υπαρκτές και βρίσκονται στο επίκεντρο του ευρωπαϊκού προγράμματος έρευνας και καινοτομίας ΤΕΜΑ (Αξιόπιστη και Εξαιρετικά Ακριβής Χαρτογράφηση και Πρόβλεψη για Διαχείριση Έκτακτων Καταστάσεων), που συμπλήρωσε τους πρώτους 18 μήνες του πριν από λίγες ημέρες.

Συντονιστής στο έργο, προϋπολογισμού 11 εκατ. ευρώ, είναι το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ), ενώ από πλευράς της Ελλάδας μετέχουν ακόμα το Κέντρο Μελετών Ασφάλειας (ΚΕΜΕΑ) και ο δήμος Μαντουδίου, όπως λέει στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο καθηγητής του Τμήματος Πληροφορικής του ΑΠΘ, Ιωάννης Πήτας. Συνολικά, για τους σκοπούς του έργου συνεργάζονται 19 εταίροι από όλη την Ευρώπη.

Εργαλείο πρόληψης πυρκαγιών και οι... αναρτήσεις στα social media

Πώς ακριβώς λειτουργεί το όλο σύστημα; Συνδυάζοντας όλα τα απαιτούμενα εργαλεία και αναλύοντας Μεγάλα Δεδομένα, προερχόμενα από δορυφορικές εικόνες, εικόνες υπέρυθρου κάμερας, βίντεο από drones (τα οποία σημειωτέον μπορούν να πετάξουν ακόμα και σε πυκνό καπνό και να καταγράψουν εικόνα μέσω της κάμερας υπέρυθρων όπως εξηγεί ο καθηγητής), μετεωρολογικές μετρήσεις και προβλέψεις, αλλά και αναρτήσεις στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης. Σχεδόν κάθε πολίτης σήμερα διαθέτει ένα έξυπνο κινητό με κάμερα και μπορεί να καταγράψει στατικές εικόνες ή βίντεο, που παρέχουν πολύτιμη πληροφορία για την πρόληψη και αντιμετώπιση των δασικών πυρκαγιών.

Το πρώτο βήμα όμως, όπως αυτό αναπτύσσεται στο έργο ΤΕΜΑ, είναι η ανάπτυξη ενός ψηφιακού διδύμου (digital twin), ενός τρισδιάστατου χάρτη: «υπάρχουν περιοχές που θεωρούνται πολύ σημαντικές, όπως για παράδειγμα περιαστικά δάση σαν το Σέιχ Σου. Σε αυτές γίνεται πρώτα αποτύπωση της περιοχής σε έναν τρισδιάστατο χάρτη, όπου φαίνονται για παράδειγμα το ανάγλυφο του εδάφους, η καύσιμη ύλη, η κατεύθυνση από την οποία συνήθως πνέουν οι άνεμοι, το πόσο συχνοί είναι οι καύσωνες, οι προσβάσεις κτλ. Έπειτα σχεδιάζεται η επιτήρηση του δάσους, με αισθητήρες εδάφους, drones με κάμερες κτλ. Έτσι, αν εκδηλωθεί νέα εστία φωτιάς, η Πυροσβεστική μπορεί να χειριστεί το συμβάν πολύ ευκολότερα και ταχύτερα» εξηγεί ο κ.Πήτας.

Αν τώρα πρόκειται για μια πυρκαγιά που έχει ξεφύγει από τον έλεγχο, όπως οι πρόσφατες στον Έβρο, που η κατάσβεσή τους μπορεί να απαιτήσει και μέρες, το σύστημα μπορεί να βοηθήσει και με άλλους τρόπους: να παρακολουθεί και να αναλύει, μέσω Τεχνητής Νοημοσύνης, μετεωρολογικά δεδομένα και δορυφορικές εικόνες, ώστε να γίνονται πιο εύστοχες προβλέψεις, π.χ., για την κατεύθυνση προς την οποία θα μπορούσε να εξαπλωθεί η φωτιά, για το πόσο γρήγορα θα μπορούσε να φτάσει σε μια κατοικημένη περιοχή ή για τις αναγκαίες εκκενώσεις.

Στην πιο επιστημονική γλώσσα, το TEMA αναπτύσσει τεχνολογίες αιχμής που μπορούν να εξάγουν πληροφορία σε πραγματικό χρόνο από πολλαπλές πηγές ετερογενών δεδομένων, με τη χρήση αλγορίθμων Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ), να κάνουν προβλέψεις για την πιθανή εξέλιξη του φαινομένου σε πραγματικό χρόνο και να δημιουργήσουν ενημερωμένους τρισδιάστατους σημασιολογικούς χάρτες της πληττόμενης περιοχής. Οι αλγόριθμοι της ΤΝ (που πραγματοποιούν, πχ, ανίχνευση πυρκαγιάς, εύρεση οχημάτων/ατόμων που κινδυνεύουν) κατανέμονται με βέλτιστο τρόπο μεταξύ συσκευών χαμηλής υπολογιστικής ισχύος (π.χ., drones) στο πεδίο της καταστροφής και ισχυρών υπολογιστών που βρίσκονται στο υπολογιστικό νέφος (computing cloud), ίσως και χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά. Η ανάλυση των δεδομένων της πυρκαγιάς ή πλημμύρας πραγματοποιείται με βάση Βαθιά Νευρωνικά Δίκτυα (DNNs) ή άλλους αλγορίθμους ΤΝ αιχμής με αξιόπιστο, διαφανή και εξηγήσιμο τρόπο. Η ανάλυση μεγάλων δεδομένων (π.χ., βίντεο από drones, δορυφορικές εικόνες, εικόνες υπέρυθρου, μηνύματα σε κοινωνικά μέσα, μετεωρολογικές μετρήσεις και προβλέψεις) γίνεται με τέτοιον τρόπο, ώστε να καλύπτονται οι ανάγκες τόσο του Κέντρου Επιχειρήσεων της Πυροσβεστικής, όσο και των πυροσβεστικών μονάδων, που επιχειρούν στο πεδίο της καταστροφής. Μελλοντικά, με τα ίδια εργαλεία θα μπορούσαν να μετρηθούν με ακρίβεια οι καμένες (ή πλημμυρισμένες) εκτάσεις.

Οι δυσκολίες στην πράξη και οι πιλοτικές εφαρμογές

Όλα αυτά ακούγονται εξαιρετικά. Είναι όμως και εφαρμόσιμα; Όπως επισημαίνει ο κ.Πήτας, η εφαρμογή ενός συστήματος όπως το ΤΕΜΑ δεν είναι απλή, αφού δεν αρκεί π.χ., ένας δήμος να προμηθευτεί δύο ή πέντε drones με κάμερες ή αισθητήρες εδάφους. «Χρειάζεται να προσληφθούν πιλότοι για τα drones, χρειάζεται πλάνο και συντονισμός, δεν είναι τόσο εύκολο» παρατηρεί.

Χρήσιμα συμπεράσματα για την εφαρμογή αναμένεται πάντως να εξαχθούν κατά την τρίτη φάση του έργου ΤΕΜΑ, κατά την οποία προβλέπεται να γίνουν πιλοτικές εφαρμογές σε τέσσερις περιοχές: μια που θα αφορά πλημμύρες στο Μαντούδι της Εύβοιας (όπου η ομάδα του έργου θα βρεθεί τον Σεπτέμβριο του 2024), μία για πυρκαγιές και πλημμύρες στη Σαρδηνία, μία για πλημμύρες στη Βαυαρία και μια για δασικές φωτιές με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά στη Φιλανδία. Η τρίτη αυτή φάση περιλαμβάνει δύο διαφορετικά πειράματα για κάθε περιοχή και αναμένεται να ολοκληρωθεί στο τέλος του 2026. Στο Μαντούδι έχει ήδη δημιουργηθεί digital twin της περιοχής, ενώ δεν αποκλείεται το ενδεχόμενο εγκατάστασης υδρομετρικών σταθμών και χρήσης μετεωρολογικών δεδομένων για την πρόβλεψη της πιθανότητας πλημμυρών. Προς το παρόν ολοκληρώθηκε η πρώτη φάση του έργου, που αφορά την ανάπτυξη των απαραίτητων τεχνολογιών αιχμής και των προγνωστικών μοντέλων ΤΝ και το 2025 εκτιμάται ότι θα εκκινήσει η δεύτερη φάση, που προβλέπει τη δημιουργία ενιαίου λογισμικού, όπου θα ενσωματώνονται όλες οι τεχνολογίες.