深刻化する山火事と闘うNASAのテクノロジー：機械学習で発生予測と消火を支援

　カリフォルニアのような乾燥地帯では、気温が上がり乾燥が激しくなる季節には山火事が増えると言われてきた。しかし、気候変動によって状況は変わりつつある。米農務省によると、「かつては山火事のシーズンは4カ月だったが、今は6～8カ月は続く」。さらに悪いことに、「山火事は米国の多くの地域で通年発生」しており、ついには「fire year」（火災年）という言葉まで生まれた。

提供：Tharon Green/CNET

　この深刻な事態に対応するために立ち上がったのが米航空宇宙局（NASA）だ。NASAは豊富な地球観測データを火災の予測と消火活動に活用することで、山火事対策に追われる全国の関係者を支援している。NASAが保有する観測データの多くは、地球観測衛星「ランドサット」が撮影した地球の地形画像だ。こうした画像は地表の温度を測定できるだけでなく、火災の拡大や延焼を引き起こす自然界の物質、たとえば密集した樹木などの植生も特定できる。

　筆者はシリコンバレーにあるNASAエイムズ研究センターを訪れ、研究科学者のChristopher Potter氏に話を聞いた。「われわれは40年分の衛星画像データのアーカイブを保有している」と、Potter氏は言う。「この大量のデータを使って、予測モデルを構築している」

　山火事の頻度と深刻度が増すなか、人工知能（AI）やドローンといった新しいテクノロジーを使って、消火活動の安全性を確保し、鎮火に必要な情報を提供する動きが出てきている。例えばカリフォルニア州兵空軍は、ドローンを使って火災の延焼状況を追跡し、災害のリアルタイム画像を収集することで、支援が必要な地域をピンポイントで特定している。各地の消防当局は火災の動向を数日先まで予測できるソフトウェアを導入し、消火活動に役立てている。Pano AIなど、カメラとアルゴリズムを用いて森林火災を早期に発見し、大規模な山火事に発展する前に電力会社などの顧客に警告を出す新興企業も現れた。一方、NASAは保有する大量のデータを使って予測モデルを構築する一方、ドローンの操縦士や消防当局が災害に効果的に対応するための航空管制ツールも開発した。

　NASAはランドサットのデータに加えて、カリフォルニア州森林保護防火局などが収集している、過去の火災の被害状況（犠牲者数や物的被害）に関するデータも活用している。機械学習を活用することで、山火事の予測モデルをすばやく構築し、火事がどのように拡がり、どのような被害が想定されるかを予測できるようになったという。こうした予測は、当局が火災の発生時に消防資源を効果的に配分する上でも役立っている。

　Potter氏は例として、サンフランシスコ湾岸のイーストベイヒルズの画像を見せてくれた。コンコード、フリーモント、ウォルナットクリークといった都市が赤の濃淡で表示されている。これは建物の密集度を示す。つまり、火災時に大量の有害ガスが発生する可能性が高い地域だ。

　このデータと、その地域で最後に山火事が起きた時期についての情報を組み合わせれば、火事が起きた場合の規模と危険性を予測できる。イーストベイヒルズは一例にすぎないが、NASAの予測モデルによると、この地域で火災が発生した場合、24万7000エーカー（約1000平方キロメートル）以上、60万世帯近くが火に飲み込まれると推定される。

　「（森林火災が発生した場合）どれだけの汚染を引き起こされ、どのような有害ガスがどこで発生するかはすでに分かっている」とPotter氏は言う。NASAのシステムを使えば、火災の発生を数カ月先まで予測できる。

　NASAは森林火災データをインターネット上で公開し、誰でも無料でアクセスできるようにしている。火災の危険性が高い場所を正確に示す地図を提供することで、NASAはカリフォルニア州森林保護防火局や米農務省森林局などの機関が、有事に消防資源を速やかに配備できるよう支援している。大規模火災の消火活動では、何よりも情報の精度が重要だ。

　「州の全域を予測しているわけではない」とPotter氏は言う。「対象は数マイルの範囲だ」

消火活動にあたる航空機の通信を改善

NASAのモバイル航空管制キットは、消防士が消防用ドローンを安全に操縦するのに役立つ
提供：NASA

　NASAの研究成果は山火事の予測だけでなく、消火活動にも役立っている。

　夜間や煙が大量に発生している地域など、有人航空機では危険が伴う場合も、ドローンを使えば消火活動を継続できる。また、山火事を悪化させる枯れた灌木を焼却し、取り除くための計画的な火入れも、人間を危険にさらすことなく実施できる。しかし、課題もある。ドローンがどこを飛んでいるのかを消火活動中の人々が確認できない恐れがあることだ。

　この問題を解決するため、NASAは航空機のパイロット、ドローンの操縦士、地上の作業員がそれぞれの位置を把握し、情報を共有するための空域管理技術を開発している。この取組みは、NASAの「Advanced Capabilities for Emergency Response Operations（ACERO）」プロジェクトの一環であり、消防活動に当たっている人々が的確な情報を適時に入手し、現場で迅速な判断を下す助けとなっている。

　「通信は無線で行われることが多い。ほとんどの場合、山火事は携帯通信サービスが利用できない場所で発生する」と指摘するのは、NASAエイムズ研究センターの研究者Cathryn Chapman氏だ。「そのため、現場で消火にあたっている人同士が連絡を取りにくく、火災の場所を把握することさえ難しい。この問題を技術で解決したい」

　そこでNASAはモバイル航空管制キットを開発し、現場で火災の初期対応にあたっている人々が航空機の高度や位置を視覚化できるようにした。このキットを使えば、ドローンを安全に飛ばし、上空で他の物体と接触しないよう操作できる。

　筆者が見たキットはフタと取っ手がついた黄色いプラスチックの容器だった。サイズは、大きなブリーフケース程度だ。その中に航空機を追跡するためのADS-B（放送型自動従属監視）受信機、ローカルフライトの位置を示す「iPad」、そしてポータブル電源が入っている。

　NASAは米農務省森林局のパイロットの協力を得て、このキットをテネシー州、ミシシッピ州、ジョージア州、フロリダ州、サウスカロライナ州でテストしてきた。計画的な野焼きをする際に、パイロットはこのキットを使ってドローンを操作した。地域の航空交通情報を逐次入手できるため、ドローンの操作が容易になり、安全な距離を保って野焼きができたという。

　こうした空域管理技術はまだ進化の途上にある。今後は森林火災対策に取り組んでいる人々と連携して、視界の悪い場所での飛行デモをする予定だ。こうしたデモは、この技術が実際の火災でもうまく機能するかを確認するためのものだが、残念ながら、山火事の発生頻度は高まり続けている。

　「森林火災の規模は拡大し、深刻度は高まり続けている」とChapman氏は言う。「NASAは、拡大する森林火災に合わせて、火災対応の規模も拡大するためのツールを提供している」