FÖREBYGGA SKOGSBRÄNDER ORSAKADE AV SKOGSMASKINER1454495/... · 2020. 7. 21. · DAVID SÖBERG EAMENSARBETE I INDUSTRIDESIGN VT 2020 FÖREBYGGA SKOGSBRÄNDER ORSAKADE AV SKOGSMASKINER

D A V I D S J Ö B E R G

E X A M E N S A R B E T E I I N D U S T R I D E S I G N V T 2 0 2 0

FÖREBYGGA SKOGSBRÄNDER ORSAKADE AV SKOGSMASKINERHOW TO PREVENT FOREST FIRES CAUSED BY FOREST MACHINES

E x a m i n a t o r : P e r S i h l é nA d v i s o r : E v a - L e n a B ä c k s t r ö mS u p e r v i s o r : J o h a n G u s t a f s s o n

- I N N E H Å L L S F Ö R T E C K N I N G -

B A K G R U N D

- A B S T R A C T - I N R I K T N I N G - S A M A R B E T S P A R T N E R S - D E S I G N P R O B L E M - P R O B L E M F O R M U L E R I N G - M Å L G R U P P - M Å L / S Y F T E - T I D S P L A N & P R O C E S S

R E S E A R C H

- G N I S T B I L D N I N G - B R A N D R I S K - B R A N D E N S B E T E E N D E - B R A N D E N S B E T E E N D E | I N S I G H T S- F Ö R E B Y G G A N D E T I D A G | V Ä D E R R A P P O R T E R - F Ö R E B Y G G A N D E T I D A G | B R A N D V A K T E R - P I N P O I N T S | B R A N D V A K T E R - T E K N I S K R E S E A R C H | I N F R A R Ö D K A M E R A

K O N C E P T G E N E R E R I N G - K O N C E P T 1- K O N C E P T 2 . 1 & 2 . 2- F E E D B A C K- V A L T K O N C E P T & V I D A R E U T V E C K L I N G

F O R M G I V N I N G

- G R U N D K R I T E R I E R F Ö R F O R M G I V N I N G - U T T R Y C K | V Ä R D E O R D - S K I S S F A S

S L U T R E S U L T A T

- I N T R O D U K T I O N

- D R Ö N A R E | S P E C I F I K A T I O N - D R Ö N A R E | A U T O N O M T E K N I K - D R Ö N A R E | B A T T E R I K A P A C I T E T- D R Ö N A R E | K A M E R A- D R Ö N A R E | G I M B A L

- L A D D S T A T I O N | S P E C I F I K A T I O N - L A D D S T A T I O N | T R E P O S T I O N E R - L A D D S T A T I O N | S T A R T & L A N D N I N G

- S C E N A R I O

- 3- 4- 5- 6- 7- 8- 9- 1 0

- 1 2- 1 3- 1 4- 1 6- 1 7- 1 8- 1 9- 2 0

- 2 2- 2 3- 2 4- 2 5

- 2 7- 2 8- 2 9

- 3 2

- 3 3- 3 4- 3 5- 3 6- 3 7

- 3 8- 3 9- 4 0

- 4 1

Examensarbete | Industridesign | David Sjöberg 3

9 av 10 skogsbränder orsakas av mänsklig aktivitet. En del av problemet står skogsbruket för. Gnistbildningar från skogsmaskinernas framfart kan, under rätt förutsättningar, vara starten på en skogbrand.

Skogsindustrin är en av Sveriges största och viktigaste näringar. Industrin har dock en stor påverkan på naturen, där bränder är en av dem stora riskfaktorerna. En onaturligt hög frekvens av skogsbränder har en stor negativ påverkan för naturliv och ekostystem men också en ekonomisk påverkan för skogsägarna i form av obrukbar skog och mark som tar hundratals år att ersätta.

Mycket av dagens fokus ligger på att hitta lösningar för släcka redan etablerade bränder. En etablerad skogsbrand är i princip omöjlig att stoppa. Arbetet fokuserar istället på att begränsa spridningen i bästa möjliga mån i väntan på nederbörd, vilket kräver stora insatser från samhället, bland

annat i form av brandkår och vattenbombning från helikoptar och flygplan.

Skogsindustrins produktion påverkas kraftigt av de allt vanligare torrperioderna i skog och mark. “Det medför stora extra kostnader för branschen. Under sommaren 2018 tog branschens parter kostnader för bland annat 102 000 timmar brandbevakning och 420 000 timmar maskinstillestånd”säger Tomas Johannesson på Skogforsk.

Det här projektet undersöker möjligheterna för hur man skulle kunna förebygga dessa katastrofsituationer, genom att identifiera och åtgärda problemet i ett tidigt skede. Slutkonceptet är ett förslag för hur skogsindustrin skulle kunna utföra ett tryggare och säkrare skogsbruk, som minimerar eller helt eliminerar risken för skogsbränder orsakade av skogsmaskiner, och som samtidigt effektiviserar produktionskedjan och planeringsarbetet.

9 out of 10 forest fires is caused by a human activity. One part of this problem is forestry work. Sparks generated form the forest machines can, with the right preresiquites, be the start of a forest fire.

The forestry is one of Swedens biggest and most important industries. With all the positives the forestry brings, it also has some negative impact on the enviroment, were risk of forest fires is one. The big amount of fires caused by humanity has a big negative impact on nature and wildlife, but also a finacial effect on the forest industry, forest owners, aswell as the society in whole.

A lot of todays focus on forest fires is to find solutions for how to handle already established forest fires. An established forest fire is almost impossible to stop. The recourses is instead focusing on reducing the pace of the spread while waiting for rain. This scenario demands a lot from the

society, both financially, aswell as recources from firefighting departments and much more.

The forestry manufacturing chain becomes effected of the more and more common situation of dry weather periods. This causes big additional costs for the industry. During the summer of 2018 the industry had costs of over 102 000 hours of fire surveillance and 420 000 hours of machine downtime.

This project explores the possibilities for how to prevent these fire catastrofies by identifying and eliminating the problem in an early stage. This concept is a proposal for how the industry could perform a safer and more reliable production, by minimizing, if not totally, eliminating the risk of fires caused by forestry machines, while improving the production flow and simplifying the planning.

- A B S T R A C T -


Projektet kommer fokusera på de brandrisksfaktorer skogsmaskiner besitter och hur dessa kan identifieras i ett tidigt skede för att undvika att en brand etablerar sig.

Syftet med projektet är att minimera risken för “onaturliga” bränder orsakade av den mänskliga faktorn (skogsmaskiner i arbete) och därmed minska människans negativa avtryck på natur och ekosystem.

Lösningen skall även ha skogsindustrin i åtanke och målet är att skapa ett pålitligt och precist verktyg som upprätthåller produktionen inom skogsbruket och förenklar beslutsfattandet vid torra och varma förhållanden.

- I N R I K T N I N G -

SKOGSÄGARE

TILLVERKARE

SKOG & NATUR

SKOGSENTEPRENADKONCEPTIDÉ


SCA är en av europas största privata skogsägare som bland annat tillverkar pappersmassa, papper, sågade trävaror och pellets.

För att upprätthålla en god produktion och ökad tillväxt är effektivisering och förbättringar inom skogsbruket en viktig del av SCA:s verksamhetsutveckling. Driftstörningar som exemplevis perioder med varmt och torrt väder är ett problem som kostar mycket pengar för industrin att hantera, och nya lösningar är därför ett intressant utvecklingsområde för SCA men också för industrin i stort.

Magnus Bergman (Skogsteknisk chef) och Leif Johansson (Specialist skogsföryngring) kommer vara mina kontakpersoner under projektet.

Bracke Forest är en världsledande producent av markberedningsaggregat. Markberedning är en del av skogsföryngrinngsprocessen och ett viktigt moment för att skapa så bra förutsättningar för dem nya plantorna som möjligt.

Mycket av den publicitet som skogsbränder från skogsmaskiner fått har fokuserat på just momentet markberedning och den gnistbilningen som uppstår i samband med arbetet. Det finns ingen tydligt utförd och dokumenterad data på att det är just markberedarna som är den stora boven till de skogsbränder som skett. Dock kan man konstatera att gnistbilning lätt uppstår då metalldelarna kommer i kontakt med stenar i terrängen, vilket markberednings-momentet inte kan undvika .

Verkställande direktör Klas-Håkan Ljungberg kommer vara min kontaktperson på Bracke forest under projektet.

- S A M A R B E T S P A R T N E R S -


- D E S I G N P R O B L E M -

Idag finns ingen direkt lösning på hur man ska hantera torra och varma väderperioder och samtidigt kunna upprätthålla produktionen på ett säkert sätt. Är det för varmt och nederbörd uteblir innebär det allt som oftast att man pausar skogsbruket. Detta är extremt kostsamt för branschen då exempelvis markberedning och skogsföryngring endast sker sommartid, vilket kan leda till att en del av arbetet skjuts upp till efterföljande sommar.

Delar av branschen verkar delvis försöka dämpa problemet och få skogsbruket att inte verka som en så stor riskfaktor för skogsbränder som det faktiskt är. Detta har förhållandesätt har försvårats då problemet fick betydligt större uppmärksamhet i samband med skogsbranden i Västmanland 2014.

Efter den händelsen har flera nya riktlinjer har tagits fram och gett branschen tydligare direktiv för hur man bör bedöma och hantera situationer under varma och torra perioder för att undvika samma scenario som 2014. De åtgärder man sätter in idag skulle kunna vara effektivare samt väldigt kostsamma och inte så pålitliga som de bör vara.

Projektet kommer fokusera på att hitta en lösning som möjliggör ett effektivare och tryggare skogsbruk som gynnar industrin såväl som skogen och dess omgivning genom att kunna utföra arbetet med minimal risk för brandetablering.

[Vi strävar ju efter att i så stor utsträckning som möjligt hålla produktionen igång och då behöver vi kunna göra lokala brandriskbedömningar...]

- Lars Bergman, Verksamhetsutveckling Skogsvård, BillerudKorsnäs“

Det finns ett starkt fokus hos skogsföretag att bättre kunna hantera långa perioder med hög brandrisk...

- Alexandra Birger-Röör, affärsområdeschef skog och lantbruk, SMHI.“

“Det medför stora extra kostnader för branschen. Under sommaren 2018 tog branschens parter kostnader för bland annat 102 000 timmar brandbevakning och 420 000 timmar maskinstillestånd.

- Tomas Johannesson på Skogforsk.

“


Hur kan vi hitta en lösning som förenklar brandriskbevakningen på hyggena och minskar risken för etablering av skogsbränder orsakade av skogsmaskiner?

- P R O B L E M F O R M U L E R I N G -


- M Å L G R U P P -

SKOGSÄGARE TILLVERKARESKOGSENTEPRENAD

FÖRARE AV SKOGSMASKIN

SKOGSINDUSTRIN

Ambitionen med projektet är att skapa ett verktyg som är till nytta för hela skogsindustrikedjan. Eftersom problemområdet gäller skogsbruket och arbetet på hyggena innebär det att projektets fokus kan ha störst påverkan på hygget. Det innebär att chauffören av skogsmaskinen och de sysslor de utför sannolikt kommer bli utgångspunkten och huvudanvändaren av konceptet.


Projektet kommer fokusera på att hitta en lösning som möjliggör ett effektivare och tryggare skogsbruk som gynnar industrin såväl som skogen, genom att kunna utföra arbetet med minimal risk för brandetablering.

Under projektet kommer jag fördjupa mig inom ämnet för att skapa en bra förståelse över vilka rutiner och arbetssätt man använder sig av idag. Utifrån detta kommer kan problemområden identifieras som sedermera blir grunden för konceptutvecklingen.

Konceptet ska ta hänsyn till dem förutsättningar som finns på hygget och även ha transporten mellan orter i åtanke.

Konceptet ska genom funktion och form ge användaren en förbättrad och tryggare arbetsmiljö genom att lättare detektera bränder i ett tidigt skede, och på så vis undvika ett okontrollerbar situation som riskerar arbetarnas liv och hälsa.

Genom moderna tekniska lösningar kommer skogsbrukets tillväxt och produktion få ett tryggare arbetsflöde. Med minskade produktionsavbrott och minskad påverkan av utomstående faktorer såsom väder, kommer skogsindustrin på ett effektivare sätt planera sin verksamhet, som avverkning, markberedning och skogsföryngring.

Huvudproblemet bakom projektet är den brandriskfaktorn som skogsbruket faktiskt besitter. Till en viss del är skogsbränder en naturlig del av ekosystemet, dock står den mänskliga faktorn för en stor del av dagens skogsbränder, och skogsindustrin är en del av detta problem. Konceptet ska vara ett hjälpmedel för industrin för att minimera risken för skogsbränder orsakade av skogsmaskiner i framtiden och därmed minska påverkan på naturen och ekosystem.

- M Å L / S Y F T E -


- T I D S P L A N & P R O C E S S -

2/6 UID TALKS

TIS 12/5PRESENTATION

MÅN 3/3 PROJEKTSTART

v. 10 v. 11 v. 12 v. 13 v. 14 v. 15 v. 17 v. 20v. 16 v. 19v. 18 v. 21 v. 22 v. 23

TRE KONCEPT

IDÉGENERERING

WORKSHOP

FEEDBACK PARTNERS

FEEDBACK PARTNERS

VÄLJA KONCEPT --> UTVECKLA

FÄLTSTUDIER HYGGE

INTERVJU: AVVERKNINGSLEDARE

INTERVJU: CHAUFFÖR

SUMMERA RESEARCH

RESEARCH

IDEATION

FINAL CONCEPT

UID TALKS

SLUTSKISSER

CAD

RENDERINGAR

FÖREBERED PRESENTATION

REPETERA

PRESENTATION UID TALKS

REPETERA

MODELLBYGGANDE

Projektet delas in i tre faser. Inldeningen av projektet fokuserar på att samla in information, för att skapa en förståelse över hur skogsbruket arbetar. Utifrån denna research skall problemmråden identifieras, som sedan ligger till grund för idégenereringen som ska leda till ett slutkoncept.


RESEARCH


MARKBEREDNINGSAGGREGAT MASKINENS CHASSI METALLBANDEN

För att skogsmaskiner ska tåla den tuffa miljö och terräng som skogen erbjuder krävs att maskinerna byggs med tåliga material. För att motså dem påfrestningar den steniga marken medför används till stor del metallkomponenter. Det är när metalldelarna kommer i kontakt med stenarna i marken som gnistor bildas. Dessa kan, under rätt omständigheter leda till en brand.

De tre största gnistbildande komponenterna hos en skogsmaskin är maskinens chassi, aggregat som gräver i marken samt maskinen metallband runt hjulen som skall ge maskinen rätt grepp i marken.

Chassit består av mjuka metallplåtar. I den varierande terrängen kan chassidelar komma i kontakt med uppstickande stenar. Beroende på metallens hårdhet skapas olika typer av gnistor, och mjukheten i chassiplåtarna genererar gnistor, större gnistor än exemplevis band och aggregat som är gjorda av hårdare metaller som inte genererar samma energi.

Ett omdiskuterat moment inom skogsbruket och är markberedning. Markberedning är en del av skogsföryngringen där man med roterande metalltallrikar vänder vegetationen för att skapa en så bra miljö för de nya plantorna som möjligt. Dessa tallrikar kommer oundvikligt i kontakt med stenar i marken och gnistbilndning är då i princip omöjligt att undvika.

Skogsmaskinens framkomlighet är många gånger beroende av att gummihjulen förses med metallband. Banden ger maskinen ett betydligt bättre grepp och idag används band i så stor utsträckning som möjligt.

- G N I S T B I L D N I N G -


Det är under sommarmånaderna som risken för skogsbränder växer fram. Riskperioderna kan variera beroende på vart i landet man befinner sig. Exempelvis börjar i regel brandrisksäsongen tidigare i de södra delarna av landet medan det är betydligt längre in på sommaren uppe i norr. Sammantaget finns största risken är främst under månaderna juni och juli. Detta är en period då vårvärmen hunnit smälta snön och sommarvärmen hunnit torka ur marken. Juni och juli är de månader där den högsta gradering av brandrisk förekommer (5E), och därmed den period där varsamhet i samband med skogsbruk är som mest kritisk. Antalet dagar med 5E beräknas rent statistiskt vara mellan 10-30 dagar på ett år. Detta beror på hur varmt det är och om hur mycket nederbörd marken får.

Under april och maj är det inte ovanligt med hög brandrisk. Under denna period torkar vårvärmen ut vegetationen som stått ut vinterkylan. Denna vegetation är ett mycket bra bränsle för bränder då det torkas ut snabbt. Mellan månaderna april och augusti är det mellan 50-80 dagar per år som har ett branriskindex på mellan 4-5.

JuniMaj Juli Augusti September Oktober

Påtaglig brandrisk (4-5) 50-80 dagar

Explosionsartad utveckling (5E) 10-30 dagar

April Mars

- B R A N D R I S K -

- 3 -Måttligt blött

- 2 -Blött

- 1 -Mycket blött

- 4 -Torrt

- 5 -Mycket torrt

- 5E -Extremt torrt

HBV-i

ndex

För att bedöma brandrisken i skog och mark använder sig Skogsindustrin av ett så kallat brandriskindex. Detta index har en skala på 1 till 5E, där 1 innebär en hög fuktighet i marken och 5E torr mark och extremt hög brandrisk. Index över 4 klassas fortfarande som hög risk lättantändlig mark. 75 % av skogsbränderna orsakade av skogsmaskiner bedöms ha startat då brandriskindex varit motsvarande 4,5 eller större.


Samband mellan spridningshastighet och fukthalt i mark

Graf: från “Skogsbrand. Brandbeteende och tolkning av brandriskindex” SLU.

Samband mellan spridningshastighet och vindstyrka


Grafen beskriver en relation mellan vindstyrkan (m/s) och brandens spridninghastigheten (meter/min). Tidsförloppet när en gnista som skapar en glöd i vegetationen tar fart och blir en brand kan variera krafigt. Utöver markfuktigheten så spelar vindförhållandena en stor roll vid spridningen av branden. Vid kraftiga vindförhållanden så sprids branden betydligt fortare jämfört med mildare omständigheter.

Grafen beskriver relationen mellan markfuktigheten i vegetationen och en brands potentiella spridningshastighet (meter/min). Fukthalten i marken är den mest avgärande faktorn för att en brand överhuvudtaget ska kunna starta. Fuktigheten i vegetationen behöver vara under 20-25 % för att en brand ska kunna etablera sig. Minskar dock markfuktigheten vidare några procent, ner mot 16-18 procent, ökar brandrisken markant.

- B R A N D E N S B E T E E N D E -



Samband mellan spridningshastighet och intensitet

Brandstart

Okontrollerbar situation

!

På bilden ovan påvisar hur en kontrollerat antänd brand beter sig. Brandens spridning påverkas av vinden. Även om vindförhållandena endast är 1-2 m/s sprider sig branden tre gånger så långt i vindens riktning. Ett utdrag från domen i rättegången gällande Branden i Västmanland (En av de största bränderna i Sverige i modern tid, som orsakades av skogsmaskinsarbete) påstryker även vikten av att åtgörda en brand i ett tidigt skede, innan situationen eskalerat.

Vindriktning (1-2 m/s)

Brandstart

Spridning efter 3 min x3

x

Bild: från “Skogsbrand. Brandbeteende och tolkning av brandriskindex” SLU.

När larmet till SOS Alarm AB togs emot kl. 13.29 uppgavs branden vara ca 30x30 meter.

[...räddningstjänstens ankomst till brandplatsen försenad med ca 40 minuter. Branden hade då spridit sig till ett område på ca 400x600 meter och snart var även Sala kommun drabbad.] - Utdrag från domen av Skogsbranden i Västmanland 2014 (Mål nr: B 4839-14)

“


Snabb identifiering

Smart tillvägagångssätt

Hur ska man undvika en eskalerande brandsituation?

Rätt åtgärder

Bränders beteende påverkas av många olika faktorer som gör att brandförloppet och spridningen påskyndas eller bromsas. Vindförhållandena och markfuktigheten är viktiga faktorer som har en stor påverkan för hur snabbt en glöd utvecklar sig till en etablerad brand, och sedermera en situation som kräver stora och kostsamma resurser för att bekämpa.

Att snabbt upptäcka branden är den mest avgörande punkten när det kommer till brandbekämpning. Kan man indentifiera branden i ett tidigt skede krävs minimalt med resurser för att få den under kontroll

När en brand har upptäckts gäller det att hantera den på rätt sätt. Genom att använda sig av korrekt och tillräckllig släckutrustning samtidigt som man ser till att branden släcks på djupet minimeras risken för spridning.

Genom att ta hänsyn till vindförhållanden och andra omständigheter som kan påverka brandens spridningsmönster kan man åtgärda branden på ett effektivare sätt.

- B R A N D E N S B E T E E N D E | I N S I G H T S -


Att kunna bedöma väder- och markförhållandena är ett viktig moment för att kunna avgöra när eller om det är lämpligt att utföra det arbete man tänkt på ett specifikt hygge.

Både förplaneringen över vilket moment som ska utföras vart och när, samt under själva arbetet används prognoser anpassade prognoser för skogsbruket. Väderprognoserna är framtagna med hjälp av data över vattendrag och variationer i berggrunden. Med hjälp av den insamlade grunddata kombinerat med registrerad och beräknad nederbörd och dagstemperaturer görs en uppskattning över markförhållandena, så kallat FWI-index. Med hjälp av detta kan det ge en indikation för chauffören om det är lämpligt att utföra arbetet samt om det sker väderförändringar under dagen som bör tas i beaktning.

Ett annat problem är att denna data uppdateras ett fåtal gånger per dag, medan vädrets förändringar kan ske betydligt mer frekvent.

Väderstationer är ett relativt detaljerat verktyg som förser skogsbruket med väderinformation. Informationen kan vara relevant och korrekt även lokalt. Problemet med detta är att det endast finns på ett fåtal orter, vilket

gör det värdelöst för många områden i landet. Andra problem som kan uppstå är tekniska problem med utrustningen, vilket gör att informationen flödet uteblir.

För att skapa en så bra bild som möjligt är den lokala bedömningen den optimala. Detta kräver dock kompetens och erfarenhet för att kunna göra en korrekt bedömning av markfuktighet i olika zoner av hygget, för att sedermera göra en korrekt helhetsbefömning. Ytan som ska analyseras är ofta stor och varitationer i terrängen kan ha stor påverkan på markfuktigheten. Detta kan medföra att man missar delar av terrängen som kan visa sig vara avgörande i helhetsbedömningen, och på så sätt bli en brandrisk som inte vägs in.

[Vi strävar ju efter att i så stor utsträckning som möjligt hålla produktionen igång och då behöver vi kunna göra lokala brandriskbedömningar...] - Lars Bergman, Verksamhetsutveckling Skogsvård, BillerudKorsnäs

“

Bedömning på plats

• Mänskliga faktorn, expertis/erfarenhet

• Stora arealer • Risk för missade

skillnader i terrängen

• Finns på begränsat antal orter

• Observationer kan utebli - teknikkrångel

• Inte tillräckligt lokal information

• Ett begränsat antal prognoser per dag

• Tar ej hänsyn till plötsliga vädervariationer

• Prognos kan sakna relevans lokalt

Väderstationer Prognoser för skogsbruket

- F Ö R E B Y G G A N D E T I D A G | V Ä D E R R A P P O R T E R -


[...En naturlig del i att förebygga skogsbrand är också en löpande uppmärksamhet och kontroll i området där arbete pågår och har pågått.] - från “Förebyggande av skogsbrand” av Lantbrukets brandskyddskomitée

“ Känns bra att ha brandvakt med sig, vi tittar noga efter oss ändå, men det är alltid skönt att ha några extra ögon med sig.- Jimmy, Skogsenteprenör.

“

- 3 -Måttligt blött

- 2 -Blött

- 4 -Torrt

- 5 -Mycket torrt

- 5E -Extremt torrt

Under torra förhållanden bör minst en brandvakt sättas in för att övervaka

arbetet. direktiven idag säger att brandvakt bör sättas in vid HBV-

index(brandriskindex) 5 eller större.

Under mycket torra förhållanden bör minst en brandvakt sättas in för att övervaka arbetet. Brandvakten har som uppgift att upptäcka eventuella bränder som uppstår i samband med skogsmaskinens arbete och släcka dessa. Detta görs vanligtvis med en brandsläckare som vakten bär med sig samtidigt som personen följer skogsmaskinen.

Brandvakt är den vanligaste lösningen som används idag för att övervaka arbetet på hygget. Men eftersom direktiven för när detta är ett krav är diffusa finns risken att enteprenören väljer att utföra arbetet utan brandvakt. Faktorer som höga kostnader och tillgängligheten kan påverka då enteprenörerna har ett pressat tidschema och pressade marginaler att ta hänsyn till.

SNABB ÅTGÄRDEXTRA ÖGON FÖR CHAUFFÖR FOKUS PÅ UPPGIFTEN

Brandvakten blir ett extra öga för chauffören, som annars upptäcker brandkällor av en ren tillfällighet, då man exempelvis slumpmässigt tittar åt sidan eller i backspegeln och ser något misstänkt i vegetationen. Genom det extra ögat blir det enklare för chauffören att fokusera på dennes huvuduppgift (skogsbruket) och samtidigt ha assistans i släckningsarbetet om brandsituation uppstår. En annan viktigt aspekt i brandövervakningen är kontroll av området efter dagens utförds arbete. Brandvakten spenderar då ett par timmar åt att bevaka hygget för att försäkra sig om att ingen brand tar fart efter avslutat arbete, vilket kan ske om en glöd inte tar fart omgående.

HBV-i

ndex

- F Ö R E B Y G G A N D E T I D A G | B R A N D V A K T E R -

EFTERKONTROLL


BEGRÄNSAD ÖVERBLICK

SVÅRBERÄKNELIGA KOSTNADER

HÖG KOSTNAD

SVÅR TERRÄNG

MÄNSKLIGA FAKTORN

Även om brandvakter fungerar till en viss gräns finns det en del problemområden med denna lösning. Gnistbildning som etablerar sig till en brand kan ha många scenarion. Det är inte säkert att gnistan tar fart och övergår till en brand omgående, utan glöden kan ligga och gro en tid för att sedan ta fart från exempelvis en vindpust. Det mänsliga ögat har sina begränsningar och kan lätt missa uppenbara värmekällor som dagens teknik kan identifiera på ett effektivare och pålitligare sätt.

Terrängen är många gånger väldigt svår att ta sig fram i till fots. Stenar, vegetation och grenrester från avverkning gör det svårt att ta sig fram på ett snabbt sätt om så skulle behövas. Skulle brandsläckaren i handen inte vara tillräckligt för att åtgärda eventuell brand behöver man snabbt ta sig antingen till medtagen vattenbehållare alternativt brandsläckarna monterade på skogsmaskinen.

Att beställa in brandvakter är en kostsam lösning för enteprenören. I brist på andra alternativ står enteprenören mellan valen att antingen ta den merkostnad brandvakten innebär, alternativt att avvakta med att utföra arbetet tills det blivit ett mer gynnsamt klimat, eller strunta i brandrisken och säkerthetsåtgärderna och utföra arbetet ändå. Den stora kostnaden kan innebära att brandvakter ej används i den utsträckning som egentligen är nödvändig, vilket innebär en risk i sig.

Behovet av insatser för att förebygga bränder beror helt på vilket väder det blir. Detta gör det svårt för enteprenörerna att beräkna och budgetera för denna kostnad. En varm sommar utan nederbörd kan bli ödestigande för skogsindustrin då kostnaden för brandvakter rusar iväg.

Då det ofta är stora arealer arbetet utförs på är det önskvärt att kunna överblicka så stort område som möjligt. Variationer i terrängen kan även det försvåra överblicken för en person ståendes på marknivå. Att inte ha full syn över hygget är en riskfaktor om en brand skulle etablera sig bakom en kulle eller utom brandvakterns synfällt.

- P I N P O I N T S | B R A N D V A K T E R -


En avgörande faktor för att förebygga skogsbränder är att identifiera källan i ett tidigt skede. Det finns olika tekniker för att bevaka och detektera bränder.

En av de mest vanliga tekniker för att identifiera bränder är rökdetektorer. Dessa känner av rökbildningen som blir och varnar omgivningen då tillräcklig rökbildning bildats för att detektorn ska reagera. Som grafen nedan illustrerar krävs det att branden nått ett skede då en brand börjar ta fart, vilket redan då kan vara för sent. I en utomhusmiljö med exempelvis vindförhållanden som en faktor blir denna teknik opålitlig att använda sig utav och inte en lösnings att bygga vidare på i detta sammanhang.

Färgkameror kan även användas för att upptäcka bränder. Kameran reagerar på färgförändringar i miljön för att på så vis identifiera branden. Detta tillvägagångssätt kräver dock en kraftigt eldsvåda eller kraftig rökbildning för att den ska fungera. Då tekniken börjar indikera i ett alldeles för sent skede av brandflödet är det inte en aktuell lösning på problemet.

Med hjälp av värmekamera(infraröd kamera) kan en eldkälla upptäckas i ett tidigt skede, långt innan det blivit en eskalerande brand. Kameran är extremt känslig för temperaturförändringar och beroende på vilka parmametrar som sätts kan kameran reagera på några få graders temperaturförändringar, vilket är långt mer än nog för identifiering av en glöd eller eldsvåda.

Projektet kommer att baseras på värmekamerans egenskaper då den uppfyller de kriterier som miljön kräver. Tekniken fungerar oberoende av väderförhållanden och kan även klara att analysera terrängen trots tjock vegetation och avverkningsrester.

Exempel på hur en infraröd kamera läser av omgivningen.

- T E K N I S K R E S E A R C H | I D E N T I F I E R A B R A N D -

Graf över en brands utvecklingsfaser. Grafen illustrerar vilka skeden de olika teknikerna kan identifiera branden. Värmekameran kan notera dessa väldigt tidigt vilket skapar de bästa förutsättningarna för släckningsarbetet.

BrandstartGlöd

Infraröd kameraRökdetektor

Färgkamera

Rökutveckling

Eldsvåda

Kraftig brand


KONCEPTFÖRSLAG


!

Detta koncept är avsett för ett markberedningsaggregat. Markberedning är en del av skogsföryngringen där marken med hjälp av så kallade tallrikar vänder jorden och skapar en komposterande effekt som gynnar plantorna. När dessa tallrikar river upp jorden kommer metallen i kontakt med stenar i marken, vilket skapar gnistor. Konceptet består utav tre värmekameror, två placerade på vardera tallricksarm (a), och en placerad på toppen utav aggregatet (b). Kamerorna riktade mot marken och tallrikarna (a) registrerar frekvensen av gnistor.

Datan över gnistfrekvensen kan informera chauffören ifall gnistfrekvensen är ovanligt hög, vilket i sin tur kan innebära en förhöjd risk för brand. Denna information ger chauffören möjlighet att i ett första skede anpassa sitt körsätt, till exempel genom att minska rotationshastigheten på tallrikarna eller undvika vissa områden av hygget som kan ha en tätare stenighet i marken.

Kameran monterad på aggregatet (b) är riktad bakåt för att övervaka den nyss markberedda terrängen. Denna kamera har som uppgift att upptäcka eventuella värmekällor/glöd som kan övergå till en brand. Denna kamera blir chaufförens ögon i nacken som kan fokusera mer på huvudsysslan.

Om kamera b noterar en kraftig temperaturförändring informeras chauffören genom en notis på kontrollpanelen i körhytten. Chauffören kan sedan åtgärda branden och sedan återgå till arbetet.

(a)(a)

(a)(a)

(b)(b)

- K O N C E P T 1 -


!

Koncept 2 består av en autonom drönare försedd med värmekamera. Drönaren följer skogsmaskinens körväg och scannar av marken som maskinen har utfört arbetet på. Denna övervakning ger chauffören en trygghet genom att drönare kan identifiera eventuell gnistbildning som övergått till glöd eller brand. Genom att ha detta extra öga bakom sig kan chauffören fokusera på sin huvuduppgift utan att förlora kontrollen över eventuell brandrisk. Drönaren signalerar till chauffören om det är en brand som behövs släckas, chauffören kan då gå ut och släcka branden och sedan fortsätta arbetet.

Konceptet delas in i två riktningar enligt nedan:

a) Systemet består av två autonoma drönare som växlar mellan varandra. Då ena är uppe i luften vilar den andra på en laddplatta placerad på skogsmaskinen. När batterinivån börjar bli låg byter dem plats. Detta tillåter systemet att vara aktivt så länge skogsmaskinen är i arbete.

b) Det andra alternativet är en drönare som får sin ström genom en lättviktskabel. Eftersom drönaren följer skogsmaskinen vore det möjligt att drönaren är ansluten till maskinen under arbetspasset. Detta skulle kräva en drönare mindre vilket skulle bli billigare ur ett produktionsperspektiv.

- K O N C E P T 2 . 1 & 2 . 2 -


Varje stopp i arbetsflödet är kostsamt. Fokusera på att utveckla en lösning som mininerar arbetsstörningar.

“Gnistbildning från bukplåtar och hjulbanden är två stora riskfaktorer som koncept två sannolikt hanterar bättre än koncept ett. “

Koncept ett är begränsat till markberedning, koncept två har en större potential att fånga in alla moment i skogsbruket.

“ Överblicken som ges med drönare kan vara värdefull. “

Att kunna göra eftersökning med hjälp av drönaren är intressant.“

Koncepten presenterades för SCA respektive Bracke forest. Företagen fick då möjlighet att överväga vilket koncept som kändes mest intressant. Efter feedback blev slutsatsen att koncept två var det som kändes mest intressant, då det potentiellt skulle kunna användas i alla moment av skogsarbetet, medan det första konceptet endast riktar in sig på markberedningaggregaten. SCA poängterade också vikten av att utveckla en lösning som minimerar risken för störningar och arbetet, som är mycket kostsamt.

- F E E D B A C K -


Drönare 1

Drönare 1 + Drönare 2

Drönare 2

Laddstation

Laddstation

KompaktVärmetåligStadig bas

Fri sikt ovan och under kropp Plan undersida

KompaktPortabel

Lätt att monteraLätt

VärmetåligSolskydd

VentilationStöttålig

Greppvänlig

Konceptet som vidareutvecklas kommer bestå utav två drönare och en laddstation. Laddstationen kommer även vara platsen där drönarna förvaras då systemet inte används eller transporteras. En lista över egenskaper respektive del av konceptet bör uppfylla när det kommer till material, funktion och form gjordes för att undvika misstag i formgivningen.

- V A L T K O N C E P T & V I D A R E U T V E C K L I N G -


FORMGIVNING


Nedan är några grundkriterier konceptet behöver ta hänsyn till under formgivningsmomentet. För att systemet ska fungera behöver vissa komponenter rätt miljö för att kunna utföra sin uppgift, och dessa punkter ligger till grund för hur formen sedan utvecklar sig.

Autonom navigering. Det slutliga konceptet inspireras utav en drönare vid namnet Skydio 2. Drönaren är försedd med sex stycken fish-eye kameror, tre placerade undertill och tre placerade ovanpå drönarkroppen. Kameralinserna har en vy på 200 grader vardera. Tillsammans skapar de en överlappande 360 graders vy över omgivningen. med denna information skapar AI-processorn (NVIDIA Tegra TX2) en 3D-miljö som drönaren tryggt kan navigera sig i. Placeringen och en fri sikt för kamerorna är en viktigt aspekt att ta hänsyn till under formgivningen om drönare ska kunna flyga autonomt.

Batterikapacitet. En viktig faktor för att konceptet ska vara realiserbart är att drönarna är föresedda med tillräcklig batterikapacitet. Tillräcklig flygtid är ett måste samtidigt som drönarnas laddningstid måste vara snabbare än förbrukningen för att upprätthålla en konstant övervakning. Företaget Impossible aero har utvecklat drönaren US-1. Genom att anpassa formgivningen helt efter att uppnå en maximerad batterivolymen har dem skapat en drönare med flygtid på upp till två timmar per laddning. En annan positiv faktor är laddningstiden där 80 procents laddning uppnås på ca 45 min. Att skapa tillräckligt utrymme för batteripacket är något som måste tas i beaktning.

Laddplatta. De växlande drönarna ska på ett smidigt sätt kunna ladda. Genom trådlös laddning kan drönarna smidigt och helt fritt landa och ladda utan att det kräver användarens interaktion. En plan yta på drönarens undersida skulle möjliggöra att den trådlösa laddningen fungerar.

Infraröd kamera. Flir duo pro R består av en högupplöst värmekamera och en 4K färgkamera. Duo pro R är framtagen för drönare och med sin kompakta storlek (85 × 81.3 × 68.5 mm) sett till de kvalitativa kameralinserna bör den vara lämpad för uppgiften.

Dessa kriterier skall vävas in ett funktionellt paket där alla moment kan samspela, utan att vara ivägen och bli lidande av varandra.

- G R U N D K R I T E R I E R F Ö R F O R M G I V N I N G -


- U T T R Y C K | F O R M G I V N I N G -

PÅLITLIG

TÅLIG

SMIDIG

Som ett stöd i formgivningen sammanställde jag en moodboard. Utifrån tre nyckelord som jag ville att formen skulle uttrycka valde jag sedan ut bilder som jag kände representerade den riktning jag ville uppnå under formarbetet. Att produkten skulle kännas pålitlig, tålig och smidig var de valda orden. Dessa kriterier kände jag var viktiga för formen att utrycka med tanke på miljön den skall användas i.


- F O R M G I V N I N G | S K I S S F A S D R Ö N A R E -

Skissmomentet utgick ifrån drönaren och dess form. Tanken var att formspråket drönarna fick sedan skulle överföras på laddstationen för att ge ett gemensamt uttryck och kännas enhetligt, och samtidigt leva upp till nyckelorden i moodboarden. Formgivningen utfördes i ett första skede analogt, sedan gick skissfasen över till photoshop och procreate för att definera formen ytterligare..

- F O R M G I V N I N G | S K I S S F A S L A D D S T A T I O N -



SLUTRESULTAT

FSS-2020


- S L U T K O N C E P T -

Drönare 2

Drönare 1

Laddstation

Slutkonceptet består av två autonoma drönare och en laddstation. Laddstationen appliceras på ett permanent förmonterat takräcke på förarhyttens tak. Monteringen på taket ger drönarna en lätttillgänglig plats att lyfta och landa på samtidigt som de inte påverkar chauffören sikt eller arbetuppgift eller att maskinens arbetsuppgifter riskerar att vara i vägen för drönarsystemets rörelsemönster.

Drönare 1 Drönare 2 Laddstation

Takräcke


- D R Ö N A R E | S P E C I F I K A T I O N E R -

Formen resulterade i en relativt tunn drönarkropp som uppfyller de grundkriterier som sattes före formarbetets start. QR-laddningytan är placerad undertill och den infällbara kameran med gimbal gör att QR-laddningen kan göras tillgänglig när det behövs, utan att hämma kamerans överblick under övervakningsmomentet. Den kompakta formen gör systemet enkelt att transportera och packa ihop samtidig som formen inger förtoende och ett tåligt intryck.

På grund av de miljöer systemet kommer användas i krävs tåliga och långsiktigt hållbara material. Då produkten inte sällan kommer användas under varma och solintensiva perioder, används en UV-beständig makrolon för att undvika att ytorna med tiden bryts ned. Med detta materialval klarar systemet de påfrestningarna på ett långsiktigt plan.

MaterialKropp: UV-beständig Makrolon® 6717Propellerarmar: UV-beständig Makrolon® 6717Propellrar: Kolfiber


Drönarnas autonoma system består utav sex stycken fish-eyekameror. Kamerorna har en vidvinkel på 200 grader. Tre kameror är riktade uppåt (grön indikering), medan de andra tre är riktade nedåt(röd in-dikering) Med hjälp av informationen kamerorna samlar in skapas en 3D-miljö som drönaren kan navigera i, och på så vis undvika hinder.

Med hjälp av processorn Nvidia jetson TX-2 kan den samlade informationen från kamerorna ombildas till en komplett vy över omgivningen. Den snabba processorn gör att det autonoma systemet blir extremt precist och säkert.


45 min

Laddning

1-1,5 h

Flygtid

80%

En av grundpelarna vid utformningen av drönarna var att möjiggöra utrymme för tillräcklig batterikapacitet. Bilden ovan visar hur lithiumbatterierna skulle kunna placeras för att utnyttja skalets volym maximalt.

Utifrån drönarens uppskattade vikt samt batterikapaciteten uppskattas flygtiden vara ca 1-1,5 timme. För drönaren att uppnå 80% laddning förväntas ta ca 45 min, vilket gör det möjligt att använda sig utav två drönare som växelflyger samtidigt som batteriernas livlängd maximeras då de sista 20 procenten (att ladda batteriet fullt varje laddningsintervall sliter mer på batterierna) av batterikapaciteten ej behövs nyttjas.

- D R Ö N A R E | B A T T E R I K A P A C I T E T -


Infraröd kamera. Flir duo pro R

• Högupplöst värmekamera • 4K färgkamera• Utformad för drönare

- D R Ö N A R E | V Ä R M E K A M E R A -


- D R Ö N A R E | G I M B A L -

Laddningsyta

FLIR-kameran och gimbal-armen är integrerad i drönarens kropp. Detta, dels för att skydda kameran under transport, men främst för att frige laddningsytan under drönaren så drönaren autonomt kan landa och automatiskt aktivera laddningen.

När drönaren lyfter ifrån laddningsstationen används grimbalmotorerna för att fälla ut kameran i aktivt läge. Detta ger även bättre förutsättningar för kameran under övervakningen då kameran ges helt fri sikt då den hänger under drönarekroppen.


StartspårHandtag

100 cm

37 cm

100 cm

Täckram

Förvaringslucka drönare 2

Eluttag

Kontrollpanel

MaterialSkal: UV-beständig Makrolon® 6717Täckram: Lackade stålrör

QR-laddyta

Landningsarm

Teleskopgångjärn

Lås

- L A D D S T A T I O N | S P E C I F I K A T I O N -


Laddningsläge

Skiftesläge

Inaktiv

- L A D D S T A T I O N | T R E P O S I T I O N E R -

Vid transport skyddar laddstationen drönarna genom det förslutna skalet täckt är stålramen.

Teleskop armen som locket är fäst i skjuts upp så en glipa skapas. Glipan genererar ett ventilationsflöde (maskinens färdriktnings åt vänster) som håller drönaren kyld under laddning, locket agerar samtidigt solskydd för att undvika överhettning under laddningsmomentet.

När drönarna ska skifta öppnas locket. Den fulladdade drönaren kan då lyfta för att sedermera göra plats för den urladdade drönaren.


- L A D D S T A T I O N | S T A R T & L A N D N I N G -

För att start- och landningsmomentet skall fungera smidigt är en ”landningsarm” integrerad i laddningsstationen. Likt en gimbal kan armen kompensera för de rörelser som maskinen och terrängen utsätter laddstationen för. Armen kan röras i två axlar och då förse drönare med en fast punkt att sikta på.

Med hjälp av armen och den bakre nedre mittenkameran (på drönaren) ges en mycket god precision vid landning.

Detta underlättar landningen och drönare landar på rätt vpunkt för att ansluta sig till QR-plattan för laddning.


Boxen lastas ur bilen och förflyttas till skogsmaskinen. Vikten på ca 20 kg gör det möjligt att hantera boxen ensam.

Det permantent monterade takräcket fälls enkelt ner med skensystemet. Hängandes längs med hytt-sidan blir det lättillgängligt för montering av boxen.

...när de övre hakarna är på plats klickas de nedre hakarna fast. När boxen är på plats skjuts skenorna och boxen upp på taket och klickas fast med den yttre räckesramen.

Boxen ansluts till skogsmaskinens elförsörjning för att på så vis förse drönarna med elektricitet.

Med boxen uppe på taket tas drönaren förvarad i boxens nedre fack fram. Drönaren placeras på startspåret på boxens lock.

Chauffören kan antingen aktivera drönarsystemet genom att parkoppla via en app alternativt genom maskinens interface (gäller nyare maskiner).

GO!

- S C E N A R I O -

Drönar-boxen transporteras till området där skogsarbetet skall ske.

I planeringsstadiet vägs väderprognoser in i bedömningen.

De områden där skogsarbete ska utföras och risk för torra markförhållanden finns, förses med drönar-kitet.


När drönaren är uppe i luften och i position lyfts locket på laddboxen till aktivt läge. Med systemet aktiverat kan chauffören starta sin körning.

Med ett extra öga i nacken kan chauffören fokusera på sin huvuduppgift.

Väl i förarhytten kan chauffören följa kamerabilden från drönaren, antingen genom en extern enhet alternativt maskinens interface, samt bli upplyst om en brandrisk identifierats.

Temperaturökningar i terrängen noteras snabbt av värmekameran. Vid en potentiell brandkälla markerar drönaren aktuellt område genom att placera sig ovanför området och samtidigt varna chauffören.

Chauffören informeras genom interfacet och kan enkelt hitta och åtgärda faran med släckutrustning som skogsmaskinen innehar och eliminera risken i ett tidigt skede och på så vis undvika en etablerad skogsbrand.


Efter avslutat arbetspass skall en efterkontroll av hygget utföras.

Den registrerade körvägen från arbetpasset repeteras av drönarsystemet som scannar av området för att utesluta eventuella glöd som skulle kunna ta fart efter avslutat arbete.

Efterkontrollen blir en extra trygghet för enteprenören att hygget är säkert att lämna.

- S C E N A R I O | E F T E R K O N T R O L L -



- “Framtida perioder med hög risk för skogsbrand - Analyser av klimatscenarier”. MSB (Myndigheten för samhällsskydd och beredskap)

Länk: https://rib.msb.se/filer/pdf/26595.pdf

- “Skogens mikroklimat - Klimatförändringar i skog och mark”

Länk: https://www.naturvardsverket.se/upload/kalendarium/2018/Milj%C3%B6%C3%B6vervakningsdagarna%202018/Klimatf%C3%B6r%C3%A4ndringar%20i%20skog%20

och%20mark_Caroline%20Greiser.pdf

“Skogsbrand.Brandbeteende och tolkning av brandriskindex” MSB

Länk: https://rib.msb.se/Filer/pdf/28450.pdf

“MSB:s arbete med skogsbränderna 2018”

Länk: https://rib.msb.se/filer/pdf/28735.pdf

“Skogsbränder orsakade av skogsmaskiner”

Länk: https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1342025/FULLTEXT01.pdf

“Drönare för entreprenörer”

Länk: https://www.skogforsk.se/cd_20190114162421/contentassets/1d8066662cd24a37b5af3c39d593a955/arbetsrapport-990-2018.pdf

“Riskhantering avseende brand vid skogsarbete” Skogforsk

Länk. https://www.skogforsk.se/contentassets/6c848836ec104a4ea436c11051b3d9f2/riskhantering-avseende-brand.pdf

Dokumentation av dom: Skogsbranden i Västmanland 2014.Västmanlands TR B 4839-14 Aktbil 209, DOM - MB Skog Edsbyn AB, Stora

https://sverigesradio.se/sida/artikel.aspx?programid=105&artikel=6973173v

https://www.skog-supply.se/article/view/611139/blir_ekonomisk_katastrof_for_sverige

https://books.google.se/books?id=_tQyDwAAQBAJ&pg=PT233&lpg=PT233&dq=brandvakt+skogsbruk&source=bl&ots=U2OdNJum6X&sig=ACfU3U2J8KhGNsoCBbpGxfN-

NUPT_fZUCgg&hl=sv&sa=X&ved=2ahUKEwi0qZ7S6ZXoAhV4xcQBHW5HCh0Q6AEwBnoECAoQAQ#v=onepage&q=brandvakt%20skogsbruk&f=false

https://www.firehouse.com/operations-training/thermal-imagers/video/21000685/thermal-imaging-drone-for-everyday-firefighters-released-by-flir-firefighter-news

https://www.flir.com/products/zenmuse-xt2

https://www.flir.eu/discover/instruments/moisture-restoration/flir-helps-roofing-professionals-find-moisture-with-airborne-inspections/

https://youtu.be/QUmkkv5IRwM

https://www.emesent.io/products/hovermap/

Hovermap - World's first autonomous LiDAR mapping payload

https://www.emesent.io/industries/surveymapping/

sweep | Scanning LiDAR

https://futurism.com/drone-charging-mid-flight

https://storaensoskog.se/skogsnara/2018/08/sa-funkar-skogsarbetet-extremtorka/

https://www.flir.co.uk/browse/home--outdoor/drone-cameras/

https://metria.se/branschanpassade-losningar/skog/hansyn/

https://metria.se/kundreportage/markfuktighet/

THERMAL CAMERA

https://www.youtube.com/watch?v=QZ-RIhiBtpE

https://www.atl.nu/skog/brandrisk-stoppar-sodras-markberedning/

https://www.flir.com/products/duo-pro-r/

https://www.flir.com/instruments/early-fire-detection/

https://www.flir.com/products/a615/

Documents

FÖREBYGGA SKOGSBRÄNDER ORSAKADE AV SKOGSMASKINER1454495/... · 2020. 7. 21. · DAVID SÖBERG EAMENSARBETE I INDUSTRIDESIGN VT 2020 FÖREBYGGA SKOGSBRÄNDER ORSAKADE AV SKOGSMASKINER