Как спутники помогают в борьбе с лесными пожарами
Спутниковое отслеживание мест возникновения лесных пожаров - отработанная до мелочей процедура и яркий пример использования космических технологий в земном народном хозяйстве. Как именно это происходит и что требуется для повышения эффективности процесса предупреждения о пожарах - в нашем материале.
Как спутники "видят" пожары
Лесные пожары – серьезное бедствие, особенно учитывая размеры российской лесной территории. Для примера, на территории России в пожароопасные сезоны 2001–2016 годах наблюдалось примерно от 8 до 20 тысяч лесных пожаров в различные годы. В среднем за этот период происходило примерно 15 тысяч лесных пожаров в год. Общая площадь лесных пожаров год от года также имеет значительные вариации (от 5 до 25 млн га). Для сравнения: площадь Москвы вместе с присоединенными в 2012 году территориями – 260 000 гектаров. До сотни таких территорий в год может выгорать в результате лесных пожаров.
Спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) производят огромное количество данных в сутки. При этом изображения поверхности планеты делаются в различных спектрах и с различным разрешением, потому что используются в разных целях.
Вопреки сложившемуся мнению, для детектирования пожаров вовсе не требуется снимки в видимом спектре с максимальным разрешением. Ученые не рассматривают каждый квадратный метр леса с лупой в поисках очага горения вручную, этот процесс сильно автоматизирован.
В первую очередь стоит пояснить, что для предупреждения лесных пожаров и для определения уже произошедшего ущерба используются разные данные. Для детектирования участков активного горения используются спутниковые снимки с низким пространственным разрешением (от сотен метров до километров на пиксель). В то же время, частота получения таких данных хотя и не очень высокая (несколько раз в сутки), приемлема для контроля распространения лесных пожаров, в отличие от более быстрых степных и других травяных пожаров.
Это позволяет достаточно быстро обнаруживать пожары, определять территории очагов возгорания, объединять информацию о конкретном пожаре, получаемую в различные моменты времени, контролировать территорию, по которой распространяется огонь, и оценивать её площадь.
Очень важно, что к настоящему времени в российских научных учреждениях, осуществляющих контроль за распространением лесных пожаров, накоплены достаточно большие однородные (сопоставимые по пространству и времени) ряды наблюдений. Это позволяет использовать результаты, получаемые на основе данного метода, не только для оперативного анализа ситуации, но и для получения информации о долговременной динамике пирогенной обстановки на больших территориях.
Как происходит детектирование пожара
Основой для обработки информации являются данные прибора МСУ‑МР (многозональное сканирующее устройство малого разрешения), установленного на спутниках «Метеор-М», которое ведёт съёмку в шести спектральных диапазонах. Для детектирования пожаров применяется спектральный диапазон 3,929–3,989 мкм, получаемый в каналах 21 и 22. Другие каналы тоже используются для различных фильтраций, предотвращая ложные срабатывания алгоритма.
Задачей алгоритма детектирования пожаров MOD14 является определение на анализируемых спутниковых изображениях горячих точек (ГТ) — пикселей, в которых наблюдается горение. Но тут надо понимать, что алгоритм может ошибаться, и важно уменьшить количество точек, потенциально требующих проверки. Для этого вначале на данных фильтруются гарантированно ошибочные значения, после чего проходит выделение пикселей, покрывающих водную поверхность и облачность. Из оставшихся пикселей с помощью набора тестов определяются потенциальные горячие точки.
Для каждого такого пикселя рассчитываются характеристики окружающего фона. Вначале из фона отбрасываются все пиксели, выделенные как облачные или водные. Затем из оставшихся выделяется высокотемпературная часть фона. Далее к каждой потенциальной горячей точке применяется набор пороговых тестов.
В случае успешного прохождения части из этих тестов пиксель помечается как горячая точка. На последних этапах работы каждая такая точка проверяется на ложное срабатывание, которые могут возникать вследствие высокой температуры подстилающей поверхности, бликов солнца и тому подобного.
Уже после обработки согласно специальной схеме информация о полученных точках возможных лесных пожаров отсылается по специальной схеме в Авиапожлесохрану, где проверяют информацию визуально и в случае необходимости приступают к тушению пожара.
