Карта очагов. Мониторинг пожаров по спутниковым данным

Общая информация
Оперативный мониторинг пожаров осуществляется по данным 2 спутников: Aqua и Terra. На каждом из них установлена камера MODIS позволяющая снимать землю в различных частях спектра: от видимого до инфракрасного. Спутники снимают одну и ту же территорию 2-4 раз в сутки. Полученная информация автоматически обрабатывается.
Автоматическое дешифрирование пожаров основано на значительной разнице температур земной поверхности и очага пожара.
Для анализа используются тепловые каналы, а информация с других каналов спутника помогает отделить облака. После автоматической обработки получается маска тех пикселей снимка, температура которых существенно отличается от окружающих "горячие точки" или "термоточки". Время обработки-15-40 минут с момента пролета спутника. Следует помнить, что время пролета спутника дается по Гринвичу (UTS)! Московское время= UTS+4 часа!
Этот метод имеет ряд ограничений. В "горячие точки" попадают любые объекты, отличающиеся по температуре (например факелы на нефтепромыслах, ТЭЦ, нагретые крыши больших зданий). Часть слабых пожаров не учитывается из-за небольшой разницы температур. Часть пожаров, прошедших в перерывах между пролетами спутников, так же не учитывается. Бывают ложные срабатывания из-за сильной облачности.
Тем не менее эти данные можно и нужно использовать для мониторинга пожаров, особенно на больших территориях, где нет возможности вести наземное наблюдение.
Есть 3 алгоритма обработки снимков:
1. The Fire Information for Resource Management System (FIRMS) Университет штата Мэриленд (США)
2. ScanEx Fire Monitoring Service (SFMS) ИТЦ "СканЭкс"
3. «Пожарная» часть информационной системы дистанционного мониторинга ИСДМ-Рослесхоз
Каждый имеет свои достоинства и недостатки. Система FIRMS более чувствительна, способна выявлять совсем слабые пожары, но дает большое число ложных срабатываний. SFMS менее чувствительна, соответственно, пропускает часть слабых пожаров, зато дает гораздо меньше ложных срабатываний.

Использование
1. Чтобы знать примерное время получения данных, надо посмотреть расписание пролетов 2 спутников.
Aqua http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/aqua/
Terra http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/terra/
По ссылкам переходим на страницы, выбираем нужную территорию и дату.

Открывается страница со схемой пролетов спутника

Спутник снимает полосу вдоль траектории полета. Фрагмент такой полосы на рисунке обозначен синим контуром. Ширина полосы съемки в каждую сторону от траектории (зеленая стрелка) примерно равна половине расстояния между соседними траекториями (оранжевая стрелка)

Над одной территорией спутники пролетают 2-4 раза в день, соответственно столько раз будет обновляться информация о горячих точках. На сайтах информация обновиться через 15-40 минут после пролета.

Просматривать термоточки можно либо на специальных сайтах, либо в программе "Google Планета Земля"
Сайты. Основных сейчас 3.
Самый функциональный и быстро загружающийся, на мой взгляд, сайт Космоснимки http://fires.kosmosnimki.ru/

Предоставляет по умолчанию данные системы SFMS, позволяет просматривать данные FIRMS

Увеличить или уменьшить изображение можно при помощи лупы или линейки "уровень увеличения"

Галочка Космоснимки позволяет просматривать последние снимки спутников Aqua, Terra. Снимки видны только до 9 уровня увеличения.

Любой нарисованный контур, например крупный пожар, видимый на снимке MODIS, можно скачать (ссылка "скачать shp-файл" под данными о площадях). Так же можно добавить свои контуры в векторном формате (заархивированный шейп-файл) .

Отдельные горячие точки видны с 8 уровня увеличения.

Можно просматривать данные не только за один день, но и за любой период времени, для этого надо нажать на треугольник справа от даты. Появиться красная рамка, в пределах которой будут видны термоточки. Ее форму и размеры можно менять, двигая курсором за углы или за линии. В двух окошках нужно выставить начальную и конечную даты.

Сайт FIRMS, прост и понятен, хоть и на английском. Минус-долго загружается.


Если полистать закладки, можно найти полезное, например включение слоя с границами ООПТ, возможность переключения с карты на подложку из снимков, информацию о времени последнего обновления.
Сайт «Пожарной» части информационной системы дистанционного мониторинга ИСДМ-Рослесхоз firemaps.nffc.aviales.ru/clouds/html/cl ouds_proj.html. Тоже все просто.

Если не хочется лазить по сайтам, можно просматривать термоточки в программе "Google Планета Земля"

Information analysis system for wild fires monitoring and termination:

Komi Republic of Russia case study

Краткая справка . Республика Коми - один из ведущих лесных регионов Российской Федерации. Общая площадь земель лесного фонда республики по состоянию на 1 января 2012 года составляет 36262,3 тыс.га или 87,2% всей территории. Общий запас древесины в лесах республики (земли лесного фонда) равен 2830,43 млн.куб.м, в том числе хвойных – 2345,84 млн.куб.м (82,9%), мягколиственных – 484,59 млн.куб.м (17,1%). Лесопромышленный комплекс республики представлен лесозаготовительной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной отраслями.

Предыстория. Аномальная жара 2010 года, обусловившая критическую лесопопожарную обстановку во многих регионах РФ и ставшая причиной катастрофических лесных и торфяных пожаров, вскрыла недостаточную подготовленность и уязвимость государственных органов и лесопожарных служб. В частности, стало очевидным, что не обеспечивается должный уровень информационно-аналитической поддержки принятия управленческих решений в сложных пожароопасных ситуациях, отсутствует эффективная система мониторинга, контроля и прогнозирования пожаров.

По инициативе Комитета лесов Республики Коми и в соответствии с поручением заместителя Главы Республики Коми в начале текущего года были организованы работы по созданию в Республике Коми региональной Системы, а именно ИАС «Лесные пожары в РК». Она призвана обеспечить информационно-аналитическую поддержку лесопожарных служб и уполномоченных органов государственной власти Республики Коми в борьбе с пожарами, в работах по ликвидации последствий и при противопожарной профилактике.

Главной задачей являлась разработка и внедрение программно-технических решений, обеспечивающих автоматизацию процедур сбора, хранения, обработки и оперативного представления в пользование информации о лесопожарной обстановке на территории Республики Коми.

В оперативном порядке была создана рабочая группа из представителей Комитета лесов Республики Коми, ГАУ РК «Коми лесопожарный центр», ГАУ РК «Центр информационных технологий», Главного управления МЧС России по Республики Коми, ФБГУ Северное УГМС «Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Республики Коми», ГБУ РК «Территориальный фонд информации по природным ресурсам и охране окружающей среды Республики Коми» с целью анализа специфики противопожарной деятельности в регионе, обозначения существующих проблем, поиска организационных и технологических решений. Мероприятия по разработке указанной Системы вошли в план информатизации Республики Коми на 2012 – 2014 гг.

В результате Система была разработана и в мае 2012 года (начало пожароопасного сезона в РК) введена в опытно-промышленную эксплуатацию.

Общее описание. Система представляет собой геоинформационный Веб-сервис со специализированными инструментами поиска и обработки пространственной и семантической информаций, включая базовые и отраслевые пространственные данные (геоданные), а также оперативную лесопожарную информацию.

В основу функциональности Системы легли показатели, используемые ГАУ РК «Коми региональный лесопожарный центр» и Комитетом лесов РК при принятии решений в пожароопасный период. В Системе реализованы алгоритмы построения пространственных распределений величин ряда показателей, необходимых для оценки пожароопасной ситуации, на всю территорию республики. Система предоставляет службам реагирования показатели, раскрывающие специфику пожара: расстояние до ближайшего населенного пункта или потенциально опасного объекта, плотность населения, класс пожароопасности лесного покрова, погодные условия в месте возгорания, силы и средства для его ликвидации и др. Источниками сведений служат результаты наземного и авиационного обследования, характеристики природной среды, текущие метеоусловия, данные Сводного плана тушения пожаров и др. Реализовано отображение вероятных очагов возгорания, получаемых на основе данных дистанционного зондирования Земли из космоса.

В Системе автоматически формируются паспорта пожаров, содержащие их основные параметры и являющиеся критериями для принятия решения о частичном тушении или прекращении тушения.

Организационно-технологический аспект. ИАС «Пожары в РК» является сервисом (или подсистемой) Геопортала Республики Коми, разрабатываемого в рамках создания и развития Инфраструктуры пространственных данных региона. Система построена на основе клиент-серверной архитектуры. Среди ее основных компонентов можно выделить следующие:

• сервер баз данных;
• хранилище геоданных;
• ГИС-сервер;
• веб-сервер;
• модули интеграции со смежными информационными системами.

В качестве СУБД используется Microsoft SQL Server, в качестве геоинформационного сервера – ArcGIS for Server (Esri), который является общей программной платформой для Геопортала РК и других отраслевых сервисов.

Архитектура подсистемы обеспечивает возможность доступа большого числа пользователей к ГИС на единой программно-аппаратной платформе через Веб-интерфейс (не предъявляет требований по установке на рабочее место пользователя дополнительного программного обеспечения), а также не ограничивает последующее наращивание функциональных возможностей в зависимости от изменения состава задач профильного потребителя.

Для расширения спектра доступных инструментов пространственного анализа данных использовались дополнительные модули ArcGIS 3D Analyst и ArcGIS Spatial Analyst.

Потребители данных. Основными потребителями Системы являются профильные организации, а также руководство Республики Коми:

• ГАУ РК «Коми региональный лесопожарный центр»;
• Комитет лесов РК;
• Лесничества РК;
• ЦУКС МЧС РФ по РК.
• Глава Республики Коми;
• Заместитель Главы Республики Коми.

Интерфейс Системы, функциональность. Одним из важнейших условий при реализации пользовательского интерфейса Системы были простота и удобство его использования. Система должна выполнять свою основную функцию: предоставлять возможность пользователю осуществлять отображение зарегистрированных очагов пожаров на карте и получать характеристику пожаров на основании запросов (рис. 1).

При проектировании учитывались согласованность отдельных блоков интерфейса, минимальное количество действий, необходимых для выполнения задач и уровней в иерархии меню. Интерфейс системы представлен в виде отдельных кратко охарактеризованных ниже функциональных модулей.

Графический обозреватель . В качестве картографической основы (базовых пространственных данных) используются цифровые карты Республики Коми масштабов 1:1000 000 – 200 000, а также композиты спутниковых изображений поверхности Земли, интегрируемые посредством картографических сервисов ИТЦ «Сканэкс», ArcGIS Online (Esri), BingMaps (Microsoft).

В состав тематических пространственных данных входят (рис. 2.):

• квартальная лесоустроительная сеть;
• лесничества и участковые лесничества;
• арендные участки лесного фонда;
• классы пожарной опасности по лесорастительным условиям;
• плотность населения;
• буферные зоны вокруг населенных пунктов;
• места размещения и зоны применения сил и средств;
• маршруты авиапатрулирования;
• особо-охраняемые природные территории;
• и многое другое.

Семантическая информация представлена подробными данными о пространственных объектах, отражающие их природные, экономические свойства, адресную и контактную информацию.

Тематические слои отображаются в виде списка в модуле содержания слоев. Пользователь системы имеет возможность независимо управлять видимостью тематических данных (подключать и отключать отдельные слои). Для повышения оперативности отображения картосновы используется технология тайлирования изображений.

В Системе реализованы базовые функции ГИС: навигация и масштабирование, идентификация объектов на карте, расчет расстояний и площадей, определение координат. Необходимо отдельно отметить важную, необходимую для диспетчера функцию – возможность перемещения по карте путем ввода координат и определения местоположения указанного места на карте. В Системе также реализована возможность добавления собственных закладок, позволяющих запомнить место на карте и выполнить быстрый переход к нему, а также его использования в последующих сессиях работы.

Модуль управления отображением данных . В Системе реализована возможность формирования точечного класса пространственных объектов, соответствующих зарегистрированным очагам пожаров. Позиционирование объектов на карте и оперативная информация формируются на основе описаний зафиксированных пожаров из базы данных, заполняемой в ГАУ РК «Коми региональный лесопожарный центр».

Очаги возгораний отображаются на карте специальными условными знаками, соответствующими одному из трех возможных статусов пожара: действующий, локализованный, ликвидированный.

Паспорт пожара . Отображение паспорта пожара происходит в окне карты при нажатии на символ пожара и представляется в самостоятельном диалоговом окне (рис. 3.). В Паспорте пожара автоматически формируются основные параметры конкретного пожара, являющиеся критериями для Комитета лесов РК и ГАУ РК «Коми лесопожарный центр» по принятию решения о частичном тушении или прекращении тушения лесных пожаров. Помимо оперативной информации происходит сбор данных по тематическим слоям карты на основе координат пожара.

Сведения Паспорта упорядочены в отдельных разделах, исходя из тематической принадлежности. В паспорте предоставляется следующая информация:

• дата обнаружения/ликвидации;
• статус пожара;
• вид пожара;
• площадь пожара;
• время начала/окончания тушения;
• номер квартала, наименование лесничества и участкового лесничества, контактная информация;
• класс пожарной опасности территории в зависимости от лесорастительных условий;
• плотность населения;
• ближайшие населенные пункты и расстояния до них;
• ближайшие промышленные объекты и расстояния до них;
• метеоусловия в месте возгорания;
• арендатор, контактная информация;
• породно-качественная характеристика леса;
• транспортная доступность.

Важной составляющей паспорта является расчет сводного показателя, определяющего уровень критичности пожара и позволяющего провести его сравнение с другими действующими пожарами, а также определить его место в общем списке.

Список действующих пожаров . В Системе существует возможность формирования списка пожаров на отдельной панели. Отображение списка происходит по запросу пользователя при нажатии на кнопку «Текущие пожары». Список включает все действующие на текущий момент времени пожары, упорядоченные в соответствии со значением сводного показателя (уровня критичности) или площади пожара (рис. 4).

Данная функция позволяет оперативно оценивать текущую пожароопасную обстановку, выделять наиболее опасные пожары, не прибегая к использованию карты.

Спутниковые данные . В Системе предусмотрена возможность отображения на карте в виде точек мест возможных очагов возгораний и пожароопасных ситуаций, получаемых на основе анализа и обработки данных дистанционного зондирования Земли. В качестве источника данных используется геосервис ИТЦ «Сканэкс». Пользователь может увидеть географические координаты, дату обнаружения, вероятность соответствия данной точки фактическому возгоранию.

Управление временем . В Системе предусмотрена функция, позволяющая отображать на карте состояния пожароопасной обстановки на определенную дату или период времени. Пользователь может задать начало и окончание интересующего периода. Минимальный период времени может составлять 1 сутки, максимально возможный период ограничивается началом пожароопасного сезона в текущем году.

Метеоданные . В Системе реализована возможность обработки и представления информации о погодных условиях (рис. 5). Эти данные включают температуру воздуха, температуру точки росы, направление и силу ветра, количество выпавших осадков, которые предоставляются Коми ЦГМС с периодичностью 3 часа, а также места регистрации молниевых разрядов, предоставляемые Институтом космических исследований РАН (проект ИСДМ Рослесхоз).

Данная функция обеспечивает отображение указанных данных на карте в соответствии с размещением метеостанций. Дополнительно реализована возможность расчета класса пожарной опасности в зависимости от метеоусловий и формирования непрерывного покрытия теоретического распределения данного параметра на всю территорию Республики Коми.

Силы и средства . Пользователь имеет возможность получать сведения о составе лесопожарных формирований, а также силах и средствах, которые могут привлекаться для борьбы с лесными пожарами (рис. 6.). Источником информации является Сводный план тушения лесных пожаров на территории Республики Коми. Пользователь может определять на карте районы ответственности лесопожарных формирований, получить сведения об организациях, которые могут принимать участие в тушении и ликвидации лесных пожаров, а также о наличии человеческих ресурсов, техники, оборудования и дополнительных средств для осуществления тушения.

Эффективность. Опытно-промышленная эксплуатация Системы наглядно показала эффективность ее применения и была высоко оценена работниками лесопожарных служб и уполномоченных органов исполнительной власти Республики Коми. Использование Системы способствует снижению времени на обнаружение и ликвидацию лесных пожаров, повышению оперативности информирования уполномоченных органов исполнительной власти и управляемости процессами реагирования.

Мероприятия на 2013 год. Существует объективная необходимость доработки Системы и ее усовершенствования, как в части детализации тематической пространственной информации, так и в части реализации новых функциональных возможностей. В планах работ на 2013г. рассматриваются следующие мероприятия:

1. разработка подсистемы ввода оперативных данных для ГАУ РК «Коми региональный лесопожарный центр» на основе Веб-интерфейса, исключающая необходимость использования дополнительного программного обеспечения;
2. повышение детализации информации по характеристикам лесных ресурсов на уровне лесных выделов;
3. разработка модуля расчета оптимальных наземных маршрутов передвижения;
4. доработка модуля управления метеоданными, добавление функции прогноза метеоусловий на краткосрочную и среднесрочную перспективу;
5. интеграция данных по зонам покрытий сотовых операторов, действующих на территории Республики Коми;
6. реализация функции подготовки и экспорта отчетной документации в соответствии с установленными формами;
7. реализация функции отображения на карте мест размещения камер видеонаблюдения за лесным фондом со смежной системы «Лесной дозор» с возможностью перехода в режим визуализации.

Указанные мероприятия значительно повысят функциональность ИАС «Лесные пожары РК» и как следствие будут способствовать улучшению контроля лесопожарной обстановки в Республике Коми.

Доступ к Системе. Более подробно ознакомиться с возможностями разработанной Системы в настоящее время можно на сайте http://gis.rkomi.ru/fires , имя пользователя guest1, пароль Guest@1234.

Рис. 1. Интерфейс ИАС «Лесные пожары в РК»	Рис. 2. Тематические пространственные данные и их картографическое представление в Системе	Рис. 3. Паспорт пожара
Рис. 4. Формирование списка действующих пожаров	Рис. 5. Представление текущей метеоинформации с привязкой к пунктам измерения	Рис. 6. Силы и средства для борьбы с пожарами

Пожары могут принести колоссальный ущерб природе и, чтобы избежать его последствий, производят мониторинг лесных пожаров. Способы различные: есть проверенные временем визуальные осмотры, также практикуют наблюдение с помощью спутников и современной техники. Эффективно использовать системы мониторинга лесных пожаров в комплексе. В Российской Федерации действуют профильные службы и учреждения для сбора, анализа и структурирования данных.

Визуальный осмотр

В некоторых лесах можно встретить специальные вышки. Эти строения выступают в роли наблюдательных пунктов. Их строительством обычно занимаются лесные хозяйства. Вышки оборудуют средствами связи, на наблюдательном пункте есть азимутальный круг. Он нужен для определения направления пожара.

Лес делят на территории по радиусу обзора с такой башни – 5-7 км. Вышки строят из дерева, но в последнее время многие элементы их конструкции меняют на металлические. Срок жизни строений с наблюдательными пунктами из дерева менее 10 лет.

Осмотр лесных территорий осуществляет специальный человек. При обнаружении пожара он определяет его направление, возможную опасность и передает информацию на диспетчерский пункт через радио или телефонную связь.

Проблема этого способа мониторинга в малочисленности наблюдательных вышек и работников. Раньше лесничих было на порядок больше, сейчас их количество сократилось в несколько раз.

На части наблюдательных вышек устанавливают видеокамеры. Это не решает основной проблемы, потому что за съемкой должен наблюдать человек в оборудованном пункте. Если система видеонаблюдения автоматизирована, то задача упрощается, но в большинстве камеры требует ручного управления.

Помимо этого, съемка ведется в одном направлении, поэтому необходимо установить несколько камер. Вышки сотовой связи тоже используют для мониторинга. На них устанавливают тепловизоры и видеокамеры.

Исследования с помощью спутников

Один из самых недорогих способов – это спутниковый мониторинг. Спутники с помощью сканеров делают снимки в инфракрасном спектре. Это позволяет узнать разницу температур и определить, где идут лесные пожары.

Данные и снимки обрабатываются на космическом аппарате, где исправляют искажения, делают привязку к географическим точкам. Последний этап обработки, который включает цифровой анализ, визуальное дешифрирование и интерпретацию снимков, производят в автоматическом или интерактивном режиме.

Информацию о лесных пожарах можно увидеть на специальных сайтах, например . Созданы федеральные системы мониторинга лесных пожаров. Они составляют общую картину, используя данные визуального осмотра, спутниковых снимков и других методов мониторинга.

Этот дистанционный метод входит в список функций экологического мониторинга. С помощью спутников также получают метеорологические характеристики, данные о техногенной обстановке, разливе рек, динамике снежных покровов, тепловых выбросах. Каждой области применения соответствует определенный канал, его обозначают цветом.

Карта пожаров в России доступна всем заинтересованным пользователям.

Информация обновляется в среднем 4 раза в день. Это усложняет идентификацию возгораний и снижает оперативность помощи пожарной охраны. Периодичность обновления зависит от времени пролета спутников по орбите. Основные данные предоставляет серия американских спутников NOAA.

Работают и частные спутники, их снимки отличаются точностью и детальностью, но стоят дороже общедоступных. Поэтому наряду с космоснимками используют данные визуального осмотра. На карте пожаров указывают точки пожаров и возможные причины их возникновения. Существует индийская система спутникового мониторинга.

На точность космоснимков влияют многие факторы. Например, повышенная облачность мешает как обнаружению лесных пожаров, так и определению их размера. Очаги возгораний на картах могут не совпадать с реальными, но их примерные координаты очерчены границами.

То есть на карте показана область, где есть очаг. Несколько пожаров на карте обычно объединяют в единый кластер. В этом случае точность также не достоверная. По этим данным определяют площадь пожара и скорость его распространения в лесах. Есть возможность получать оповещения о выявлении лесных пожаров, если оформить подписку на соответствующем сервисе.

Альтернативные методы

В качестве вспомогательных методов мониторинга лесных пожаров называют также осмотр территорий с воздуха. Наблюдение осуществляют с вертолетов, самолетов. В последние годы применение в этом направлении нашли беспилотные летательные аппараты, которые делают видеозаписи.

Стоимость всех перечисленных способов высокая. Из-за этого невозможно организовать непрерывный мониторинг в лесной зоне. Однако при возможности и достаточном финансировании летательные аппараты позволяют получать точную информацию в режиме реального времени. Кроме того, авиация способна тушить пожары при их обнаружении.

В России для тушения и мониторинга лесных пожаров с помощью вертолетов и пожарных самолетов создано федеральное учреждение «Авиалесоохрана». В состав экипажа воздушного судна входит летчик, парашютист-пожарный и десантник-пожарный, которые прошли специальную подготовку.

Статистика

Помимо наполнения интерактивной карты лесных пожаров, ведется их статистика. Она имеет не только информационный характер. На основе полученных данных анализируют причины возгораний, скорость их распространения.

Это необходимо для , составления прогнозов, организации эффективного тушения. По пожарной опасности определяют экономический ущерб. Статистические данные и картографирование позволяют отличать пожары от техногенных источников тепла, которыми могут быть производственные объекты.

Первые записи о лесных пожарах в летописях датированы 1724 годом. Уже тогда были призывы сохранить угодья от огня. Во времена царской России данные уже упорядочивали. Сегодня информация о лесных пожарах сводится в таблицы. Статистику ведут ведомства и службы.

По данным Росстата последние массовые пожары были зафиксированы в летний период 2010 года. Однако их количество не рекордное, экологический и экономический ущерб был причинен вследствие больших территорий, охваченных огнем, и задымлением.

В 2010 году в общей сложности произошло более 39000 лесных пожаров. Тогда сгорело на корню около 150000000 м 3 лесов. Аналогичные масштабы лесных пожаров наблюдали в 1998 году. По количеству пожаров лидирует 2002 год – 434000 возгораний, но последствия не столь плачевны.