Главна информация
Оперативното наблюдение на пожари се извършва по данни на 2 спътника: Aqua и Terra. Всеки от тях е оборудван с камера MODIS, която ви позволява да правите снимки на земята в различни части на спектъра: от видима до инфрачервена. Сателитите снимат една и съща територия 2-4 пъти на ден. Получената информация се обработва автоматично.
Автоматичната интерпретация на пожарите се основава на значителна разлика в температурите на земната повърхност и на източника на пожар.
За анализ се използват термични канали, а информацията от други сателитни канали помага за отделянето на облаците. След автоматична обработка се получава маска от онези пиксели на изображението, чиято температура се различава значително от околните „горещи точки“ или „термични точки“. Времето за обработка е 15-40 минути от момента на прелитане на сателита. Моля, не забравяйте, че времето на полета на спътника е дадено в средно време по Гринуич (UTS)! Московско време= UTS+4 часа!
Този метод има редица ограничения. Всички предмети, които се различават по температура, попадат в "горещи точки" (например, факли в петролни находища, топлоелектрически централи, отопляеми покриви на големи сгради). Някои слаби пожари не се вземат предвид поради малката температурна разлика. Някои от пожарите, възникнали в интервалите между сателитните полети, също не са взети предвид. Има фалшиви положителни резултати поради силна облачност.
Независимо от това, тези данни могат и трябва да се използват за наблюдение на пожари, особено в големи райони, където няма наземно наблюдение.
Има 3 алгоритма за обработка на изображения:
1. The Fire Information for Resource Management System (FIRMS) Университет на Мериленд (САЩ)
2. ScanEx Fire Monitoring Service (SFMS) ScanEx RDC
3. "Огън" част информационна системадистанционно наблюдение ISDM-Рослесхоз
Всеки има своите предимства и недостатъци. Системата FIRMS е по-чувствителна, способна да открива много слаби пожари, но дава голям брой фалшиви аларми. SFMS е по-малко чувствителен, следователно пропуска някои от слабите пожари, но дава много по-малко фалшиви положителни резултати.
Използване
1. За да знаете приблизителното време на събиране на данни, трябва да погледнете разписанието на полетите на 2 спътника.
Аква http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/aqua/
Terra http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/terra/
Следвайте връзките към страниците, изберете желаната територия и дата.
Отваря се страницата със схемата за прелитане на сателит 
Сателитът взема ивица по траекторията на полета. Фрагмент от такава лента на фигурата е обозначен със син контур. Ширината на лентата за изследване от всяка страна на траекторията (зелена стрелка) е приблизително равна на половината разстояние между съседните траектории (оранжева стрелка)
Сателитите летят над една територия съответно 2-4 пъти на ден, толкова пъти информацията за горещи точки ще се актуализира. Информацията в сайтовете ще се актуализира 15-40 минути след полета.
Можете да видите термоточки или на специални сайтове, или в програмата Google Earth
сайтове. Сега има 3 основни.
Най-функционалният и бързо зареждащ се, според мен, сайт на Kosmosnimki http://fires.kosmosnimki.ru/
Предоставя SFMS данни по подразбиране, ви позволява да преглеждате данни от ФИРМИ 
Можете да увеличавате или намалявате с помощта на лупата или лентата за мащабиране.
Клетката за отметка на Space images ви позволява да видите най-новите сателитни изображения Aqua, Terra. Снимките се виждат само до 9-то ниво на увеличение.
Всеки начертан контур, като например голям огън, видим в изображението на MODIS, може да бъде изтеглен (връзка "изтеглете shp-файл" под данните за площта). Можете също да добавите свои собствени контури във векторен формат (архивен шейп файл).
Отделните горещи точки се виждат при 8 нива на увеличение.
Можете да преглеждате данни не само за един ден, но и за всеки период от време, за това трябва да кликнете върху триъгълника вдясно от датата. Ще се появи червена рамка, в която ще се виждат термоточки. Формата и размерът му могат да се променят чрез преместване на курсора около ъглите или линиите. В две полета трябва да зададете начална и крайна дата.
Уебсайтът на FIRMS е прост и ясен, макар и на английски. Недостатъкът е, че отнема много време за зареждане. 
Ако разгледате отметките, можете да намерите нещо полезно, например включване на слой с границите на защитените зони, възможност за превключване от карта към субстрат от изображения, информация за времето на последната актуализация.
Сайтът на частта "Пожар" на информационната система за дистанционно наблюдение на ISDM-Rosleskhoz firemaps.nffc.aviales.ru/clouds/html/cl ouds_proj.html. Освен това е просто. 
Ако не желаете да катерите обекти, можете да разгледате термоточки в програмата "Google Earth".
Карта горски пожари, разработен от Scanex, показва пожари в реално време както в Русия (слой ScanEx), така и по целия свят (слой FIRMS).
В далечината се виждат кръгове, показващи приблизителната сила и мащаба на пожарите за всяка област.
Колкото по-голям е кръгът, толкова повече фокуси в него.
Когато картата се увеличи, пожарите (или горещите точки) се показват като червени квадрати:
Върху обикновените сателитни изображения могат да се наслагват ежедневни снимки, направени от спътниците TERRA и AQUA.
Очертания на кадрите: 
Самите снимки:
Една точка може да заснеме няколко различни снимки, направени различно време, под различни ъгли и с различна облачност. Следователно, за да превключите между изображенията, можете да щракнете върху тях с мишката.
Когато щракнете върху която и да е снимка, тя „пада до самото дъно“. Не е интуитивно или удобно, но можете да свикнете с него. Във всеки случай, гледайки конкретен огън, можете да направите няколко щраквания подред, за да намерите най-добрия изстрел.
Изгорените зони се виждат на ежедневни снимки като тъмнокафяви петна.
Например, тук можете да видите не само „белезите“ от тазгодишните летни пожари, но и миналогодишните, които вече са започнали да заздравяват (светлокафяви със зелен оттенък):
моментна снимка от 17 август 2014 г
Още няколко места, всяко от които е с дължина над 40 километра. За да разберем мащаба на бедствието, нека направим сравнение: всяко място е по-голямо от Санкт Петербург по площ
моментна снимка от 17 август 2014 г
Но в ежедневните снимки има и странни неща - резервоарите (езера и реки) са боядисани в ярко червено (като пожари). Предполага се, че този ефект възниква поради факта, че сателитите снимат в мултиспектрални режими и най-вероятно водата отразява онези части от спектъра, които сателитът (или софтуерът, който обработва изображения) интерпретира като „горещи“.
На снимката - Черно море
А ето и анимирана карта на пожарите по света за 2012 г. (по месеци). Можете да видите как се променят интензивността и броят на пожарите в зависимост от времето на годината.
Следващата анимация показва колко бързо може да се разпространи пожар в степта със силен вятър.
Мониторинг на горски пожари- система за наблюдение и контрол за опасност от пожар в гората според метеорологичните условия, състояние горски горими вещества Иматериали , източници на огън и горски пожари с цел навременно разработване и прилагане на мерки за предотвратяване на горски пожари и (или) намаляване на щетите от тях. Мониторингът на горските пожари се извършва организационно на 4 нива: федерално, регионално, общинско и местно. На федерално нивоорганизацията на работата по наблюдение на горските пожари се извършва от федерална агенцияуправление на горите в Русия; на регионално ниво - органите за управление на горите на съставните образувания на Руската федерация; на общинско и местно ниво - горски стопанства и други организации, предприятия и институции, занимаващи се с горско стопанство, както и подразделения на Авиалесоохрана, участващи в откриването и гасене на горски пожари .
Като се вземат предвид средствата, използвани за наблюдение на горските пожари, могат да се разграничат нивата на земята, авиацията и космоса. За наземно откриване на пожар се използват следните технически средства:
- промишлени телевизионни инсталации и телевизионни лазерни далекомерни комплекси;
- дистанционно пилотирани самолети;
- мълниеприемници-далекомери;
- метеорологични радиолокационни станции;
- геодезически инструменти за наблюдение на димна точка;
- постове за наблюдение на пожара, чийто брой и местоположение трябва да осигуряват определянето на мястото на възникване дим с точност най-малко 0,5 км.
За патрулиране на горския район от въздуха се използват малки самолети, които имат неоспорими предимства в тази област на приложение: ниска цена на полетен час, неизискващи летища и поддръжка и малки щети на околната среда. Мониторингът на горските пожари обхваща цялата територия горски фондРФ, където се разграничават активно защитени и незащитени гори, както и територии и водни площи, замърсени с радионуклиди. Обектите на наблюдение са: предпожарни условия; прогнозиране на горски пожари и аварийни ситуации на горски пожари; горски пожар, който е източникът увреждащи фактории вероятен източник на извънредна ситуация; ситуация след пожара.
Мониторингът и контролът на предпожарната обстановка в горския фонд се извършват през целия пожарен сезон и включват: наблюдение, събиране и обработка на данни за степента на пожарна опасност в гората според метеорологичните условия; оценка на степента опасност от пожарв гората според метеорологичните условия по общите или регионалните скали на пожарна опасност. На територията на горския фонд се следят следните параметри: температура на въздуха; температура на точката на оросяване; количеството на валежите; скорост и посока на вятъра. Освен това се използва информация за наличието на гръмотевична активност. Критерият за възникване на висока пожарна опасност са съответните стойности на комплекса индикатор за пожарна опасност в гората според метеорологичните условия.
Мониторингът на горските пожари се основава на използването на различни средства за изобразяване на земната повърхност – изображения от космоса и от самолети, карти, диаграми. В същото време основният картографски материал за наблюдение на регионално, общинско и местно ниво трябва да бъде съставен на точна топографска основа, да има координатна мрежа и да отразява степента на опасност от горски пожари.
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
Данните от сателитни наблюдения са много важни за оценка на разпространението на горските пожари, идентифициране на техните източници, анализиране на развитието на дим от пожари, изгорени зони и идентифициране на риска от пожари.
Възможността за гасене на пожар в малка площ, особено в условия на висока пожарна опасност, се определя от скоростта на откриване. Така най-много подходящи изискванияоперативен мониторинг на горите и торфени пожарисъответстват на спътници с висока радиометрична разделителна способност и висока честота на изследване (серии NOAA и EOS). За наблюдение на последствията от пожари е необходимо да се използват спътници с висока пространствена разделителна способност.
Задачи наблюдение на пожараи техните последствия:
- откриване на пожар, определяне на места за пожар;
- наблюдение и контрол на развитието на пожара;
- оценка на пожарната опасност в рамките на сезона;
- прогнозиране на рисковете от пожари в дългосрочен план;
- оценка на въздействието на пожара. Комбинирането на изображения преди и след пожари дава възможност да се идентифицират изгорели зони, да се определи тяхната площ в момента и да се оцени причинените щети.
Последици от въздействието на горските пожари върху заобикаляща средаи човек:
- Икономически:загуба на дървесина, вкл. увреждане на млади насаждения, вторични горскостопански ресурси; Разходи за гасене, разчистване на опожарени площи и др.; реставрационни работи; загуби на други индустрии: прекратяване на въздуха, железопътния транспорт, камионите, корабоплаването и др.
- Околна среда:замърсяване с продукти на горенето на въздух, вода, почва:
- разрушаване на кислорода;
- термично замърсяване;
- масово изпускане на парникови газове;
- промяна на микроклимата;
- замърсяване на атмосферата с дим и газ;
- смърт на животни и растения;
- намаляване на биоразнообразието.
- социални:смърт и нараняване на хора непосредствено в зоната на пожара; влошаване на психофизиологичните показатели на населението: физически, емоционални, интелектуални, репродуктивни, наследствени; увеличаване на заболеваемостта на населението; намаляване на продължителността на живота.
За откриване на пожари се използват термични канали сателитни снимки(фиг.1, табл. 1, 2.).
маса 1. Обхвати на дължината на вълната.
Снимка 1
| Обхват | Съкращения | ||
Руски |
Английски |
Руски |
Английски |
UV |
|||
инфрачервена |
|||
близо до IR |
|||
Среден IR |
Инфрачервена къса вълна |
||
Далеч IR |
Средна вълна инфрачервена |
||
Термичен IR |
Термичен инфрачервен |
||
микровълнова печка |
|||
Представени са космически кораби, които позволяват откриване на пожаримаса 1.
Таблица 2. Характеристики на КА.
KA/Инструмент |
NOAA/ |
TERRA(АКВА)/
|
LANDSAT/ |
TERRA/ |
Видимост, км. |
||||
Радиометрична разделителна способност, бит |
NIR-8 |
|||
Пространствена резолюция, m |
NIR - 250-1000 |
NIR, SWIR - 30 TIR - 60 |
NIR - 15 |
|
Брой спектрални канали в IR диапазона |
NIR-1 |
NIR-6 |
NIR-1 |
NIR-1 |
Методите за откриване на пожар се основават на анализа на яркостните температури в отделните спектрални канали.
Основният признак на явлението търсене е локално повишаване на температурата на мястото на запалване.
Визуалното откриване на пожари ви позволява бързо и точно да определите праговете за откриване на топлинни аномалии. IN общ случайтези прагове ще бъдат различни. Това се дължи преди всичко на площта и температурата на горене, времето на годината и деня и географските координати на мястото на пожара.
Наличието на източник на горене във видимия спектър се определя от наличието на основния дешифриращ признак на горските пожари - дим.
Във формата на снимката фокусът наподобява светлосив конус. Трябва да се помни, че перистите и слоевите облаци по своята структура и яркост могат да наподобяват димните струи от горски пожари. Следователно онези части от изображенията на видимия спектър, където преди това е бил открит горски пожар, се разглеждат в инфрачервения диапазон на спектъра. В този случай димните струи от горски пожари практически не се виждат.
Всички методи се основават на следните принципи:
- Анализ на разпределението на сигнала в рамките на определени спектрални канали на оборудване за наблюдение;
- Правило за прагове за присвояване на област на изображението (или пиксел) към съответния клас;
- Статистически анализ на разпределението на спектралните характеристики на отделни участъци от изображението (или пиксели);
- Анализ на надеждността на препращане на регистрирания сигнал към съответния клас.
Последователност на процедурите обработка на космически изображения:
- Дефиниция на информационните канали.
- изолация на облаци, водни телаи загубени данни за снимки в определени канали.
- Идентифициране на потенциални места за пожар.
- Определяне на локални спектрални характеристики на повърхността и регистриране на пожари по косвени признаци.
- Усъвършенстване на откриването, като се вземат предвид местните особености, прилагане на сложни правила за определяне на пожари.
- Анализ на възможността за погрешно разпознаване.
- Проверка на резултатите от откриването и вземане на решение.
Реализиран е алгоритъмът за автоматично откриване на пожари софтуердоставено от ScanEx RDC:
- ScanViewer(за спътници от серията NOAA). В приложението ScanViewer специалистите на ScanEx RDC внедриха устройство, което позволява автоматично откриване на горски пожари въз основа на данните от радиометъра AVHRR, който е част от бордовата система за сателитни измервания на NOAA. Комбинацията от алгоритми за автоматично откриване с визуален преглед на изображения и наслагване на картографска информация формира основата на интерактивна технология за откриване и наблюдение на горски пожари. Недостатъкът на тези методи е, че само големи пожари могат да бъдат точно определени.
- Процесор ScanEx MODIS(за сателити от серията EOS). За идентифициране и бързо откриване на пожари в приложението ScanEx MODIS Processor, алгоритмите, разработени за устройството MODIS, се използват за определяне на местоположението на пожарите и тяхната интензивност.
Техника за откриване на пожар
въз основа на сравнение на температурите (интензитети на входния сигнал, получен от радиометъра MODIS) на всеки пиксел в два инфрачервени спектрални канала, 21 канала (4 µm T4) и 31 канала (11 µm T11). Тази техника се реализира в рамките на програмата Scanex Modis Processor с възможност за диалогова настройка на входни и изходни параметри.
Предполага се, че колкото по-висока е температурата на пиксел в канал 21, толкова по-голяма е вероятността от пожар. По същия начин, колкото по-голяма е температурната разлика в каналите е 4 µm. и 11 µm. (dT411), толкова по-голям е рискът от пожар.
Потенциален източник на пожар се открива по два начина:
- Абсолютните стойности на всяка от горните стойности на пикселите (T4 и dT411) надвишават допустимите граници, зададени в параметрите на противопожарната маска (например T4 е над 360K през деня или dT411 е над 25K през деня).
- Стойността на интензитета на сигнала в 4 µm канала на някой пиксел е много различна от околната среда (например T4 > T4b + pT4.sdc*dT4b - температурата на текущия изследван пиксел в 4 µm канала е по-висока от средната температура на околните пиксели + стандартното отклонение на температурата на околните пиксели, умножено по емпиричния коефициент (коефициент на стандартно отклонение, обикновено pT4.sdc = 3)).
Програмата има набор от параметри, които са отговорни за това дали този или онзи пиксел ще бъде регистриран като пожар или не. Комбинацията от тези параметри (противопожарни маски) значително зависи от региона. Например, горско-степната територия на района на Курган и тайгата Ивдел имат различни характеристики на спектрално отражение в топлинния диапазон, получен от радиометъра MODIS. В допълнение, комбинацията от тези параметри зависи от сезона (зима, пролет, лято, есен) и дори от времето на приемане.
- Софтуерен модул "Откриване на пожар"към приложния софтуерен пакет ERDAS Imagine с критерии (Таблица 3.).
Таблица 3Критерии за откриване на топлинна аномалия.
където Т3р, Т34р, Т4р, - температурни прагове, I2, I1 - интензитет на излъчване в канали 1 и 2.
Температурните прагове се задават от оператора в следните интервали: T3r - 310-322 K; T34r - 7-15 K; T4r - 275-285 K. По подразбиране се задават следните температурни прагове за лятно време: T3 = 312 K; Т34 = 15 К; Т4 = 276 К.
Радиометър MODIS (спектрорадиометър за изображения с умерена разделителна способност) ( Раздел. 4.) е един от ключовите инструменти за изображения, инсталирани на борда на американските спътници TERRA (в орбита от 1999 г.) и AQUA (в орбита от 2002 г.), извършващ изследване на Земята от космоса по програмата EOS (Earth Observing System) на Националната аерокосмическа агенция (НАСА). ) САЩ.
Таблица 4Основен спецификации MODIS.
Номера на канали |
Спектрален обхват(µm.) |
Ширина на измитане (км) |
Период на снимане |
Пространствена разделителна способност (m.) |
||
Видимо (червено) |
||||||
NIR (близък инфрачервен) |
||||||
Видимо (синьо) |
||||||
Видимо (зелено) |
||||||
NIR (близък инфрачервен) |
||||||
MIR (средно инфрачервено) |
||||||
Видимо (синьо) |
||||||
Видимо (зелено) |
||||||
Видимо (червено) |
||||||
NIR (близък инфрачервен) |
||||||
TIR (термичен инфрачервен) |
||||||
Радиометърът MODIS позволява ежедневно оперативно наблюдение на териториите, като честотата на наблюдение зависи от неговия размер и географско местоположение, както и броя на използваните сателити.
Честотата на наблюдение на отделна територия при снимане с един спътник е от 1-2 пъти през деня и същия брой пъти през нощта. При снимане с два спътника честотата на наблюденията ще се удвои - от 4 до 12 пъти на ден (в зависимост от географското местоположение на територията).
За практическото използване на данните MODIS са разработени и редовно се подобряват алгоритми за обработка на първични радиометърни данни, има 44 стандартни информационни продукта (модули - MOD).
За откриване на топлинни аномалии и пожари се използва модул ( MOD14). Позволява бързо откриване и наблюдение на природни (горски) пожари, вулкани и други термични аномалии с разделителна способност от 1 км. MODIS може да открие пожар на площ под 1 км2.
Алгоритмите за откриване на пожари в автоматичен режим се основават на значителна разлика в температурите на земната повърхност (обикновено не по-висока от 10–25 C) и източника на пожар (300–900 C). В изображението се улавя почти 100-кратна разлика в топлинното излъчване на обектите, а информацията от други спектрални канали помага за отделянето на облаците.
Снимането с термично оборудване на спектрорадиометър MODIS с пространствена разделителна способност 1 km дава възможност да се открие източник на пожар с площ от 1 ha или подземен пожар с площ от 9 ha.
Сателитите от серията NOAA са оборудвани с два комплекта инструменти: AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) (Таблица 5.) и комплект оборудване за вертикално атмосферно сондиране.
Космическите изображения от устройства на NOAA позволяват проследяване на пожари главно в регионален мащаб чрез ниска пространствена разделителна способност на изображенията (1,1 km).
Таблица 5Основни технически характеристики на AVHRR.
Номера на канали |
Спектрален диапазон(µm) |
Ширина на измитане (км) |
Период на снимане |
Радиометрична разделителна способност (бит) |
.) |
|
Видимо (зелено) |
||||||
NIR (близък инфрачервен) |
||||||
3 А |
NIR (близък инфрачервен) |
|||||
3 Б |
NIR (близък инфрачервен) |
|||||
TIR (термичен инфрачервен) |
||||||
TIR (термичен инфрачервен) |
||||||
За идентифициране на пожари с помощта на алгоритъм "праг" или "контекстуален". предварителен етапцялата информация, получена от спътници на NOAA, трябва да бъде калибрирана. Това означава, че за първия и втория канал на оборудването AVHRR е необходимо да се получат стойностите на албедо съответно A1, A2. А за третия, четвъртия и петия канал - стойностите на еквивалентната радиационна температура съответно T3, T4 и T5.
Методи за откриване на пожарсе основава на използването на радиационни оценки за 3V, 4, 5 AVHRR канали, които съответстват на инфрачервения обхват на спектъра. пожарите се определят като екстремни стойности на радиация по 3V канал (максималното излъчване на обекти пада върху тази област при температура на горене 800-1000K) AVHRR.
Димните струи, причинени от пожари, са добре дефинирани на AVHRR канали 1 и 2.
За по-точно идентифициране на пожари се използват прагови алгоритми, след което се определя температурата на излъчване в 3-ти и 4-ти канал. AVHRR е калибриран за температури до 330 K.
Известно е, че максималният радиационен поток на черно тяло, нагрят до температура 800-1000 K, пада върху средната инфрачервена област на електромагнитния спектър с дължина на вълната 3-4 микрона. Въз основа на характеристиките на оборудването AVHRR данните от третия канал, работещ в диапазона 3,55-3,93 μm, се приемат като основен признак за разпознаване на термична аномалия.
Тъй като пространствената разделителна способност на оборудването AVHRR е 1,1 km, в идеалния случай е възможно да се открият обекти, чиито линейни размери надвишават 1,1 km. И поради високия интензитет на излъчване в средния IR диапазон и високата радиометрична разделителна способност на оборудването, става възможно откриването на топлинни аномалии на естествени и техногенен характермного по-малки размери. При идеални условия на наблюдение с максимален контраст м. 3-ти и 4-ти канал на апаратурата AVHRR имат принцип. възможността за откриване на пожари с площ от 0,2-0,3 хектара.
Използването само на един трети канал (един праг) в праговия алгоритъм води до Голям бройфалшиви аларми. Това се дължи преди всичко на отразяването на енергията на слънчевата радиация от ръбовете на облаците (най-голям брой фалшиви аларми), водната повърхност, пясъка, открити скали, асфалтови настилки и бетонни конструкции. За да се избегнат грешки, е необходимо да се използват данни от други спектрални канали.
Прагови алгоритми за идентифициране на пожари:
- Алгоритъмът на Кауфман (1991): T3 > 316 K, T3-T4 > 10 K и T4 > 250 K. Тук T3, T4, T5 са температурата на радио яркостта съответно в 3-ти, 4-ти и 5-ти канал на оборудването AVHRR.
- Алгоритъм на Франс (1993): T3 > 320 K, T3-T4 > 15 K, 0< (T4-T5) < 5 К, A1 < 9%, где А1 - значение альбедо в 1 -м канале.
- Алгоритъм на Кенеди (1994): T3 > 320 K, T3-T4 > 15 K, A2< 16%, где А2- значение альбедо во 2-м канале.
Ако елементът permission отговаря на условията на алгоритъма, тогава той принадлежи към класа на пожарите; ако не удовлетворява поне едно от тези условия, тогава - на заден план.
Всички тези алгоритми са фокусирани върху пожари с достатъчно голяма площ и интензивност, което е неприемливо за решаване на проблемите с откриването на пожарна ситуация, тъй като е важно да се открият пожари в начална степентяхното развитие с цел минимизиране на материалните разходи за елиминиране на източника на запалване. В допълнение, тези алгоритми са силно нежелателни за откриване на наличие на прегрят торф в торфищата.
Към днешна дата центърът за получаване и анализ на аерокосмическа информация на Министерството на извънредните ситуации на Русия взе за основа Алгоритъмът на Кауфман (1)с "плаващи" прагове. Както бе споменато по-рано, на етапа на предварителна обработка на информацията от оборудването AVHRR се определят очевидни огнища естествени пожариот наличието на струйки дим.
След калибриране на изображението се определят характеристиките на идентифицираните фокуси и прилежащия към тях фон, на базата на което се избират съответните прагове. След анализиране на сходните характеристики на основната повърхност в изображението, заедно с характеристиките на пожарите, се определят "плаващи" прагове.
Въпреки това, не трябва напълно да се доверявате на резултатите от идентифицирането на пожари с помощта на тези прагове, тъй като може да има случаи на отразяване на електромагнитна енергия от ръбовете на облаците и да се появят фалшиви аларми, причинени от прегрят пясък и различни техногенни образувания. Следователно съмнителни точки, които са твърде близо до облаци, в близост до реки, морета и т.н., трябва да бъдат подложени на допълнителна проверка.
Допълнителна проверка се състои в анализиране на отразяващата способност на интересуващите ни пиксели в първия и втория канал на оборудването AVHRR. Ако стойността на албедо в първия канал е по-голяма от стойността на албедо във втория канал ( A1 > A2), то тази точка в по-голямата част от случаите може недвусмислено да се припише на фалшива тревога. но има случаи, когато има съмнения относно правилността на такова решение (например липса на облаци или пясък). В този случай ние класифицираме тази точка като възможен източник на пожар, ако няма допълнителна информация за разглежданата зона. Ако стойностите на албедото в първия и втория канал надвишават 10-16% (в зависимост от условията на наблюдение), тогава тази точка също се класифицира като фалшива аларма. Във всички останали случаи се приема хипотезата за наличие на топлинна аномалия в разглежданите точки.
Ако броят на фалшивите аларми е достатъчно голям, тогава прагът за третия и/или четвъртия канал може да бъде леко увеличен. По този начин не е възможно напълно да се отървете от фалшивите аларми и все пак трябва да проверите повечето предполагаеми огнища. Освен това ние умишлено изключваме пожарите на малка площ от разглеждане, което също е неприемливо.
Облачността е непрозрачна среда за IR лъчение, така че за пиксели, където размерът му заема повече от 60-70% от изображението, се избира автоматично. Тъй като облаците са по-студени от земната повърхност, е възможно да се зададе праг на температурата на яркост в 4-ти или 5-ти канал на радиометъра с маскиране на пиксели на изображението, които не надвишават определената прагова стойност.
Предлага се стандартът SHARP-2 на Европейската космическа агенция да се приеме като основен алгоритъм за откриване на облак за AVHRR данни. Този стандарт предвижда класификация, която разделя пикселите на изображението на следните класове: земна повърхност (SL), вода, облаци.
Изборът на облаци в оригиналното изображение се извършва според условията от стандарта ESA SHARP-2:
- „Облачно“, ако A(2)/A(1) > 0,9 и A(2)/A(1)< 1,1&T4 < 294 К
- "Облачно", ако Т4< 249 К
- „Облачно“, ако T4-T2 > 274 K & T4< 290 К
Авторите направиха предположение, че тези условия не са подходящи за определяне на границата облачност / WP и за разграничаване на „накъсана облачност“ на територията на европейската част на Русия, поради което те предложиха да се въведе допълнително условие. Такова условие е анализът на характеристиките на яркостта на 4-спектрален диапазон.
При анализа се използва допълнително условие (4), при което се анализира RMS (4) на еквивалентната радиационна температура в 4-спектрален диапазон на инструмента AVHRR, изчислена върху прозорец от 15x15 пиксела:
σ4≤σпора,
където σthr е праговата еквивалентна температура на излъчване в 4-спектрален диапазон на инструмента AVHRR през прозорец с размери 15x15 пиксела, чиято стойност се определя в резултат на изследването.
Според резултатите от обработката на тестови изображения за европейската част на Русия (48-67 северна ширина), σpor = 1,3.
Тъй като в спектралните диапазони на 4-ти и 5-ти канал на инструментите AVHRR/2 (3) влиянието на Слънцето върху характеристиките на изображението е минимално, облачността може да се филтрира чрез анализиране на RMS на яркостната характеристика. В този случай модифицираният контекстуален алгоритъм взема предвид не само RMS стойността на характеристиките на яркостта на пиксела, но и условията на стандарта SHARP-2 за AVHRR данни.
За тестване и отчитане в модифицирания контекстуален алгоритъм се избират класификационни условия от стандарта SHARP-2, които са взети като основни условия. За тестване е написан модел за подчертаване на водната повърхност. За анализираното изображение X(x1 ,..., x5) пикселите се класифицират според характеристиките: "вода", "облачност", "земна повърхност". В резултат на класификацията, като се вземат предвид условията, се създават два междинни слоя от оригиналното изображение върху водната повърхност и различни облаци. Първият, състоящ се от 0 и 1, където 0 съответства на пиксел, който е класифициран като шум, а 1 съответства на пиксел, който е класифициран като заземен. Вторият, състоящ се от 0 и T3, където 0 съответства на пиксела, който е класифициран като шум, а T3 съответства на радиационната температура в 3-тия AVHRR канал за пиксела, който е класифициран като заземен.
Всички пиксели, класифицирани като "вода" и "облачно", не се разглеждат при по-нататъшния анализ на "сигнално присъствие".
Последователно за всеки пиксел се разпределя централна локална зона от 15x15 пиксела. За този регион се вземат предвид 5-каналните пикселни характеристики. Броят на пикселите, различни от класовете "вода" и "облачно", също се изчислява и за тях се изчислява средната стойност на T3av.
Признак за избор на сигнал е условието: T3av > T3av.thr Ако това условие е изпълнено, се взема решение за „наличие на пиксел с огън“.
Използването на модифициран контекстуален алгоритъм позволява да се намали вероятността от „фалшива тревога“ с 10-15% за територията на северната и централната част на Русия. Естественото предимство на този алгоритъм е относителната работа и независимост от ъгъла на Слънцето и времето на деня. Най-големият недостатък е неработоспособността на контекстния алгоритъм в случай на облачност в текстурните области на изображението.
Таблица 7Основни технически характеристики на скенера TM (Landsat 5).
|
Номера на канали |
Спектрален диапазон |
Ширина на измитане (км) |
Период на снимане |
Радиометрична разделителна способност (бит) |
пространствоестествено разрешение |
|
Видимо (синьо) |
||||||
Видимо (зелено) |
||||||
Видимо (червено) |
||||||
NIR (близък инфрачервен) |
||||||
NIR (близък инфрачервен) |
||||||
TIR (термичен инфрачервен) |
||||||
MWIR (далечна инфрачервена) |
||||||
Таблица 8 Основни технически характеристики на радиометър ETM+ (Landsat 7).
Номера на канали |
Спектрален диапазон |
Ширина на измитане (км) |
Период на снимане |
Радиометрична разделителна способност (бит) |
Пространствена резолюция |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Видимо (синьо) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Видимо (зелено) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Видимо (червено) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NIR (близък инфрачервен) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NIR (близък инфрачервен) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TIR (термичен инфрачервен) ASTER (Усъвършенстван космически радиометър за топлинно излъчване и отражение) ( Раздел. девет)- усъвършенстван космически радиометър топлинно излъчванеи отражения) е една от петте системи за изображения на борда на сателита Terra, съчетаваща широко спектрално покритие и висока пространствена разделителна способност във видимия, близкия инфрачервен (NIR), средния инфрачервен (MIR) и топлинния инфрачервен диапазон. Таблица 9Основни технически характеристики на ASTER.
Абсолютната радиометрична точност в спектралните зони е 4% за видимия и близкия инфрачервен диапазон и 1-3 К за топлинния диапазон, в зависимост от температурата. Зоните с топлинен обхват са предназначени да записват температурата на земната повърхност. Таблица 10Визуална интерпретация на космически изображения.
Списък с източници
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Източник: te-st.ru
На сайта te-st.ruпубликува интервю с Г. Потапов. Публикуваме текста изцяло; оригиналът се намира.
Разговаряхме с Георги Потапов, ръководител на проекта Kosmosnimki-Fires, за наблюдение, обработка на сателитни данни и използване на картата на пожарите.
E.I.: Разкажете ни как и кога се появи проектът „Космоснимки – Пожари“?
G.P.: Историята на проекта Космоснимки-Пожари започва през 2010 г. Много хора си спомнят каква беше ситуацията тогава с пожарите и информацията за тях - наоколо имаше информационна паника, поради факта, че имаше малко информация. В същото време всички знаеха, че наоколо горят гори и торфища. Всички дишаха смог, вреден за здравето, но на практика нямаше информация: какво гори? Къде гори? Има ли пожар близо до вашата вила? Гори ли близо до вашия град? Къде ще отиде димът в следващите дни?
Като част от нашия принос за премахване на този информационен глад, ние от ScanEx направихме публична карта на пожарите и започнахме да поставяме върху нея цялата информация, която можехме да извлечем от технологията за сателитно наблюдение.
Оттогава пуснахме версия с глобално покритие на пожари чрез интегриране на данни от НАСА, американската аерокосмическа агенция. НАСА е и операторът на спътниците, чиито данни обработваме.
В началото на това лято се случи втората важна промяна - появи се бета версията на услугата за уведомяване. Това е, което отдавна искаме да направим – да създадем комуникационна услуга. Благодарение на тази услуга потребителите ще могат да получават информация за ситуацията на територията, която ги интересува. Например, ако имате мобилно приложение, получавате информация за предупреждения или заплахи в близост до вашето местоположение. Ще бъде възможно и получаването електронна пощапожарни доклади.
E.I.: И кой решава дали тази ситуация е заплаха и дали да се изпрати уведомление?
G.P.: Сега всъщност излъчваме цялата информация - ако има информация за пожар в нашата система, ние изпращаме уведомление. Планираме допълнително да анализираме тази информация по отношение на заплахите, включително къде може да се разпространи този пожар и какво може да застраши. Засега анализите са в начален стадий. Например се определят всички градове, които са в непосредствена близост до местата, където възникват пожари.
E.I.: Определя ли се по машинен метод? Как системата разбира, че на това място има пожар?
G.P.: Да, така е. автоматизирана система. Работи на базата на автоматични алгоритми за разпознаване на термични аномалии с помощта на инфрачервени канали на сателитни изображения. Методът се основава на температурната разлика в инфрачервените канали и ако има някаква топлинна аномалия, алгоритъмът я приема за пожар. След това с помощта на настройките се извършва допълнителна параметризация на този сигнал и след това се взема решение дали тази точка е пожар или не.
E.I.: Данните, които получавате от сателити, са в свободен достъп? Как стигат до теб?
G.P.: Информацията от спътници е отворена информация, това е информация от американските спътници Terra, Aqua и NPP. Програмата на НАСА за наблюдение на Земята изстреля два спътника, а сега към тях се присъедини и трети. Сателитите имат ограничен ресурс, така че е възможно някои от тях да се провалят с течение на времето. Но като цяло в бъдеще трябва да има повече от тях, данните от тях, надявам се, ще бъдат отворени и ще можем да ги използваме за различни цели, включително наблюдение на пожари.
Сега данните идват при нас от два източника. Първият източник е мрежа от центрове на ScanEx, центрове за данни, от които получаваме резултати от откриване на пожар, поставяме тези резултати на карта и т.н. И вторият източник е информация повече високо ниво, който изтегляме от сървърите на НАСА. От сървърите на НАСА изтегляме готови противопожарни маски - пожари, идентифицирани от сателитни снимки. След това добавяме тези данни към картата по същия начин и ги визуализираме като отделен слой. Ако погледнете, има два слоя на картата - ScanEx пожари и FIRMS пожари.
E.I.: Не ги комбинирате в един слой?
G.P.: Не, защото единият е по-бърз, а другият осигурява глобално покритие. Така че сега не ги лепим.
E.I.: Защо един от слоевете е по-ефективен и каква е разликата между тях във времето?
Г.П.: Няколко часа, струва ни се, средно. Тъй като данните на американските сървъри се излагат с известно закъснение - докато сателитът не излети и изпусне информацията, може би забавянето е свързано и с веригата за обработка. Но ефективността е един от компонентите на информационната услуга, която е важна за спасителите и за службите, които вземат решения въз основа на тази информация. За тях, колкото по-скоро научат за огъня, толкова по-добре, толкова по-малко средства и сили могат да се справят с този огън.
Освен това, като правило спасителите, горските и Министерството на извънредните ситуации използват интегрирано наблюдение - както наземно оборудване за наблюдение, наблюдатели, които седят на кулите, така и видеокамери, инсталирани на кулата, изображенията, от които операторът гледа на контролен център. Но има големи области, където няма друга информация, освен сателитни изображения.
E.I.: И колко точни са данните? Имало ли е ситуации, когато пожар е бил погрешно определен?
G.P.: Да, това е често срещан проблем като цяло в автоматичните алгоритми. Винаги имате избор: или имате излишна информация, но можете да получите много фалшиви положителни резултати, или ограничавате тези фалшиви положителни резултати, но в същото време може да пропуснете някаква информация. Това е неизбежно и дори ако търсите термични аномалии на сателитно изображение, пак можете да направите грешка и да вземете погрешно решение дали дадена топлинна аномалия е пожар или не.
Освен това има например такъв проблем като изкуствени източници на топлина - фабрични тръби, факели, които се образуват при изгаряне на газ по време на добив на петрол. Всичко това често оставя сигнал на картата на пожара. Но ние се опитваме да филтрираме такива фалшиви аларми, като просто начертаем тези места на картата и създадем маска, която филтрира тези фалшиви сигнали.
Ако погледнете картата, има жълти пожарникари за слоя ScanEx, маркирани с различен стил - това са вероятните изкуствени източници, чиято база данни се опитваме да попълним възможно най-много.
E.I.: Как се проверяват данните в този случай?
G.P.: Както казах, ние създаваме маска от тях изкуствени източници, т.е. ние сме просто термични точки - пожари, определени от сателитни данни - маскирани в близост до изкуствени източници. И просто маркираме самите източници на картата - разглеждаме сателитни изображения, понякога зареждаме слой от Wikimapia, за да видим дали на това място има някакъв завод или някакво минно предприятие, от което могат да изникнат факли .
Има и друг начин - автоматична проверка, резултатът от която след това се проверява ръчно. Този метод ви позволява да оптимизирате търсенето на техногенни източници.
E.I.: Но вие не проверявате всеки нов огън на картата?
G.P.: Не, ние не проверяваме всеки нов огън ръчно, ръцете ни просто не са достатъчни за това. Показваме информацията такава, каквато е и казваме, че това са автоматични резултати, получени по този начин. Решението дали дадена гореща точка е пожар или не зависи от крайния потребител.
E.I.: Колко души участват в работата по проекта?
G.P.: Всичко се базира на отворени технологии, и използваме отворени алгоритми, които прилагаме, внедряваме и адаптираме до известна степен, така че няма много хора, участващи в този проект. По принцип с тези технологии за откриване на пожари от сателитни изображения се занимава научна група в американски университет, до известна степен в това участват руски специалисти.
Имаме трима души, участващи в този проект, съчетавайки го с основната работа.
E.I.: Космоснимки некомерсиален ли е проект?
G.P.: Самият публичен сайт е некомерсиален проект. Но и ние предлагаме търговски решенияна базата на този проект работим с клиенти - занимаваме се с внедряване на технологии, консултиране и др. Тези технологии, които са разработени за картата на огъня, се използват и в търговски поръчки.
Например през 2011 г. имаше проект в интерес на Министерството на природните ресурси, който, за съжаление, тогава спряха. Като част от този проект осигурихме пожарни сигнали във всички защитени зони федерално значение- Резервати, резервати за диви животни, национални паркове. До дирекциите и администрациите на съответните резервати е изпратена информация, предупреждаваща ги за опасност от пожар в границите на резервата или в буферната зона, т.е. близо до тази защитена природна зона.
Както показа опитът от изпълнението на този проект, подобна информация беше много полезна за тях, тъй като понякога дори са лишени от високоскоростен достъп до Интернет и не могат да търсят в интернет информация за резултатите от наблюдението на космоса. И в рамките на този проект те получиха SMS на мобилните си телефони - в съобщения те получиха координатите на засечения пожар. След това сами провериха тази информация на място.
E.I.: Имало ли е ситуации, когато картата е помагала при пожар или е предотвратявала последствията?
Г.П.: Например тази история за природните резервати. Чух няколко пъти за природния резерват Астрахан - момчетата отидоха да гасят един пожар и им беше изпратено известие за друг. Излязоха, наистина намериха пожар там и бързо го погасиха.
E.I.: Колко бързо информацията за пожар се появява на картата?
GP: Информацията идва около половин час след преминаването на сателита. Сателитът прелетя, информацията премина в обработка, след това стана достъпна на сайта. Всеки спътник преминава два пъти над една и съща точка и тъй като се използват три спътника, се получават шест проучвания на ден от една област. Това означава, че ако възникне пожар в даден район, информацията за него ще се актуализира шест пъти през деня.
E.I.: Запазвате ли всички данни за пожари?
Г.П.: Да, имаме архив от 2009 г. Като цяло архивът с данни от тези спътници е наличен и за по-ранни години, но ние поддържаме собствен архив от началото на проекта.
E.I.: Какви са плановете ти за бъдещето? Как искате да доразвиете проекта?
G.P.: Най-близките ни планове включват създаването на глобален ресурс, който ще предоставя информация по целия свят. Освен това се надяваме, че ще бъде възможно да се използват не само сателитни данни, но и други данни, например регионални данни от мониторинг.
Вече съм говорил много пъти с разработчиците на системи за видеонаблюдение за пожари - това са системи, които се продават на конкретни клиенти, например регионални горски стопанства. Те купуват тази система и я използват за наблюдение на пожари на тяхна територия. И много бих искал да можем да постигнем споразумение с тях и да ги заинтересуваме, така че те да обменят тази информация и да използват нашата огнена карта като платформа за обмен на информация.
Освен това искаме да можем да развиваме технологии и възнамеряваме да инвестираме собствените си сили в това, доколкото е възможно. Това са например технологии за прогнозиране на опасност от пожар, базирани на пожарна карта. Сега няма прогнозни модели за разпространението на пожари и дим, това е цял недокоснат слой и това се отнася за много. Тук живеете, например, в Москва и за вас е важно да знаете прогнозата за дим поради пожари, горящи някъде в съседния регион или в района на Москва. Всички използваме прогнозата за времето, но тази прогноза никога не включва информация за опасности от пожар или заплахи за околната среда. Дали такава информация ще бъде включена в метеорологичната информация в бъдеще е въпрос на бъдещето и инвестиция на някакъв вид колективни усилия.
E.I.: Мислили ли сте да направите Kosmosnimki отворен краудсорсинг проект, така че всеки потребител да може да добавя информация за пожари?
G.P.: Имаме потребители, на които предоставяме такива възможности. Това са тези, които отиват на огъня, но дори и те не добавят активно информация сега. Просто не виждам, за съжаление, перспективите за такава стъпка.
Но добавянето на изкуствени източници към картата – където от сателитни изображения или карти може да се заключи, че на това място има някакъв антропогенен източник на топлина – това наистина трябва да се направи. Може би поканете общности с отворени данни да участват в този проект. Просто още не съм стигнал до това, но имаше такива идеи.