ГЕОІНФОРМА ТИКУ
Development of information control
Stanislava Igorevna Vasyutinskaya, Cand. Економ. Sciences, Assoc. The Department of Economics and entrepreneurship, Московська державна академія геодезії та картографії
Матеріали analyzes development of information control. Article shows the difference між information control and information management. Цей article describes an information approach to information control. Article shows cyclical informational control. Article argues that the cyclical control is his property is required. Article shows the versatility of information control. article reveals content of the information control tasks
Keywords. : control, information, information control, information models, information technology management
ГЕОІНФОРМАЦІЙНИЙ МОНІТОРИНГ ПОЖЕЖІВ
Олександр Анатолійович Лобанов, канд. техн. наук, доц.
E-mail: [email protected],
Московський державний технічний університет радіотехніки, електроніки та автоматики, https://www .mirea.ru
Стаття визначає методи геоінформаційного моніторингу. Геоінформаційний моніторинг застосовують для спостереження та гасіння лісових пожеж. Стаття визначає космічний моніторинг. Космічний моніторинг є складовоюгеоінформаційного моніторингу Стаття визначає спеціалізовану інформаційну систему моніторингу. Стаття показує особливості моделювання під час моніторингу. Комплексний моніторинг є основою моніторингу втішних пожеж.
Ключові слова: космічні дослідження, моніторинг, космічний моніторинг, геоінформаційний моніторинг, пожежі.
Вступ
Геоінформаційні технології (ГІТ) - це багатофункціональні інформаційні технології, призначені для збору, обробки, моделювання та аналізу
просторових даних, їх відображення та застосування при підготовці та прийнятті рішень . Основне призначення ГІС полягає у формуванні знань про Землю, окремих територій, місцевості, а також своєчасне доведення необхідних і достатніх просторових даних до користувачів з метою досягнення найбільшої ефективності їх роботи. Геоінформаційні технології (ГІТ) – це інформаційні технології обробки просторово організованої інформації. Основною особливістю ГІТ, що визначає її переваги в порівнянні з іншими ІТ, є застосування геоданих, що дають інтегровану інформацію про земну поверхню. При цьому геодані повинні забезпечувати: точну прив'язку, систематизацію, відбір та інтеграцію всієї інформації, що надходить і зберігається (єдиний адресний простір); наочність інформації прийняття рішень; динамічне моделювання процесів та явищ; оперативний аналіз просторових ситуацій. У широкому сенсі ГІТ – це аналітичні засоби для роботи з різноманітною інформацією. Розвитком геоінформаційних технологій є технології
ГЕОІНФОРМА ТИКУ
геоінформаційного моніторингу, що використовують інтеграційний аспект геоданих та інтеграційний аспект ГІТ. Інтеграційний аспект ГІТ забезпечує інтеграцію з ними космічних технологій. Хоча з охоплення космічні технології ширше, але з методам є спеціалізованими. Це зумовлює інтеграцію космічних технологій у ГІТ саме за методами обробки. Загалом можна говорити про просторовий моніторинг, який вирішує широкий спектр завдань дослідження земної поверхні.
Лісові та степові пожежі. Лісові пожежі завдають великої шкоди. Зі зростанням населення вони стають дедалі небезпечнішим явищем, а боротьба із нею стає державною проблемоюяк у Росії, а й у інших державах. Неефективні заходи, гасіння вогню, сприяють поширенню пожеж на величезній площі і роблять їх надзвичайно небезпечними для життя людини.
За офіційними даними Федерального агентства лісового господарства біля Росії щорічно виникає від 10 до 40 тис. природних пожеж, які охоплюють площі від 0,5 до 2,5 млн га. Причому ця офіційна статистика не відноситься до територій, що охороняються. З огляду на це, загальна площа, пройдена вогнем, для всієї Російської Федерації за оцінками провідних вчених у цій галузі (академік А.С. Ісаєв, член-кореспондент РАН Г.Н. Коровін) становить від 2 до 6,0 млн га щорічно. Статистичні дані про природні пожежі також надає МНС Росії. Дані МНС та лісового відомства суттєво відрізняються. Наприклад, за даними Рослі-сгоспу в 2009 р. загальна площа, пройдена вогнем, склала 2,4 млн га при кількості лісових пожеж 22,54 тис. У той час як за офіційними даними МНС Росії в 2009 р. площа, пройдена вогнем, становила 1,14 млн га (тобто більш ніж у 2 рази менше, ніж за даними Рослісгоспу), при числі вогнищ пожеж 21,9 тис. дол.
Оперативне виявлення та моніторинг вогнищ пожеж біля великої і важкодоступних лісових масивів Росії - актуальне завдання. Традиційне використання авіації для патрулювання пожежонебезпечних районів потребує значних фінансових засобів, що пояснює зростаючу роль супутникових систем дистанційного зондування земної поверхні. Використання штучних супутників землі є оптимальним для вирішення цієї проблеми. Сьогодні технології космічного спостереження та створені на їх основі технології космічного моніторингу широко застосовують у світі.
Степові пожежі також становлять велику небезпеку. Щорічно степові пожежі охоплюють значні території Республіки Казахстан. В останні роки пожежі розпочинаються вже у квітні, а закінчуються у середині жовтня. Велике значення зменшення економічного збитку має своєчасне виявлення вогнищ пожеж. У сучасних умовах найбільш ефективне та оперативне вирішення цієї проблеми досягається при використанні систем космічного моніторингу пожеж.
У Російській Федерації космічна зйомка зайняла лідируючу позицію в системі засобів, що застосовуються при проведенні моніторингу навколишнього середовища. Перелік тематичних завдань, вирішуваних за даними дистанційного зондування Землі великий і фіксування природних пожеж, зокрема степових одна з найважливіших.
Математичні методи, що застосовуються під час моніторингу пожеж. Широке поширення знімків із космосу часто створює оманливе уявлення про легкість отримання надійної інформації під час їх використання. Вся візуальна інформація має піддаватися аналізу та обробці. І тому необхідно застосування різноманітних математичних моделей.
Для найпростіших математичних моделей, що працюють за пороговими алгоритмами, велике значеннямає багатоканальну зйомку в теплових діапазонах. Один із результатів – створення багатоступінчастого алгоритму виявлення вогнищ
Освітні ресурси та технології^2015’2(10)
ГЕОІНФОРМА ТИКУ
спалахів, що дозволяє надійно реєструвати пожежі площі 0,2-0,3 га, т. е. на початковій стадії розвитку. Було доведено можливість визначення площ, що вигоріли під час дії великих лісових пожеж, що дозволило проводити інвентаризацію післяпожежного стану лісів. Ці методики, розроблені вперше у Росії, використані на вирішення практичних завдань.
Супутникові дані багатоканальних радіометрів використовують граничні алгоритми виявлення вогнищ пожеж. Інформативними ознаками при такому підході є радіаційна температура у третьому каналі та різниця температур третього та четвертого каналів.
Інші комбінації вимірюваних характеристик зазвичай використовуються контролю хмарності і найпростішого обліку варіацій спотворюючого впливу атмосфери. Вочевидь, що точність роботи таких порогових алгоритмів залежить від варіацій оптико-геометрических умов спостережень.
При проведенні складного аналізу використовують складніші математичні моделі. В рамках такої моделі можна визначити поля щільності випромінювання над осередком лісової пожежі в різні моменти часу, що дозволяє створити нову методикувиявлення та діагностики лісових пожеж за даними аерокосмічного моніторингу. Ці моделі повинні створювати можливі сценарії виникнення та розвитку екстремальної обстановки та обґрунтувати найбільш ефективні способи та заходи боротьби зі степовими пожежами, що призведе до зниження масштабів їх наслідків. Особливість застосування таких моделей пов'язана з інформаційним та просторовим моделюванням.
Головним результатом математичного моделювання лісових пожеж є визначення граничних умов поширення лісових пожеж, у яких процес горіння припиняється. Розроблені до теперішнього часу математичні моделі лісових пожеж дозволяють правильно описувати механізми їх розповсюдження та класифікувати основні режими запалювання, моделювати розвиток пожеж залежно від справжньої ситуації лісового фонду та видів діючих пожеж, з метою координації роботи лісопожежних служб та призначення оптимального переліку заходів щодо гасіння та усунення. наслідки пожеж.
У зв'язку із взаємодією багатьох факторів в останні десятиліття поряд авторів висунуто концепції глобального опису навколишнього середовища та створено моделі різної складності для параметризації динаміки характеристик біосфери та навколишнього середовища. Використання великої інформаційної бази про ці характеристики дозволяє розглядати та оцінювати наслідки можливої реалізації різних сценаріїв розвитку ситуацій. Підходи до синтезу глобальних моделей призводять до необхідності застосування глобального моніторингу. Глобальний моніторинг ґрунтується на інтеграції космічного та геоінформаційного моніторингу.
Вирішення цих питань дозволяє в першому наближенні говорити про математичну теорію лісових пожеж та використовувати її для створення як способів та засобів для боротьби з лісовими пожежами, так і прогнозів екологічних наслідків лісових пожеж. Проте ця теорія потребує подальшого розвитку та поглиблення.
Спеціалізована інформаційна система моніторингу пожеж. Спеціалізована інформаційна система моніторингу пожеж (СІСМП) забезпечує збирання, зберігання, обробку та розповсюдження геоданих про горимість лісів, умови виникнення та розвитку лісових пожеж, рівень їх впливу на навколишнє середовище, одержуваних на основі наземних, повітряних та космічних засобів та методів спостереження за лісовими пожарами та погодними умовами.
Масштаб технічної реалізації цієї системи може бути від окремої ДВС до ситуаційної кімнати. Інформаційна підтримка системи складає порталі. Інформація, представлена у вигляді сукупності таблиць, електронних тематичних карт та результатів обробки супутникових зображень, оперативно оновлюва-
Освітні ресурси та технології^2015’2(10)
ГЕОІНФОРМА ТИКУ
ється на WWW-сервері та доступна користувачам по мережі Internet у реальному часі.
Завдання СІСМП включають наступний перелік: збір оперативної інформації; оцінка та прогноз пожежної небезпекиу лісах; моніторинг процесу виникнення та розвитку лісових пожеж; моніторинг процесу виявлення та гасіння лісових пожеж.
Основним змістом спеціалізованої інформаційної системи моніторингу пожеж (СІСМП) є оперативна космічна інформація про зареєстровані вогнища пожеж. Поряд із стандартними шарами, що представляють елементи топографічної основи, у цій системі містяться спеціалізовані файли інформації служб охорони лісу. Система супутникового моніторингу лісових пожеж працює в автоматичному режимі, що дозволяє цілодобово протягом пожежонебезпечного періоду вести прийом та обробку інформації з метою виявлення лісових пожеж на території.
На основі СІСМП - технологічних системможливий прогноз поведінки пожеж та їх наслідків, що у свою чергу дозволяє здійснити планування заходів у межах певних територій та періоду пожежного сезону щодо запобігання спалаху лісових ділянок та усунення наслідків пожеж. Існує ряд важливих проблем, вирішити які можна лише за наявності супутникових даних високого просторового дозволу. Комплекс приймає інформацію з американської супутникової системи. Основними проблемами застосування даної системи є: підвищення точності виявлення вогнища пожежі; скорочення хибних сповіщень; виявлення різних типівзаймання, а також розробка загальної математичної моделі лісових пожеж, яка дозволить удосконалити методику прогнозу лісової пожежної небезпеки.
Основні обмеження на підвищення роздільної здатності зображень накладає бортова апаратура реєстрації зображень. Сюди включається, перш за все, оптична роздільна здатність, що визначається відношення робочої довжини хвилі до розміру реєструючої апертури об'єктива, а також ступінь усереднення зображень та крок дискредитації перед їхньою передачею на Землю ШСЗ. Підвищення роздільної здатності включає два взаємопов'язані завдання: покращення візуальної якості та математичне підвищення якості зображень. Вирішенню першої задачі служить метод фрагментації та зонування зображень. Рішенню другий – метод деконволюції з регуляризацією.
Досвід застосування системи FIRMS. У світі є системи дистанційного моніторингу пожеж, що використовуються у вузьких колах організацій. Останніми роками з'явилися проекти, що надають щоденні відомості про них для всіх бажаючих – загальнодоступно та безкоштовно. Найбільш відома на сьогоднішній день система - The Fire Information for Resource Management System (FIRMS), розроблена в агентстві з аеронавтики та дослідження космічного простору (NASA). У серпні 2010 року на її основі продовольча та сільськогосподарська організація ООН (FAO) запустила власний ресурс, Global Fire Information Management System (GFIMS), визнавши FIRMS своїм базовим інструментом моніторингу пожеж. Потреба широкому використанні таких проектів зростає, особливо у умовах недостатньо налагодженої роботи з моніторингу пожеж працівників служб, відповідальних їх виявлення і гасіння, зокрема у Росії.
Система дозволяє отримувати оперативну інформацію про розташування пожеж (hotspots), як центрів пікселів 1x1 км на основі автоматичного реєстрування високого відображення в теплових каналах спектра сонячного випромінювання знімків з камери MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), встановленої на супутниках Terra та Aqua. Для моніторингу використовується стандартний продукт MODIS Land MOD14/MYD14 (Fire and Thermal Anomalies).
Оперативні дані представлені у веб-інтерфейсі (Web Fire Mapper). Доступні для завантаження в різних форматах (Active Fire Data), можуть бути надіслані по
Освітні ресурси та технології^2015’2(10)
ГЕОІНФОРМА ТИКУ
електронній пошті(e-mail Alerts). Система надає доступ до вихідних склейок знімків (MODIS Subsetsl програми MODIS Rapid Response System, де викладено архів у зручному для перегляду синтезі каналів. Нещодавно з'явилася можливість отримання інформації про щомісячну оцінку площ, що вигоріли (Burned Area).
До переваг використання інформаційної системи FIRM можна віднести оглядовість (дані надаються на весь світ, по Росії завантажуються одним файлом), регулярність отримання даних (кілька разів на день), точність прив'язки на місцевості, незалежність інформації, що надається, легкість використання користувачів мережі Інтернет, доступ до склейкам вихідних знімків на багато територій у зручному синтезі каналів. Обмеження пов'язані з низьким дозволом вихідних знімків, автоматичними алгоритмами обробки та затримкою надання інформації, що отримується, що не дозволяє відстежувати пожежі в режимі реального часу. Система не дозволяє відрізнити пожежу від будь-яких інших джерел теплового випромінювання (на підприємствах, територіях нафтовидобутку тощо).
Оперативні знімки MODIS, що використовуються для моніторингу, не дають змоги детектувати слабкі, низькотемпературні, короткочасні, невеликі за площею пожежі. Результати моніторингу залежать від погодних умов (хмарність, дощ). Немає даних «на сьогодні» - дані викладаються із затримкою о 5-10-18 годині, при цьому в одному шарі відображаються дані на різний час протягом останньої доби. Завантажити можна тільки відносно нові пожежі - доступ до архівів не реалізований. Векторний шар пожеж не відображає реальні контури територій, що згоріли, а лише показує центри квадратів зі стороною 1 км. При цьому пожежа може займати не всю площу пікселя (бути менше 1 км2). Таким чином, система дає цілком якісну інформацію про верхові та сильні низові пожежі. Однак для моніторингу деяких торф'яних та трав'яних пожеж вона не завжди зручна.
Найшвидше відстежити пожежі можна на он-лайн карті (вкладка Web Mapping Services Web Fire Mapper). На ній точками відображаються пожежі за останні 24, 48, 72 години, 7 днів або довільно з камер Terra і Aqua при виборі в якості джерела даних Modis Rapid Response. Підкладкою (background images) може служити карта рельєфу/рік або склеювання безхмарних знімків MODIS з просторовою роздільною здатністю 500 м (в одному пікселі вміщується територія 500x500 м) за 2004 рік. Додатково можна показати межі країни, населені пункти та природні території, що особливо охороняються (вкладка layers).
До слабких сторін веб-версії можна віднести неможливість скачування даних, незручність навігації, повільне відображення, відсутність масштабної лінійки та знімків високої роздільної здатності в підкладці. Влітку 2010 року на Web Fire Mapper з'явилася функція візуалізації щомісячних масок територій, що згоріли, з квітня 2000 року.
Оперативне виявлення пожеж масштабах країни. Зручно виявляти розташування пожеж, використовуючи спеціалізовані системи та бази даних програми, а також геосервери (GoogleEarth). У такому випадку на комп'ютері потрібно встановити програму Google Планета Земля. У головному меню FIRMS знаходимо вкладку Active Fire Data та вибираємо зручний формат даних, н-р shp або kml. Дані доступні для скачування в першому випадку за останні 7 днів, 48 та 24 години, у другому – тільки за останні 48 та 24 години. Якщо потрібні дані за раніше період (за останні 2 місяці) - їх можна завантажити у вигляді текстового файлу з ftp сервера, відправивши анкету в групу з розробки. Оновлення на сайті відбувається 3-4 рази на день. Дані про пожежі розбиті регіонами. Для Росії вибираємо Russia and Asia – або на карті, або у таблиці нижче. Шар містить інформацію про камеру, координати, дату та час реєстрації, порозі впевненості детектування (%).
Під час візуалізації розташування пожеж у Google Earth можна настроїти зовнішній вигляд піктограм. Для цього правою кнопкою миші клацаємо на назві шару (Russia and Asia 24h MODIS Hotspots), внизу у спливаючому меню знаходимо «Властивості»,
Освітні ресурси та технології^2015’2(10)
ГЕОІНФОРМА ТИКУ
клацаємо на значку пожежі праворуч від назви та вибираємо потрібний, виставляємо розмір. Там же за бажання можна змінити ім'я шару.
Оцінка пройденої пожежами території. Нова функція системи FIRMS -карта територій, що згоріли (на основі продукту MODIS - MCD45A1). Вона є щомісячним грід-покриттям. Усі пікселі (згорілі території) пофарбовані відповідно до легенди в залежності від часу пожежі (шкала з днями місяця). Перейти на неї можна з окремої вкладки меню Burned Area або прямо на карті. У першому випадку є можливість прочитати методику, відкрити дані на он-лайн карті і завантажити дані.
Доступ до знімків MODIS. Система FIRMS дозволяє користувачеві без складнощів, пов'язаних із попередньою обробкою знімків, вивчити знімки – першоджерела даних про пожежі із сайту MODIS Rapid Response System. Для цього необхідно перейти до пункту меню Modis Subsets. На карті вибираємо потрібний «квадрат». На жаль, не вся Росія потрапляє в відібрані для проекту території (природно, знімки MODIS існують, але для роботи з ними потрібна попередня обробка).
Моніторинг пожеж. Згідно з рекомендаціями FАО моніторинг пожеж та оцінка наслідків грають важливу роль. Моніторинг є однією технологією, а включає сукупність різних моніторингів. Моніторинг впливу пожеж та результатів пожежогасіння необхідний для оптимального вирішення між припиненням пожежі та захистом природного ресурсу. Оцінка окупності витрат на пожежогасіння є необхідною в оцінці ефективності різних типів пожежогасіння.
Моніторинг програми профілактики запобігання пожежам допомагає скоротити частоту виникнення пожеж певного типу та витрати на гасіння пожеж. При комплексному моніторингу має виконуватися комплексний план моніторингу та оцінки всіх аспектів програми управління пожежами.
При моніторингу наслідків пожеж повинні зберігатися та аналізуватись звіти про результати аналізу причин нещасних випадків та аналіз вилучених уроків, а також проведення контролю за її реалізацією. Інформацію та дані, які отримують з програми моніторингу профілактики пожеж, необхідно використовувати для підвищення ефективності моніторингу.
Слід здійснювати програму моніторингу екологічних наслідків пожеж та використання методів пожежогасіння. Ця програма повинна включати співпрацю з університетами, науковими організаціями та місцевими громадами. Найбільш відпрацьованою та широко застосовуваною у світі є технологія космічного виявлення та моніторингу природних пожеж. Для цілодобового огляду всієї поверхні Землі використовуються дані метеосупутників NOAA (роздільна здатність 1 км), геостаціонарних метеосупутників та дані радіометрів MODIS американських супутників TERRA, AQUA (роздільна здатність 0,25-1 км), що розповсюджуються безкоштовно.
У США та Європі створено систему космічного моніторингу завдяки використанню численного космічного угруповання супутників (геостаціонарні метеосупутники, NOAA, TRMM, AQUA, TERRA, DMSP) та досконалих алгоритмів. Оброблені зображення Землі з виділеними осередками пожеж знаходяться у вільному доступі на ряді інтернет-ресурсів.
У підсистемі управління здійснюється офіційний прийом, що реєструється від зовнішніх джерел необхідної для роботи системи моніторингу інформації (блок прийому інформації), а також задовольняються запити споживачів інформації (блок видачі інформації). Зовнішніми джерелами інформації виступають територіальні центри (підрозділи) моніторингу, лабораторного контролю та прогнозування. надзвичайних ситуаційсуб'єктів Російської Федерації; єдині чергово-диспетчерські служби МНС Росії; підрозділи, що займаються збором
Освітні ресурси та технології^2015’2(10)
ГЕОІНФОРМА ТИКУ
даних про фактори пожежної та екологічної небезпеки.
Висновок. В даний час, незважаючи на великий обсяг робіт, в Росії немає єдиної глобальної бази даних, пов'язаної з впливом та збитками від пожеж, подібно до створюваної національної інфраструктури просторових даних. У степових сільськогосподарських районах донедавна взагалі не фіксувалися сільгосппали та інші загоряння рослинності, якщо не було загрози населеним пунктамта технічним об'єктам. В окремих муніципальних районах на місцевому рівні ведеться звітність щодо проведення сільгосппалів, проте, як свідчать перевірки, звітність значно спотворюється, багато проведені статі не фіксуються. Поєднання зональної обробки зображень та їх реконструкції дозволить підійти до вирішення завдань прогнозу розвитку пожеж та вибору методів придушення. Очевидно, що при цьому доцільно використати сучасні геоінформаційні технології та оболонки документування результатів моніторингу лісових пожеж та прийняття своєчасних рішень щодо боротьби з лісовими пожежами.
У систему моніторингу пожежної безпекидоцільно включати систему екологічної безпеки. До системи моніторингу стану пожежної та екологічної безпеки доцільно включити підсистеми: управління, обробки та зберігання інформації; аналізу та оцінки інформації; прогнозування. Запропонована система моніторингу забезпечує вирішення всіх вищевказаних завдань. Розглянемо ці підсистеми докладніше. Система лише спостережень із космосу за пожежами не забезпечує вирішення задачі, що стоять перед системою моніторингу. Необхідне створення глобальної системи моніторингу та прогнозування виникнення пожеж з використанням наземних даних та геоінформаційних технологій та методів.
Література
1. Цвєтков В.Я. Застосування геоінформаційних технологій для підтримки прийняття рішень // Вісті вищих навчальних закладів. Геодезія та аерофотозйомка. 2001. № 4. С. 128-138.
2. МіловановаМ.С. Особливості геоінформаційного моніторингу арктичних територій // Вісті вищих навчальних закладів. Геодезія та аерофотозйомка. 2012. №5. С. 60-69.
3. Савіних В.П., Цвєтков В.Я. Геодані як системний інформаційний ресурс// Вісник Російської Академії Наук. 2014. Т. 84. № 9. С. 826-829. DOI: 10.7868/S0869587314090278.
4. Бондур В.Г., Кондратьєв К.Я., Крапівін В.Ф., Савіних В.П. Проблеми моніторингу та передбачення природних катастроф // Дослідження Землі із космосу. 2005. № 1. С. 3-14.
5. Лобанов А.А. Просторовий моніторинг// Слов'янський форум. 2015. № 1 (7). З. 128-136.
6. Бондур В.Г. Космічний моніторинг природних пожеж // Вісник Російського фондуфундаментальні дослідження. 2011. №2-3. З. 78-94.
7. Бондур В.Г. Космічний моніторинг природних пожеж в Росії в умовах аномальної спеки 2010 // Дослідження Землі з космосу. 2011. №3. С. 3-13.
8. Нежевенко О.С., Козик В.І., Феоктистів О.С. Прогнозування розвитку лісових пожеж на основі аерокосмічного моніторингу // Освітні ресурси та технології. 2014. № 1. С. 377-384.
9. Бондур В.Г. Актуальність та необхідність космічного моніторингу природних пожеж у Росії // Вісник Відділення наук про Землю РАН. 2010. Т. 2. № NZ11001.
10. Архіпкін О.П., Співак Л.Ф., Сагатдінова Г.М. П'ятирічний досвід оперативного космічного моніторингу пожеж у Казахстані // Сучасні проблемидистанційного зондування Землі із космосу. 2007. Т. 1. №4. С. 103-110.
11. ГОСТ Р.22.1.09-99 Моніторинг та прогнозування лісових пожеж // Загальні вимоги. 1999.
12. Бондур В.Г. Аерокосмічні методи та технології моніторингу нафтогазоносних територій та об'єктів нафтогазового комплексу // Дослідження Землі з космосу. 2010. №6. С. 3-17.
13. Анікіна Г.А., Поляков М.Г., Романов Л.М., Цвєтков В.Я. Про виділення контуру зображення за допомогою лінійних моделей, що навчаються // Вісті АН СРСР. Технічна кібер-
Освітні ресурси та технології^2015’2(10)
ГЕОІНФОРМА ТИКУ
нетика. 1980. № 6. С. 36-43.
14. Бондур В.Г., Журбас В.М., Гребенюк Ю.В. Математичне моделювання турбулентних струменів глибинних стоків у прибережні акваторії // Океанологія. 2006. Т. 46. № 6. С. 805-820.
15. Лобанов А.А., Цвєтков В.Я. Просторове моделювання // Слов'янський форум. 2015. № 1 (7). З. 137-142.
16. Цвєтков В.Я. Інформаційне моделювання. М.: Московський державний технічний університет радіотехніки, електроніки та автоматики (МДТУ МИРЕА), 2015. 60 с.
17. Цвєтков В.Я. Spatial Information Models // European Researcher. 2013. Vol. (60). №101. Р.2386-2392.
18. Заварзін Г.А. Антипод ноосфери / / Вісник РАН. 2003. Т. 73. № 7. С. 627-636.
19. Гвін М.Д., Селла Ф., Валлен К.К. Глобальна система моніторингу навколишнього середовища: принципи та прогрес // Комплексний глобальний моніторинг забруднення навколишнього природного середовища. Праці Міжнародного симпозіуму. Л., 1980.
20. Цвєтков В.Я. Global Monitoring // European Researcher. 2012. Vol. (33). №11-1. Р. 1843-1851.
21. Бондур В.Г., Кілер Р.М., Старченко С.А., Рибакова Н.І. Моніторинг забруднень прибережних акваторій океану з використанням багатоспектральних супутникових зображень високого просторового дозволу// Дослідження Землі з космосу. 2006. № 6. С. 42-49.
22. Davies D. K. та ін. Fire information for resource management system: archiving and distributing MODIS active fire data // Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on. 2009. Т. 47. №1. С. 72-79.
23. Соловйов В.С., Козлов В.І., Муллаяров В.А. Дистанційний моніторинг лісових пожеж та гроз у Якутії. Якутськ: Вид-во ЯНЦ З РАН, 2009. 108 с.
Geoinformation monitoring fires
Alexandr AnatoTevich Lobanov, Ph.D., Associate Professor, Moscow State Technical University of Radio Engineering, Electronics and Automation MIREA
У цій статті описані методи geoinformation monitoring. Geoinformation monitoring is used for monitoring and suppression of forest fires. Цей article describes the space monitoring. Space monitoring is an integral part of geoinformation monitoring. Ця сторінка описується як спеціалізована інформаційна система monitoring. Article shows the details of modeling for monitoring. Integrated monitoring is the basis for monitoring flattering fires.
Ключові слова: space research, monitoring, satellite monitoring, geoinformation monitoring, fires
УДК 004.8+528.06
ВИБУТОК ДАНИХ І ГЕОДАННИХ
Володимир Михайлович Маркелов, претендент,
E-mail: [email protected],
Московський державний університетгеодезії та картографії,
http://www.miigaik.ru
Стаття описує нову інтелектуальну технологію – інтелектуальний аналіз геоданих. p align="justify"> Технологія є розвитком відомої технології Data Mining. Описано еволюцію поняття геоданих. Стаття показує різницю між технологіями Data Mining і GeoData Mining. Стаття розкриває поняття геоінформаційне знання, просторове знання та геознання. Стаття описує проблеми інтелектуалізації аналізу геоданих.
Ключові слова: науки про Землю, геоінформатика, інтелектуальні технології, гео-
Освітні ресурси та технології^2015’2(10)
У Сибіру та інших регіонах Росії зберігається непроста ситуація з лісовими пожежами. Отримати актуальну інформацію про ситуацію можна за допомогою спеціальних онлайн-сервісів.
«Карта пожеж»
Сайт, що не вимагає реєстрації, надає інформацію з супутників про місця пожежі, його реальні контури, кількість вогнищ загоряння та силу.
Контури пожеж на карті
У «Карті пожеж» багато додаткових налаштувань, від зміни часового поясу до фільтра за населеними пунктами, що знаходяться під загрозою.
Додаткові налаштування
Також карта показує погоду та напрям вітру, за допомогою яких можна прогнозувати, куди піде вогонь найближчим часом.
Погода та напрям вітру
Мінусом сервісу можна назвати хіба час оновлення: нові дані з'являються двічі на добу, а вогонь за цей час може пройти дуже значну відстань.
«Бережіть ліс»
Офіційний мобільний додаток «ФБУ Авіалесоохорона», в якому, серед іншого, є і карта пожеж. Складено її за допомогою супутникових даних, інформації відомства, а також завдяки активності зареєстрованих у додатку користувачів.
Додаток «Бережіть ліс»
Тут немає точних контурів пожежі, зате є координати кожного загоряння та інформація про те, в якому напрямку він знаходиться.
Додаток «Бережіть ліс»: інформація про пожежу
Додаток «Бережіть ліс»: розділ новин
Під час встановлення програми потрібно пройти процедуру простої реєстрації.
Завантажити «Бережіть ліс»
- AppStore
- GooglePlay
Ще один спосіб дізнатися про стихійні лиха - сайт регіонального МНС. Дані про природні пожежі тут з'являються щодня. Просто наберіть у пошуковій системі «Сайт МНС» та назву вашого регіону і шукайте те, що потрібно, в розділі оперативної інформації.
Пожежі можуть завдати колосальної шкоди природі і, щоб уникнути її наслідків, здійснюють моніторинг лісових пожеж. Способи різні: є перевірені часом візуальні огляди, також практикують спостереження за допомогою супутників та сучасної техніки. Ефективно використовувати системи моніторингу лісових пожеж у комплексі. У Російській Федерації діють профільні служби та установи для збору, аналізу та структурування даних.
Візуальний огляд
У деяких лісах можна зустріти спеціальні вежі. Ці будівлі виступають у ролі спостережних пунктів. Їх будівництвом зазвичай займаються лісові господарства. Вишки обладнують засобами зв'язку, на пункті спостереження є азимутальне коло. Він необхідний визначення напрями пожежі.
Ліс ділять на території з радіусу огляду з такої вежі – 5-7 км. Вишки будують із дерева, але останнім часом багато елементів їх конструкції змінюють на металеві. Термін життя будівель із спостережними пунктами з дерева менше 10 років.
Огляд лісових територій здійснює спеціальна людина. При виявленні пожежі він визначає його напрямок, можливу небезпеку та передає інформацію на диспетчерський пункт через радіо або телефонний зв'язок.
Проблема цього способу моніторингу в нечисленності наглядових вишок та працівників. Раніше лісничих було значно більше, зараз їх кількість скоротилася в кілька разів.
На частини спостережних вишок встановлюють відеокамери. Це не вирішує основної проблеми, бо за зйомкою має спостерігати людина в обладнаному пункті. Якщо система відеоспостереження автоматизована, завдання спрощується, але в більшості камери вимагає ручного управління.
Крім того, зйомка ведеться в одному напрямку, тому необхідно встановити кілька камер. Вишки стільникового зв'язку також використовують для моніторингу. На них встановлюють тепловізори та відеокамери.
Дослідження за допомогою супутників
Один з найдешевших способів – це супутниковий моніторинг. Супутники за допомогою сканерів роблять знімки в інфрачервоному діапазоні. Це дозволяє дізнатися різницю температур та визначити, де йдуть лісові пожежі.
Дані та знімки обробляються на космічному апараті, де виправляють спотворення, роблять прив'язку до географічних точок. Останній етап обробки, який включає цифровий аналіз, візуальне дешифрування та інтерпретацію знімків, виробляють в автоматичному або інтерактивному режимі.
Інформацію про лісові пожежі можна побачити на спеціальних сайтах, наприклад. Створено федеральні системи моніторингу лісових пожеж. Вони становлять загальну картину, використовуючи дані візуального огляду, супутникових знімків та інших методів моніторингу.
Цей дистанційний метод належить до списку функцій екологічного моніторингу. За допомогою супутників також отримують метеорологічні характеристики, дані про техногенну обстановку, розлив річок, динаміку снігових покривів, теплові викиди. Кожній області застосування відповідає певний канал, його позначають кольором.
Карта пожеж у Росії доступна всім зацікавленим користувачам.
Інформація оновлюється в середньому чотири рази на день. Це ускладнює ідентифікацію загорянь та знижує оперативність допомоги пожежної охорони. Періодичність поновлення залежить від часу прольоту супутників по орбіті. Основні дані пропонує серія американських супутників NOAA.
Працюють і приватні супутники, їх знімки відрізняються точністю і детальністю, але коштують дорожче за загальнодоступні. Тому поряд із космознімками використовують дані візуального огляду. На карті пожеж вказують точки пожеж та можливі причиниїх виникнення. Існує індійська система супутникового моніторингу.
На точність космознімків впливають багато факторів. Наприклад, підвищена хмарність заважає як виявлення лісових пожеж, і визначенню їх розміру. Вогнища спалахів на картах можуть не співпадати з реальними, але їх зразкові координати окреслені межами.
Тобто на карті показано область, де є вогнище. Декілька пожеж на карті зазвичай об'єднують у єдиний кластер. І тут точність також не достовірна. За цими даними визначають площу пожежі та швидкість її поширення у лісах. Є можливість отримувати оповіщення щодо виявлення лісових пожеж, якщо оформити передплату на відповідному сервісі.
Альтернативні методи
Як допоміжні методи моніторингу лісових пожеж називають також огляд територій з повітря. Спостереження здійснюють з вертольотів, літаків. В останні роки застосування в цьому напрямку знайшли безпілотні літальні апарати, що роблять відеозаписи.
Ціна всіх перерахованих методів висока. Через це неможливо організувати безперервний моніторинг у лісовій зоні. Однак за можливості і достатнього фінансування літальні апарати дозволяють отримувати точну інформацію в режимі реального часу. Крім того, авіація здатна гасити пожежі під час їх виявлення.
У Росії для гасіння та моніторингу лісових пожеж за допомогою вертольотів та пожежних літаків створено федеральна установа"Авіалесоохорона". До складу екіпажу повітряного судна входить льотчик, парашутист-пожежний та десантник-пожежний, які пройшли спеціальну підготовку.
Статистика
Крім заповнення інтерактивної карти лісових пожеж, ведеться їхня статистика. Вона має не лише інформаційний характер. На основі отриманих даних аналізують причини спалаху, швидкість їх поширення.
Це потрібно для , складання прогнозів, організації ефективного гасіння. За пожежною небезпекою визначають економічні збитки. Статистичні дані та картографування дозволяють відрізняти пожежі від техногенних джерел тепла, якими можуть бути виробничі об'єкти.
Перші записи про лісові пожежі у літописах датовані 1724 роком. Вже тоді були заклики зберегти угіддя від вогню. За царської Росії дані вже впорядковували. Сьогодні інформація про лісові пожежі зводиться до таблиць. Статистику ведуть відомства та служби.
За даними Росстату, останні масові пожежі були зафіксовані в літній період 2010 року. Проте їх кількість не рекордна, екологічні та економічні збитки були заподіяні внаслідок великих територій, охоплених вогнем, та задимленням.
У 2010 році загалом сталося понад 39000 лісових пожеж. Тоді згоріло на корені близько 150000000 м3 лісів. Аналогічні масштаби лісових пожеж спостерігали 1998 року. За кількістю пожеж лідирує 2002 рік - 434000 загорянь, але наслідки не такі плачевні.
Щодня космічна інформація широко застосовується для оперативного моніторингу природних пожеж. При цьому використовуються сучасні ГІС-технології, що дозволяють поєднати різнорідну інформацію з космічними даними.
Можливості космічного моніторингу лісових пожеж визначаються оперативністю зйомки, просторовим дозволом та доступністю знімків. В основному для моніторингу пожеж використовуються метеосупутники TERRA і AQUA з камерою MODIS, які мають високу частоту огляду території (завдяки широкій смузі захоплення 2,5 - 3 тис. км. два метеосупутники забезпечують 3-4 знімки на добу на будь-який регіон Росії) і високу оперативність передачі інформації. Для уточнення інформації з метеосупутників, отримання підсумкових контурів територій, що прогоріли, а також реєстрації діючих пожеж використовуються знімки середнього дозволу Landsat і SPOT.
Інформація про сканер MODIS представлена на сайтах:
Дані теплових каналів радіометра обробляються за спеціальним автоматичним алгоритмом MOD-14, що виявляє ділянки поверхні, які мають підвищену температуру - так звані гарячі точки. Роздільна здатність теплових каналів радіометра - 1 км, проте на практиці можливе виявлення горіння на меншій площі. Іноді алгоритм може давати "неправдиві спрацьовування", наприклад, від нагрітого залізного даху, факела на нафтопромислах та ін., а невеликі пожежі, навпаки, не фіксувати. Для кожного " гарячої точкиє параметр впевненості її реєстрації - confidence. Тим не менш, дані по "гарячих точках" на даний момент є доступним, оперативним джерелом даних про природні пожежі на великих територіях.
Нині у Росії немає єдиного джерела інформації, у якому можна було б отримати об'єктивну інформацію про лісові пожежі. У кожного з існуючих джерел є свої переваги та недоліки, і повну об'єктивну картину ситуації з лісовими пожежами можна отримати лише в одному випадку – якщо користуватися одразу декількома незалежними джерелами інформації.
Джерела даних космічної зйомки
Пожежна інформаційна система SFMS .
SFMS (ScanEx Fire Monitoring Service) - загальнодоступна система моніторингу лісових пожеж, заснована на космічних знімках Terra, Aqua, LANDSAT 5 та SPOT4/5, розроблена інженерно-технологічним центром "Сканекс" (Москва).
Система дозволяє отримати інформацію про розташування великих та середніх лісових пожеж на території Росії за попередні кілька днів (від 4 до 14) з можливістю розбивки пожеж за датами у форматі Google Earth. Багато в чому аналогічна пожежній інформаційній системі FIRMS, але за замовчуванням (для незареєстрованого користувача) використовуються більш високі пороги ймовірності віднесення "гарячої точки" до пожеж, тому невеликі пожежі, що починаються, не видно. Містить кілька додаткових функцій та можливості для налаштування користувача (у тому числі і налаштування порога ймовірності). Великою перевагою перед FIRMS є швидша викладка даних по гарячих точках, а також можливість використання середньодетальних оптичних знімків для верифікації гарячих точок. Система почала працювати у червні 2010 року; до початку пожежного сезону 2011 планується доопрацювання сервісу, у тому числі з можливістю оперативного перенацілювання камер Spot 4/5.
На основі системи SFMS та FIRMS реалізується проект ,у рамках проекту на сайті Прозорого світу викладається щоденне текстове зведення про пожежі в Рамсарських угіддях та на ООПТ федерального значення, а на картографічному веб-сервісіhttp://oopt.kosmosnimki.ru/інформація візуалізується.
Ресурс містить межі цінних природних територій, інформацію про загоряння та на низку проблемних ділянок - знімки високого дозволу. На сайті представлена інформація не тільки щодо пожеж, але й інших загроз ООПТ.
Влітку 2010 дані про пожежі також викладали Яндекс.Карти
Пожежна інформаційна система FIRMS
FIRMS (Fire Information for Resource Management System) - пожежна інформаційна система з метою управління природними ресурсами.
Загальнодоступна система моніторингу лісових пожеж на базі знімків Terra, Aqua розроблена групою фахівців Університету штату Меріленд у співпраці з Національним агентством США з аеронавтики та дослідження космічного простору (NASA). Система охоплює весь світ і дозволяє отримувати інформацію про розташування великих та середніх лісових пожеж за попередні 24 або 48 годин (на вибір користувача), у форматі Google Earth або у вікні браузера. Дозволяє отримувати інформацію про великі лісові та середні пожежі.
«Пожежна» частина інформаційної системи дистанційного моніторингу ІСДМ-Рослісгосп
Система ІСДМ-Рослісгосп у частині моніторингу лісових пожеж ґрунтується на космічних знімках Terra, Aqua, NOAA та близька до інформаційним системам FIRMS та SFMS. На відміну від них, вона не є загальнодоступною (безкоштовний доступ до всієї інформації надається тільки органам управління лісами, а інші організації можуть отримати повний доступ на комерційній основі).
Супутникові дані про поточну пожежну обстановку на офіційному сайті ФДМ «Авіалісоохорона»
Попередня версія цієї системи (що продовжує працювати, але дозволяє отримати лише мінімальну інформацію про пожежі), як і раніше, розміщена на спеціалізованому сервісі сайту ФГУ «Авіалесоохорона»
EOStation-СканЕкс
Частково відкрита система, представляє доступ до векторних масок "гарячих точок" у форматі.shp та супутникових знімків. Загальна інформація про пожежі з орієнтовним місцем загоряння доступна безкоштовно, більш детальні дані поставляються за плату.
Європейська система моніторингу пожежонебезпечної ситуації у лісах
Англомовний інформаційний портал, що відображає поточний рівень небезпеки лісових пожеж та прогноз на найближчі п'ять днів (на підставі комплексу метеорологічних та інших даних). Прогноз охоплює країни Європейського Союзу та прилеглі території, у тому числі найзахідніші регіони Росії, на схід приблизно до Архангельська. Прогноз зазвичай досить якісний, як і аналіз поточного рівня пожежної небезпеки.
Джерела вихідних даних MODIS
Вихідні дані MODIS на весь світ надає NASA.
На сайтах, представлених нижче, є 3 типи даних про пожежі: оперативні, після кожного прольоту супутника, та узагальнені дані за добу та за 8 днів (викладаються із затримкою 1-3 тижні). Також можна завантажити і самі супутникові знімки. Надаються в растровому форматі hdf і вимагають досить складної обробки та переведення у векторний формат.
Інструкція з використання пошукової системи WIST на сайті GIS-Lab
Аналітичні та новинні сервіси
Розділ «Лісові пожежі» Лісового форуму Грінпіс Росії
Розділ форуму присвячений проблемі лісових пожеж. Сюди ж рухаються новини, присвячені лісовим пожежам.
Карта допомоги постраждалим від лісових пожеж
Сайт приймає повідомлення про нові пожежі, тих, хто потребує допомоги, і тих, хто хоче допомогти. Крім того, через "Карту" можна повідомити та отримати інформацію про проблеми лісу та його відновлення у Вашому регіоні, оскільки стан лісу – один із значущих факторів, який може визначити масштаби можливих пожеж.
Всесвітній центр моніторингу пожеж (GFMC )
Огляди природних пожеж країнами. Англомовний інформаційний портал, який надає інформацію про поточну ситуацію з лісовими пожежами по основним країнам та регіонам світу. Дані ґрунтуються в основному на супутниковій зйомці Terra, Aqua. Основним інформаційним партнером GFMC у Росії є Інститут лісу ім. Сукачова (Красноярськ). Дані про площу лісових пожеж практично завжди в кілька разів розходяться з "офіційними" даними Рослісгоспу та МНС.
Зведення надзвичайних ситуацій на офіційному сайті МНС
Дивіться у правій частині екрана календар із підзаголовком "Зведення ЧС" - треба вибрати потрібну дату.
Дані оновлюються щодня, у тому числі у вихідні та святкові дні. Дані ґрунтуються на звітності органів управління лісами, переробленим якимось не цілком зрозумілим чином. Якість даних "офіційна". Додаткову інформацію можна отримати на сайтах головних управлінь МНС з конкретних суб'єктів Російської Федерації.
Інформаційний портал «Лісові пожежі»
Інформаційний портал, що містить основні новини та оглядово-аналітичні матеріали, пов'язані з лісовими пожежами у Росії. Новини та аналітичні матеріали оновлюються регулярно, але оперативної статистичної інформації про пожежі немає.
Оперативна інформація про лісові пожежі Федерального агентства лісового господарства
Дані оновлюються щодня (у пожежонебезпечний період), крім вихідних та святкових днів. Порівняно з аналогічними показниками минулого року. Дані ґрунтуються на офіційній галузевій звітності та не відображають пожежі в тих лісах, які офіційно (за новим лісовим законодавством) лісами не вважаються - наприклад, у лісах та лісосмугах на землях сільськогосподарського призначення. Якість даних цілком " офіційне " , тобто. приблизно "як у новин у телевізорі".