Моніторинг лісових пожеж - система спостережень та контролю за пожежною небезпекою у лісі за умовами погоди, станом лісових горючих речовин іматеріалів , джерелами вогню та лісовими пожежами з метою своєчасного розроблення та проведення заходів щодо попередження лісових пожеж та (або) зниження збитків від них. Моніторинг лісових пожеж організаційно складає 4-х рівнях: федеральному, регіональному, муніципальному і локальному. На федеральному рівні організацію робіт з моніторингу лісових пожеж здійснює федеральний орган управління лісовим господарством Росії; на регіональному - органи управління лісовим господарством суб'єктів РФ; на муніципальному та локальному - лісгоспи та інші організації, підприємства та установи, що здійснюють ведення лісового господарства, а також підрозділи «Авіалісоохорона», що займаються виявленням та гасінням лісових пожеж .
З урахуванням використовуваних засобів моніторингу лісових пожеж можна назвати наземний, авіаційний і космічний рівні. Для наземного виявлення пожеж використовуються такі технічні засоби:
- промислові телевізійні установки та телевізійні лазерно-дальномірні комплекси;
- дистанційно-пілотовані літальні апарати;
- грозопеленгатори-дальноміри;
- метеорологічні станції радіолокації;
- геодезичні інструменти для візування на димову точку;
- пожежні наглядові пункти, кількість та місцезнаходження яких повинні забезпечувати визначення місця появи диму з точністю щонайменше 0,5 км.
Для патрулювання лісової території з повітря застосовується мала авіація, яка має незаперечні переваги в даній галузі застосування: низьку собівартість льотної години, невибагливість до аеродромів та технічного обслуговування та незначну шкоду для навколишнього середовища. Моніторингом лісових пожеж охоплена територія всього лісового фонду РФ, де виділяють ліси, що активно охороняються і не охороняються, а також забруднені радіонуклідами території та акваторії. Об'єктами моніторингу є: передпожежна атмосфера; прогнозування лісових пожеж та надзвичайних лісопожежних ситуацій; лісова пожежа, що є джерелом вражаючих факторів та ймовірним джерелом НС; післяпожежна обстановка.
Спостереження та контроль за передпожежною обстановкою в лісовому фонді ведуться протягом усього пожежонебезпечного сезону та включають: спостереження, збирання та обробку даних про ступінь пожежної небезпеки в лісі за умовами погоди; оцінку ступеня пожежної небезпекиу лісі за умовами погоди за загальною або регіональною шкалою пожежної небезпеки. На території лісового фонду контролюються такі параметри: - температура повітря; температура точки роси; кількість опадів; швидкість та напрямок вітру. Крім того, використовується інформація щодо наявності грозової діяльності. Критерієм наступу високої пожежної небезпеки є відповідні значення комплексного показника пожежної небезпеки у лісі за умовами погоди.
Моніторинг лісових пожеж ґрунтується на використанні різних засобів зображення земної поверхні - знімків із космосу та з літаків, карт, схем. При цьому основний картографічний матеріал для моніторингу регіонального, муніципального та локального рівнів повинен бути складений на точній топографічній основі, мати координатну сітку та відображати ступінь пожежної небезпеки лісів.
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
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.
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 складовою геоінформаційного 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 проблемою 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 значення має багатоканальна зйомка у 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 небезпеки в 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
електронною поштою (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 пунктиі 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. Відповідно до рекомендацій FАО моніторинг пожеж та оцінка наслідків відіграють 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 ситуацій суб'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 пунктам та технічним об'єктам. В окремих муніципальних районахна місцевому рівні ведеться звітність щодо проведення сільгосппалів, проте, як показують перевірки, звітність істотно спотворюється, багато проведених паль 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.
До системи моніторингу пожежної безпеки доцільно 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 на підтримку прийняття рішень // Известия 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 проблеми дистанційного зондування Землі з 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)
Джерело: te-st.ru
На сайті te-st.ruопубліковано інтерв'ю із Г. Потаповим. Публікуємо текст повністю; оригінал знаходиться.
Ми поговорили з Георгієм Потаповим, керівником проекту «Космознімки – Пожежі», про моніторинг, обробку даних із супутників та використання карти пожеж.
Є.І.: Розкажіть, як і коли з'явився проект «Космознімки – Пожежі»?
Г.П.: Історія проекту «Космознімки – Пожежі» розпочинається з 2010 року. Багато хто пам'ятає, яка тоді була ситуація з пожежами та інформацією про них – довкола була інформаційна паніка, зумовлена тим, що інформації було мало. При цьому всі знали, що довкола горять ліси, торфовища. Усі дихали смогом, шкідливим для здоров'я, але інформації практично не було: що горить? Де горить? Чи горить поблизу вашої дачі? Чи горить поблизу вашого міста? Куди понесе дим найближчими днями?
Як один із внесків у видалення цього інформаційного голоду ми в компанії ScanEx зробили публічну карту пожеж і стали викладати на неї всю інформацію, яку могли отримати з технології супутникового моніторингу.
З того часу ми випустили версію із глобальним покриттям пожеж за рахунок інтеграції даних NASA, американського аерокосмічного агентства. NASA також є оператором супутників, дані яких ми обробляємо.
На початку цього літа відбулася друга важлива зміна – з'явилася бета-версія сервісу оповіщення. Це те, що ми давно хотіли зробити – створити комунікаційний сервіс. Завдяки цьому сервісу користувачі зможуть отримувати інформацію про ситуацію на території, що його цікавить. Наприклад, якщо у вас є мобільний додаток, ви отримуєте інформацію про попередження або погрози на околицях свого розташування. Також можливо буде отримувати електронною поштою звіти про пожежі.
Є.І.: А хто приймає рішення про те, чи є ця ситуація загрозою і чи надсилати повідомлення?
Г.П.: Зараз ми за фактом транслюємо всю інформацію – якщо є в нашій системі інформація про пожежу, ми надсилаємо повідомлення. Ми плануємо надалі аналізувати цю інформацію з погляду загроз, зокрема – куди ця пожежа може поширюватися і чому вона може загрожувати. Поки що аналітика перебуває в такому зародковому стані. Наприклад, визначаються усі міста, які знаходяться у безпосередній близькості від місць, де відбуваються пожежі.
Є.І.: Це визначається машинним методом? Як взагалі система розуміє, що у цьому місці пожежа?
Г.П.: Так, це автоматизована система. Вона працює на основі автоматичних алгоритмів розпізнавання термальних аномалій інфрачервоними каналами супутникової зйомки. Метод ґрунтується на різниці температур в інфрачервоних каналах, і якщо є якась термальна аномалія, алгоритм сприймає її за пожежу. Потім за допомогою настройок проводиться додаткова параметризація цього сигналу, а після цього приймається рішення про те, чи ця точка є пожежею, чи ні.
Є.І.: Дані, які ви отримуєте з супутників, знаходяться у відкритому доступі? Як вони потрапляють до вас?
Г.П.: Інформація із супутників – це відкриті дані, це інформація з американських супутників «Terra», «Aqua» та «NPP». За програмою NASA Earth Observation Program було запущено два супутники, зараз до них приєднався третій. Супутники мають обмежений ресурс, тому, можливо, деякі з них з часом вийдуть з ладу. Але взагалі в майбутньому їх має ставати більше, дані з них, сподіваюся, будуть відкритими, і нам вдасться використовувати їх для різних цілей, у тому числі для моніторингу пожеж.
Зараз дані потрапляють до нас із двох джерел. Перше джерело – це мережа центрів ScanEx, центрів прийому та обробки даних, з яких ми отримуємо результати детектування пожеж, викладаємо ці результати на картку тощо. А друге джерело – це інформація більше високого рівнями завантажуємо з серверів NASA. Із серверів NASA ми завантажуємо вже готові маски пожеж – виділені за супутниковими знімками пожежі. Далі ми так само ці дані додаємо на карту і візуалізуємо їх як окремий шар. Якщо ви подивитеся, то на карті є два шари – пожежі ScanEx та пожежі FIRMS.
Є.І.: Ви не поєднуєте їх в один шар?
Г.П.: Ні, тому що один з них більш оперативний, а інший надає глобальне покриття. Тому зараз ми їх не склеюємо.
Є.І.: Чому один із шарів є більш оперативним, і яка різниця між ними у часі?
Г.П.: Пара годин, як нам здається, у середньому. Тому що дані на американських серверах викладаються з деякою затримкою - доки долетить супутник і скине інформацію, можливо, затримка пов'язана ще з ланцюжком обробки. Але оперативність – це один із компонентів інформаційного сервісу, яка важлива для рятувальників та для служб, що приймають рішення на основі цієї інформації. Для них, чим раніше вони дізнаються про пожежу, тим краще, тим меншими засобами та силами вони можуть із цією пожежею впоратися.
Причому, як правило, рятувальниками, лісниками та МНСівцями використовується комплексний моніторинг – і наземні засоби спостереження, спостерігачі, які сидять на вежах, та відеокамери, встановлені на вежі, на зображення з яких оператор дивиться в диспетчерському центрі. Але є великі території, на яких жодна інша інформація не є доступною, крім космічної зйомки.
Є.І.: А наскільки точними є дані? Чи були ситуації, коли помилково визначалася пожежа?
Г.П.: Так, це часто проблема взагалі в автоматичних алгоритмах. Ви завжди вибираєте: або у вас є надмірна інформація, але ви можете отримати багато помилкових спрацьовувань, або ви обмежуєте ці помилкові спрацьовування, але при цьому упускаєте, можливо, якусь інформацію. Це неминуче, і навіть якщо очима шукати на супутниковому знімку термальні аномалії, все одно можна помилитися і прийняти неправильне рішення про те, чи є конкретна термальна аномалія пожежею чи не є.
Крім того, є, наприклад, така проблема, як техногенні джерела тепла – труби заводів, смолоскипи, які утворюються при спалюванні газу під час видобування нафти. Все це часто залишає сигнал на карті пожеж. Але ми такі помилкові тривоги намагаємось фільтрувати тим, що просто наносимо ці місця на карту і створюємо таку маску, яка фільтрує ці помилкові сигнали.
Якщо ви подивитеся на карту, то для шару ScanEx є жовті пожежники, позначені іншим стилем, - це ті можливі техногенні джерела, основу яких ми намагаємося поповнювати по мірі сил.
Є.І.: Як у такому разі здійснюється верифікація даних?
Г.П.: Як сказав, ми створюємо маску цих техногенних джерел, тобто. ми просто термоточки – пожежі, визначені за супутниковими даними, – маскуємо на околиці техногенних джерел. А самі джерела просто відзначаємо на карті – дивимося на супутникові знімки, іноді підвантажуємо шар із Вікімапії для того, щоб подивитися, чи є на цьому місці якийсь завод чи якесь видобувне підприємство, від якого можуть виникнути факели.
Є й інший спосіб – автоматичної верифікації, отриманий результат якого перевіряється вручну. Цей спосіб дозволяє оптимізувати пошук техногенних джерел.
Є.І.: Але ви не перевіряєте кожну нову пожежу на карті?
Г.П.: Ні, кожну нову пожежу ми не перевіряємо вручну, на це просто не вистачить наших рук. Ми показуємо інформацію як є і говоримо, що це автоматичні результати, отримані таким способом. Рішення про те, чи ця термоточка є пожежею, чи не є, залишається за кінцевим користувачем.
Є.І.: Скільки людей беруть участь у роботі над проектом?
Г.П.: В основі всього лежать відкриті технології, і ми використовуємо відкриті алгоритми, які застосовуємо, впроваджуємо та певною мірою адаптуємо, тому на цьому проекті задіяно небагато людей. Взагалі, цими технологіями детектування пожеж за супутниковими знімками займається наукова група в американському університеті, певною мірою в цьому беруть участь російські фахівці.
У нас цим проектом займаються троє людей, поєднуючи його з основною роботою.
Є.І.: «Космознімки» – це некомерційний проект?
Г.П.: Сам публічний сайт – проект некомерційний. Але ми пропонуємо і комерційні рішення на основі цього проекту та працюємо із замовниками – займаємося впровадженням технологій, консалтингом тощо. Ті технології, які були розроблені для карт пожеж, використовуються і в комерційних замовленнях.
Наприклад, у 2011 році був проект на користь Міністерства природних ресурсів, який, на жаль, вони потім припинили. У рамках цього проекту ми надавали оповіщення про пожежі на всіх територіях федерального значення, що охороняються, – заповідники, заказники, національні парки. Дирекціям та адміністраціям відповідних заповідників надсилалася інформація, що попереджає їх про загрозу пожежі у межах заповідника чи буферної зоні, тобто. поблизу даної охоронюваної природної території.
Як показав досвід впровадження цього проекту, така інформація була для них дуже корисною, тому що вони іноді навіть позбавлені швидкісного доступу до Інтернету та не можуть шукати в Інтернеті інформацію про результати космічного моніторингу. А в рамках цього проекту вони отримували СМС на свої мобільні телефони – у повідомленнях їм надходили координати задетектованої пожежі. Далі вони вже самотужки перевіряли цю інформацію на місцевості.
Є.І.: А чи були ситуації, коли карта допомогла під час пожежі чи запобігти наслідкам?
Г.П.: Ось, наприклад, ця історія про заповідники. Я кілька разів чув про астраханський заповідник – хлопці їхали гасити одну пожежу, а їм надіслали сповіщення про іншу. Вони виїхали, справді там виявили пожежу та швидко її загасили.
Є.І.: Як швидко на карті з'являється інформація про пожежу?
Г.П.: Інформація надходить приблизно протягом півгодини після прольоту супутника. Супутник пролетів, інформація пішла в опрацювання, потім стала доступна на сайті. Кожен супутник пролітає двічі над однією точкою, а оскільки використовується три супутники, то виходить шість зйомок на добу однієї території. Це означає, що якщо на цій території відбувається пожежа, то інформацію про неї буде оновлено шість разів протягом доби.
Є.І.: Ви зберігаєте усі дані про пожежі?
Г.П.: Так, у нас зберігається архів із 2009 року. Взагалі архів даних із цих супутників доступний і за попередні роки, але ми ведемо свій архів зі старту проекту.
Є.І.: Які у вас плани на майбутнє? Як ви бажаєте розвивати проект далі?
Г.П.: У нас у найближчих планах є створення глобального ресурсу, який надаватиме інформацію по всьому світу. Крім того, ми сподіваємося, що можна буде використовувати не лише дані із супутників, а й інші дані, наприклад дані регіонального моніторингу.
Я розмовляв уже багато разів із розробниками систем відеоспостереження за пожежами – це системи, які продаються конкретним замовникам, наприклад регіональним лісгоспам. Вони закуповують цю систему та за допомогою неї проводять моніторинг пожеж на своїй території. І я дуже хотів би, щоб нам вдалося домовитися з ними і зацікавити їх, щоб вони цією інформацією обмінювалися і використовували нашу карту пожеж як майданчик для обміну інформацією.
Крім того, хочеться, щоб була можливість розробляти технології, і ми маємо намір вкладати в це наші власні сили, наскільки це буде можливо. Це, наприклад, технології прогнозування пожежної небезпеки на основі карти пожеж. Зараз не існує прогнозних моделей поширення пожеж та задимлення, це цілий незайманий пласт, а це стосується дуже багатьох. Ось ви живете, наприклад, у Москві і вам важливо знати прогноз задимлення через палаючі десь у сусідній області або в Підмосков'ї пожеж. Всі ми користуємося прогнозом погоди, але цей прогноз не включає ніколи інформації про пожежну небезпеку або екологічні загрози. Чи така інформація включатиметься в метеорологічну інформацію надалі – це питання майбутнього та вкладення якихось колективних зусиль.
Є.І.: Ви не думали про те, щоб зробити «Космознімки» відкритим краудсорсинговим проектом, щоб кожен користувач міг додавати інформацію про пожежі?
Г.П.: Ми маємо користувачів, яким ми такі можливості представляємо. Це ті, хто виїжджає на пожежі, але навіть зараз вони активно не додають інформацію. Я просто не бачу, на жаль, перспектив такого кроку.
А ось додавання на карту техногенних джерел - там, де за супутниковими знімками або картами можна зробити висновок про те, що в цьому місці знаходиться якесь антропогенне джерело тепла, - це дійсно потрібно зробити. Можливо, запропонувати спільнотам, які займаються відкритими даними, взяти участь у цьому проекті. Я просто до цього ще не дістався, але такі ідеї були.