Космический мониторинг – это система регулярных наблюдений и контроля состояния территории, анализа происходящих на ней процессов и своевременного выявления тенденций, имеющих место изменений средствами космического базирования.
Методы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), существующие в настоящее время, позволяют проводить контроль только объектов, различающихся между собой по спектральной отражательной способности хотя бы в одном диапазоне длин волн и имеющих размеры, сравнимые с пространственным разрешением съемочной аппаратуры. На космических снимках, которые получаются в оперативном режиме, наблюдаются следующие объекты: лесные массивы и пожары, сельскохозяйственные угодья с посевами, пастбища, открытые поверхности почвы, населенные пункты и промышленные зоны, дороги, водоемы, снежный и ледовый покров, облачный покров. Методы ДЗЗ позволяют оперативно проводить анализ изменений, происходящих с перечисленными объектами во времени и пространстве, выявлять катастрофические изменения, происходящие с этими объектами в результате , и стихийных бедствий, решать задачи в разных областях народного хозяйства на основе этой информации. Следует отметить, что методами космического мониторинга невозможно регистрировать техногенные аварии и катастрофы, если они не влекут за собой площадные загрязнения или не сопровождаются сильным пожаром.
К задачам, решаемым с помощью космического мониторинга, можно отнести:
- обнаружение , аварий на нефтяных вышках и промышленных объектах, сопровождающихся пожарами;
- выявление последствий пожаров, в том числе лесных гарей и ущерба от пожаров;
- мониторинг паводковой обстановки на реках, контроль половодий, наводнений, имеющих разное происхождение (дожди, таяние снега, последствия землетрясений, аварии на гидроэлектростанциях и т.д.), контроль ледовой обстановки при прохождении паводка на реках;
- обнаружение и выбросы загрязняющих веществ в водоемы и моря;
- выбросы загрязняющих веществ в атмосферу городов и промышленных зон, задымленность городов и населенных пунктов в результате лесных, степных и торфяных пожаров;
- выявление сельскохозяйственных зон, подверженных засухе;
- контроль вырубки лесных массивов;
- контроль распространения загрязняющих веществ вокруг промышленных зон, на нефтепромыслах;
- слежение за таянием горных ледников;
- обнаружение и контроль схода селей;
- выявление и контроль оползней;
- обнаружение активной деятельности вулканов и контроль обстановки в зоне их действия;
- контроль территорий, находящихся в зонах морских приливов и отливов;
- контроль территорий, подвергнувшихся землетрясениям;
- обнаружение песчаных и пылевых бурь, контроль их последствий;
- контроль опустынивания территорий (интенсивная деградация почв) из-за засоления почв, ветровой и плоскостной эрозии почвенного покрова, изменения климата;
- контроль интенсивного заболачивания территорий.
Перечисленные задачи решаются с использованием различных видов съемочной аппаратуры, работающей в разных спектральных областях. Некоторые задачи требуют оперативной информации, поступающей регулярно, с периодичностью 1–3 часа, с пространственным разрешением не хуже 1000 м. Другие задачи могут быть менее оперативными, но требующими более высокого пространственного разрешения изображений. Оптимальными условиями для решения поставленных задач были бы высокое пространственное и высокое временное разрешение изображений. Эти условия могут быть реализованы при успешном осуществлении программы наращивания группировки «малых спутников» или воздушным мониторингом при помощи барражирующих пилотируемых или беспилотных летательных аппаратов. Для уточнения информации, полученной с помощью космического мониторинга, используются авиационные средства (самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты).
Перечисленные выше задачи, решаемые с помощью космического мониторинга, можно разделить на две группы:
- Задачи обнаружения явлений.
- Задачи исследования или анализа явлений или их последствий.
К первой группе относятся оперативные задачи. Для оперативных задач используются данные с аппаратуры AVHRR (КА серии NOAA) и MODIS (КА серии TERRA), которые поступают на Землю с периодичностью от 3 до 12 часов.
Ко второй группе относятся все остальные задачи, требующие детального описания и анализа явлений и их последствий , выявления территорий, населенных пунктов и других объектов, попавших в зону чрезвычайной ситуации. Возникающие могут быть мгновенными (в случае паводков) или растянутыми во времени (засуха, изменение ландшафтов, почв). Для решения этих задач требуются соответствующее время наблюдения (сутки, месяц, год, несколько лет) и периоды наблюдений (сутки, декада, месяц, год). По признаку периодичности наблюдения можно подразделить на полуоперативные (засуха, контроль лесов, распределение снежного покрова в горах и на равнинах, контроль ледовой обстановки) и неоперативные (эрозия и деградация почв, смена ландшафтов). Для решения ряда задач (например, обнаружения схода селей) необходима информация с высокой оперативностью и высоким пространственным разрешением, которая пока недоступна для потребителей или отсутствует. В этих случаях можно использовать доступную информацию высокого разрешения, но с потерей оперативности.
В настоящее время для выявления применяется аппаратура, имеющая спектральное разрешение и набор спектральных каналов: 0,58–0,68 мкм, 0,72–1,1 мкм, 3,53–3,93 мкм, 10,3–11,3 мкм. Это обеспечивают 4 канала аппаратуры AVHRR KA NOAA (США), представляющей информацию в открытом доступе. Активная деятельность вулканов обнаруживается с использованием 5-го канала (11,4–12,4 мкм) этой аппаратуры. Для выявления различных признаков, связанных с растительным покровом (состояние лесов и сельскохозяйственных культур, различные их заболевания, гибель, засуха, горимость леса и т.д.) используется следующий набор спектральных диапазонов: 0,6–0,7 мкм, 0,8–0,9 мкм, 1,5–1,7 мкм. Определение параметров водных объектов осуществляется с использованием спектральных диапазонов 0,5–0,6, 0,6–0,7 (для выявления концентраций минеральных взвесей) и 0,8–0,9 мкм. Для выявления паводковой ситуации используются методы активной радиолокации, которые позволяют наблюдать территорию, покрытую в период паводка, как правило, облачностью, что делает ее недоступной для наблюдения в оптическом диапазоне спектра. Задымленность территорий определяют, используя спектральные диапазоны 0,5–0,6 мкм и ближний ИК диапазон. Приземное задымление и загрязнение городов определяется по трем спектральным диапазонам: 0,5–0,6, 0,6–0,7 и 0,8–1,0 мкм. Все задачи, связанные с определением параметров почвенного покрова осуществляются с использованием данных всего оптического диапазона спектра, а также радиолокационных данных.
Общая информация
Оперативный мониторинг пожаров осуществляется по данным 2 спутников: Aqua и Terra. На каждом из них установлена камера MODIS позволяющая снимать землю в различных частях спектра: от видимого до инфракрасного. Спутники снимают одну и ту же территорию 2-4 раз в сутки. Полученная информация автоматически обрабатывается.
Автоматическое дешифрирование пожаров основано на значительной разнице температур земной поверхности и очага пожара.
Для анализа используются тепловые каналы, а информация с других каналов спутника помогает отделить облака. После автоматической обработки получается маска тех пикселей снимка, температура которых существенно отличается от окружающих "горячие точки" или "термоточки". Время обработки-15-40 минут с момента пролета спутника. Следует помнить, что время пролета спутника дается по Гринвичу (UTS)! Московское время= UTS+4 часа!
Этот метод имеет ряд ограничений. В "горячие точки" попадают любые объекты, отличающиеся по температуре (например факелы на нефтепромыслах, ТЭЦ, нагретые крыши больших зданий). Часть слабых пожаров не учитывается из-за небольшой разницы температур. Часть пожаров, прошедших в перерывах между пролетами спутников, так же не учитывается. Бывают ложные срабатывания из-за сильной облачности.
Тем не менее эти данные можно и нужно использовать для мониторинга пожаров, особенно на больших территориях, где нет возможности вести наземное наблюдение.
Есть 3 алгоритма обработки снимков:
1. The Fire Information for Resource Management System (FIRMS) Университет штата Мэриленд (США)
2. ScanEx Fire Monitoring Service (SFMS) ИТЦ "СканЭкс"
3. «Пожарная» часть информационной системы дистанционного мониторинга ИСДМ-Рослесхоз
Каждый имеет свои достоинства и недостатки. Система FIRMS более чувствительна, способна выявлять совсем слабые пожары, но дает большое число ложных срабатываний. SFMS менее чувствительна, соответственно, пропускает часть слабых пожаров, зато дает гораздо меньше ложных срабатываний.
Использование
1. Чтобы знать примерное время получения данных, надо посмотреть расписание пролетов 2 спутников.
Aqua http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/aqua/
Terra http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/terra/
По ссылкам переходим на страницы, выбираем нужную территорию и дату.
Открывается страница со схемой пролетов спутника
Спутник снимает полосу вдоль траектории полета. Фрагмент такой полосы на рисунке обозначен синим контуром. Ширина полосы съемки в каждую сторону от траектории (зеленая стрелка) примерно равна половине расстояния между соседними траекториями (оранжевая стрелка)
Над одной территорией спутники пролетают 2-4 раза в день, соответственно столько раз будет обновляться информация о горячих точках. На сайтах информация обновиться через 15-40 минут после пролета.
Просматривать термоточки можно либо на специальных сайтах, либо в программе "Google Планета Земля"
Сайты. Основных сейчас 3.
Самый функциональный и быстро загружающийся, на мой взгляд, сайт Космоснимки http://fires.kosmosnimki.ru/
Предоставляет по умолчанию данные системы SFMS, позволяет просматривать данные FIRMS
Увеличить или уменьшить изображение можно при помощи лупы или линейки "уровень увеличения"
Галочка Космоснимки позволяет просматривать последние снимки спутников Aqua, Terra. Снимки видны только до 9 уровня увеличения.
Любой нарисованный контур, например крупный пожар, видимый на снимке MODIS, можно скачать (ссылка "скачать shp-файл" под данными о площадях). Так же можно добавить свои контуры в векторном формате (заархивированный шейп-файл) .
Отдельные горячие точки видны с 8 уровня увеличения.
Можно просматривать данные не только за один день, но и за любой период времени, для этого надо нажать на треугольник справа от даты. Появиться красная рамка, в пределах которой будут видны термоточки. Ее форму и размеры можно менять, двигая курсором за углы или за линии. В двух окошках нужно выставить начальную и конечную даты.
Сайт FIRMS, прост и понятен, хоть и на английском. Минус-долго загружается.
Если полистать закладки, можно найти полезное, например включение слоя с границами ООПТ, возможность переключения с карты на подложку из снимков, информацию о времени последнего обновления.
Сайт «Пожарной» части информационной системы дистанционного мониторинга ИСДМ-Рослесхоз firemaps.nffc.aviales.ru/clouds/html/cl ouds_proj.html. Тоже все просто.
Если не хочется лазить по сайтам, можно просматривать термоточки в программе "Google Планета Земля"
Карта лесных пожаров, разработанная компанией «Сканэкс» отображает очаги возгорания в реальном времени как по России (слой ScanEx), так и по всему миру (слой FIRMS).
На отдалении видны круги, отображающие примерную силу и масштаб пожаров для каждой местности.
Чем больше круг - тем больше очагов в нем.
При увеличении карты, очаги возгорания (или термоточки) отображаются красными квадратиками:
Поверх обычных спутниковых снимков можно наложить ежедневные, сделанные спутниками TERRA и AQUA фотографии.
Контуры снимков:
Сами снимки:
Одну точку могут захватывать несколько разных фотографий, сделанных в разное время, под разными углами, и с разной облачностью. Поэтому для переключения переключиться между снимками можно кликать на них мышкой.
При клике на какой-либо снимок он “падает в самый низ”. Это не интуитивно и не удобно, но привыкнуть можно. В любом случае глядя на конкретный пожар, можно сделать несколько кликов подряд, чтобы найти лучший снимок.
Выгоревшие площади видны на ежедневных снимках как темно-коричневые пятна.
Например здесь видны не только «шрамы» от летних пожаров этого года, но и прошлогодние, которые уже начали затягиваться (светло-коричневые с зеленым оттенком):
снимок от 17 августа 2014
Еще несколько пятен , каждое из которых длиной более 40 километров. Чтобы понять масштаб бедствия - приведем сравнение: каждое пятно по площади больше Петербурга
снимок от 17 августа 2014
Но на ежедневных снимках есть и странные вещи - водоемы (озера и реки) окрашены ярко-красным (как очаги пожаров). Предположительно данный эффект возникает из-за того что спутники снимают в мультиспектральных режимах, и скорее всего вода отражает те части спектра, которые спутник (или софт, обрабатывающий снимки) интерпретирует как "горячий".
На фото - черное море
А вот анимированная карта пожаров по всему миру за 2012 год (по месяцам). Можно проследить как меняется интенсивность и количество пожаров в зависимости от времени года.
На следующей анимации показано с какой скоростью может распространяться пожар в степи при сильном ветре.
Пожары могут принести колоссальный ущерб природе и, чтобы избежать его последствий, производят мониторинг лесных пожаров. Способы различные: есть проверенные временем визуальные осмотры, также практикуют наблюдение с помощью спутников и современной техники. Эффективно использовать системы мониторинга лесных пожаров в комплексе. В Российской Федерации действуют профильные службы и учреждения для сбора, анализа и структурирования данных.
Визуальный осмотр
В некоторых лесах можно встретить специальные вышки. Эти строения выступают в роли наблюдательных пунктов. Их строительством обычно занимаются лесные хозяйства. Вышки оборудуют средствами связи, на наблюдательном пункте есть азимутальный круг. Он нужен для определения направления пожара.
Лес делят на территории по радиусу обзора с такой башни – 5-7 км. Вышки строят из дерева, но в последнее время многие элементы их конструкции меняют на металлические. Срок жизни строений с наблюдательными пунктами из дерева менее 10 лет.
Осмотр лесных территорий осуществляет специальный человек. При обнаружении пожара он определяет его направление, возможную опасность и передает информацию на диспетчерский пункт через радио или телефонную связь.
Проблема этого способа мониторинга в малочисленности наблюдательных вышек и работников. Раньше лесничих было на порядок больше, сейчас их количество сократилось в несколько раз.
На части наблюдательных вышек устанавливают видеокамеры. Это не решает основной проблемы, потому что за съемкой должен наблюдать человек в оборудованном пункте. Если система видеонаблюдения автоматизирована, то задача упрощается, но в большинстве камеры требует ручного управления.
Помимо этого, съемка ведется в одном направлении, поэтому необходимо установить несколько камер. Вышки сотовой связи тоже используют для мониторинга. На них устанавливают тепловизоры и видеокамеры.
Исследования с помощью спутников
Один из самых недорогих способов – это спутниковый мониторинг. Спутники с помощью сканеров делают снимки в инфракрасном спектре. Это позволяет узнать разницу температур и определить, где идут лесные пожары.
Данные и снимки обрабатываются на космическом аппарате, где исправляют искажения, делают привязку к географическим точкам. Последний этап обработки, который включает цифровой анализ, визуальное дешифрирование и интерпретацию снимков, производят в автоматическом или интерактивном режиме.
Информацию о лесных пожарах можно увидеть на специальных сайтах, например . Созданы федеральные системы мониторинга лесных пожаров. Они составляют общую картину, используя данные визуального осмотра, спутниковых снимков и других методов мониторинга.
Этот дистанционный метод входит в список функций экологического мониторинга. С помощью спутников также получают метеорологические характеристики, данные о техногенной обстановке, разливе рек, динамике снежных покровов, тепловых выбросах. Каждой области применения соответствует определенный канал, его обозначают цветом.
Карта пожаров в России доступна всем заинтересованным пользователям.
Информация обновляется в среднем 4 раза в день. Это усложняет идентификацию возгораний и снижает оперативность помощи пожарной охраны. Периодичность обновления зависит от времени пролета спутников по орбите. Основные данные предоставляет серия американских спутников NOAA.
Работают и частные спутники, их снимки отличаются точностью и детальностью, но стоят дороже общедоступных. Поэтому наряду с космоснимками используют данные визуального осмотра. На карте пожаров указывают точки пожаров и возможные причины их возникновения. Существует индийская система спутникового мониторинга.
На точность космоснимков влияют многие факторы. Например, повышенная облачность мешает как обнаружению лесных пожаров, так и определению их размера. Очаги возгораний на картах могут не совпадать с реальными, но их примерные координаты очерчены границами.
То есть на карте показана область, где есть очаг. Несколько пожаров на карте обычно объединяют в единый кластер. В этом случае точность также не достоверная. По этим данным определяют площадь пожара и скорость его распространения в лесах. Есть возможность получать оповещения о выявлении лесных пожаров, если оформить подписку на соответствующем сервисе.
Альтернативные методы
В качестве вспомогательных методов мониторинга лесных пожаров называют также осмотр территорий с воздуха. Наблюдение осуществляют с вертолетов, самолетов. В последние годы применение в этом направлении нашли беспилотные летательные аппараты, которые делают видеозаписи.
Стоимость всех перечисленных способов высокая. Из-за этого невозможно организовать непрерывный мониторинг в лесной зоне. Однако при возможности и достаточном финансировании летательные аппараты позволяют получать точную информацию в режиме реального времени. Кроме того, авиация способна тушить пожары при их обнаружении.
В России для тушения и мониторинга лесных пожаров с помощью вертолетов и пожарных самолетов создано федеральное учреждение «Авиалесоохрана». В состав экипажа воздушного судна входит летчик, парашютист-пожарный и десантник-пожарный, которые прошли специальную подготовку.
Статистика
Помимо наполнения интерактивной карты лесных пожаров, ведется их статистика. Она имеет не только информационный характер. На основе полученных данных анализируют причины возгораний, скорость их распространения.
Это необходимо для , составления прогнозов, организации эффективного тушения. По пожарной опасности определяют экономический ущерб. Статистические данные и картографирование позволяют отличать пожары от техногенных источников тепла, которыми могут быть производственные объекты.
Первые записи о лесных пожарах в летописях датированы 1724 годом. Уже тогда были призывы сохранить угодья от огня. Во времена царской России данные уже упорядочивали. Сегодня информация о лесных пожарах сводится в таблицы. Статистику ведут ведомства и службы.
По данным Росстата последние массовые пожары были зафиксированы в летний период 2010 года. Однако их количество не рекордное, экологический и экономический ущерб был причинен вследствие больших территорий, охваченных огнем, и задымлением.
В 2010 году в общей сложности произошло более 39000 лесных пожаров. Тогда сгорело на корню около 150000000 м 3 лесов. Аналогичные масштабы лесных пожаров наблюдали в 1998 году. По количеству пожаров лидирует 2002 год – 434000 возгораний, но последствия не столь плачевны.
Мониторинг лесных пожаров - система наблюдений и контроля за пожарной опасностью в лесу по условиям погоды, состоянием лесных горючих веществ и материалов , источниками огня и лесными пожарами в целях своевременной разработки и проведения мероприятий по предупреждению лесных пожаров и (или) снижению ущерба от них. Мониторинг лесных пожаров организационно осуществляется на 4-х уровнях: федеральном, региональном, муниципальном и локальном. На федеральном уровне организацию работ по мониторингу лесных пожаров осуществляет федеральный орган управления лесным хозяйством России; на региональном - органы управления лесным хозяйством субъектов РФ; на муниципальном и локальном - лесхозы и другие организации, предприятия и учреждения, осуществляющие ведение лесного хозяйства, а также подразделения «Авиалесоохрана», занимающиеся обнаружением и тушением лесных пожаров .
С учётом используемых средств мониторинга лесных пожаров можно выделить наземный, авиационный и космический уровни. Для наземного обнаружения пожаров используются следующие технические средства:
- промышленные телевизионные установки и телевизионные лазерно-дальномерные комплексы;
- дистанционно- пилотируемые летательные аппараты;
- грозопеленгаторы-дальномеры;
- метеорологические радиолокационные станции;
- геодезические инструменты для визирования на дымовую точку;
- пожарные наблюдательные пункты, количество и месторасположение которых должны обеспечивать определение места появления дыма с точностью не менее 0,5 км.
Для патрулирования лесной территории с воздуха применяется малая авиация, которая имеет неоспоримые преимущества в данной области применения: низкую себестоимость лётного часа, нетребовательность к аэродромам и техническому обслуживанию и незначительный вред для окружающей среды. Мониторингом лесных пожаров охвачена территория всего лесного фонда РФ, где выделяют активно охраняемые и не охраняемые леса, а также загрязненные радионуклидами территории и акватории. Объектами мониторинга являются: предпожарная обстановка; прогнозирование лесных пожаров и чрезвычайных лесопожарных ситуаций; лесной пожар, являющийся источником поражающих факторов и вероятным источником ЧС; послепожарная обстановка.
Наблюдение и контроль за предпожарной обстановкой в лесном фонде ведутся на протяжении всего пожароопасного сезона и включают в себя: наблюдение, сбор и обработку данных о степени пожарной опасности в лесу по условиям погоды; оценку степени пожарной опасности в лесу по условиям погоды по общей или региональной шкалам пожарной опасности. На территории лесного фонда контролируются следующие параметры: температура воздуха; температура точки росы; количество осадков; скорость и направление ветра. Кроме того, используется информация о наличии грозовой деятельности. Критерием наступления высокой пожарной опасности служат соответствующие значения комплексного показателя пожарной опасности в лесу по условиям погоды.
Мониторинг лесных пожаров основывается на использовании различных средств изображения земной поверхности - снимков из космоса и с самолетов, карт, схем. При этом основной картографический материал для мониторинга регионального, муниципального и локального уровней должен быть составлен на точной топографической основе, иметь координатную сетку и отражать степень пожарной опасности лесов.
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |