Мониторинг пожаров по спутниковым данным - мы - пожарные. Лесные пожары и космическая съемка. Мнения экспертов
Пожалуйста, обращайтесь к нам с предложениями, комментариями и пожеланиями – мы открыты к переговорам и партнерскому сотрудничеству в целях развития проектов дистанционного мониторинга и раннего обнаружения природных пожаров. Стратегической задачей нашего проекта является дальнейшее улучшение детальности и достоверности данных, совершенствование инструментов общественного мониторинга, проводимого силами широкого круга пользователей, на основе данных спутниковой съемки и других источников наблюдений. Картографический интерфейс сервиса разработан специалистами «Космоснимки Ру» на базе технологии Scanex GeoMixer .
Работа с «картой пожаров»
Основным пользовательским сервисом является карта пожаров.По дефолту показывается информация за период – последние 24 часа + текущие сутки до 12 часов UTC (пока не произойдет смена дат во всем мире). На обзорном масштабе показывается динамическая карта плотностного распределения пожаров на основе кластеров (подробнее см ), с помощью зумирования карты можно перейти на более крупный масштаб, на котором показываются контуры кластеров и, еще ближе, все термоточки (см ).
Основными элементами UI* являются:
- - интерактивное окно карты и тулбар
- - боковая панель с виджетами:
- [закладки] - сохраненные места и даты с описанием события
- [слои] - список слоев и групп слоев
- [новости] - виджет новостей о пожарах
Доступ к информации о пожарах
Пользователи получают доступ к информации, заходя на сайт Космоснимки - Пожары либо подписавшись на оповещения о пожарах (см. описание сервиса) Разработчики сайтов и веб-приложений могут использовать API «карты пожаров» для встраивания карты во внешние сайты (подробнее см документацию по использованию API). Для использовании необходимо зарегистрировать API-ключ и сохранять ссылки и информацию о правообладателях.Если вы хотите использовать прямой доступ к базе данных пожаров, транслирующий данные в JSON, XML или другие форматы (либо регулярные выгрузки из БД) – напишите нам запрос на почту , публичное использование этой части сервиса ограничено. При использовании данных с сайта: скриншотов, координат пожаров и т.д., ссылайтесь на источник, это поможет большему количеству заинтересованных пользователей узнать о наличие такого информационного ресурса.
Открытые данные
Если вы планируете использовать данные - пожалуйста, ссылайтесь на сайт и на авторов.Доступные слои:
| Описание | Формат | Источник |
|---|---|---|
| Границы сгоревших территорий 2010 | Shape файл | 2010 год, © OpenStreetMap, Гринпис |
| участки нарушений (в основном - пожары) на особо охраняемых природных территориях | Shape файл | 2008-2011, © Transparent World |
| (заводы, факела от сжигания попутного газа при разработке нефтянных месторождений). Слой используется в проекте для фильтрации рзультатов детектирования пожаров. | CSV | © Kosmosnimki |
| Границы осушенных торфяников (в основном запад РФ). Слой пополняется. | Shape файл | © Гринпис, Kosmosnimki |
Дополнительные данные
- Оперативные данные:
Кроме результатов детектирования очагов пожаров, сервис «Космоснимки - Пожары» предоставляет доступ к RGB синтезированным изображениям спутниковой съемки:
- данные MODIS, по которым детектируются пожары, принимаемые на станции СКАНЭКС. С помощью изображений можно оценивать состояние облачности в момент проводимых наблюдений, видеть отдельные крупные пожары и следы гарей
- Данные Landsat 8 также являются публично доступными снимками высокого разрешения (30 м). Фильтруются по пересечению с точками пожаров в диапазоне 24 часа.
- Более детальные космоснимки, как правило, представляют собой коммерческие спутниковые программы и доступны в ограниченном режиме для специалистов МЧС и других ведомств, в интересах которых осуществляется съемка. Мы не можем дать публичный доступ ко всем более детальным снимкам, являющимся частью коммерческих программ, но если вы заинтересованы в работе с этими данными - пожалуйста, обратитесь к нам - Данные о погоде: оперативные данные и прогноз по облачности, осадкам, температуре и скорости ветра интегрированы от провайдера ГИС-Метео. Данные о погоде привязаны к региональным центрам. В будущем планируется увеличить детальность данных и добавить результаты аналитической обработки прогнозных данных.
- Границы особо охраняемых природных территорий: В состав данных входят границы федеральных заповедников, национальных парков и федеральных заказников. А также границы некоторых региональных ООПТ. Специальный проект по мониторингу нарушений и пожаров в пределах ООПТ ведет НП «Прозрачный Мир» (см. http://new.transparentworld.ru/ru/environment/monitoring/oopt/)
- Слой часовые пояса: Атрибуты данных о зарегистрированных очагах пожаров содержат время пролета спутника, когда был получен снимок, по которому проводилось детектирование. Время детектирования очагов отображается в универсальном координированном времени (UTC). Включив слой «часовые пояса», пользователи могут видеть в каком часовом поясе находится исследуемая территория и насколько локальное время отличается от UTC. Например, если мы смотрим очаги в районе озера Байкал, то локальное время пролета спутника равняется времени UTC+8. Следует помнить, что время по UTC не переводится ни зимой, ни летом. Поэтому для тех мест, где есть переход на летнее время, смещение относительно UTC меняется.
- Границы кадастрового деления: границы и тематические слои публичной кадастровой карты портала Росреестра (Виды разрешенного использования; Категории земель и т.д.).
Детектирование пожаров по спутниковым изображениям
Программа NASA по спутниковому мониторингу Земли (Earth Observation System) позволяет свободно использовать данные оперативной съемки, осуществляемой с помощью камеры MODIS, установленной на борту спутников Terra и Aqua. Компания СКАНЭКС ведет прямой прием этих данных на станции в приемных центрах в Москве, Иркутске и Магадане. Принятые данные поступают в автоматическую цепочку обработки и подготовки продуктов, которая включает стадию первичной обработки данных, создание на основе базовых продуктов MODIS тематических продуктов высокого уровня (таких как маски ледового и снежного покровов, маска облачности, температура поверхности, пожары и тепловые аномалии etc.), подготовку продуктов для интернет-доступа и публикацию в портале. На карте пожаров данные спутников Terra, Aqua и используются для детектирования вероятных очагов пожаров и для подготовки ежедневного обзорного покрытия (слой «Космоснимки - MODIS»).Характеристики камеры MODIS, установленной на борту спутников Terra и Aqua:
Алгоритмы детектирования пожаров в автоматическом режиме основаны на их сильном излучении в инфракрасном диапазоне. Это так называемый контекстно-пороговый алгоритм. Разница в температурных яркостях пикселей отражает разницу между температурой очагов пожара и земной поверхности, а информация, поступающая с других спектральных каналов, помогает замаскировать облака. Кроме того, применяют пороговые значения, чтобы отбросить термальные аномалии, маловероятно относящиеся к пожарам. Таким образом выходным продуктом работы алгоритма является маска пикселей, классифицированных как "термоточки" (hotspots) и их характеристики. Подробнее см. статью «Данные по тепловым аномалиям MOD14A1: описание и получение»
C сайта http://viirsfire.geog.umd.edu/
Вероятность обнаружения пожаров
Данные мониторинга пожаров являются контекстной оценкой, на степень точности которой влияют многие факторы. В первую очередь, сплошная облачность. Очаги (термоточки, тепловые аномалии) с высокой степенью вероятности детектируются при безоблачной или малооблачной погоде (см. ). Кроме того, на вероятность обнаружения пожара влияют такие факторы как разностная температура и размер пожара. (см. ).Потеря видимости пожаров со спутника из-за облачности
На основе тех же данных MODIS, по которым ведется детектирование пожаров, делается RGB синтез (каналы 7-2-1) изображений с целью визуализации обзорного покрытия снимками за текущие сутки. Доступен просмотр архивных слоев обзорного покрытия. Таким образом, с помощью этих изображений можно оценивать состояние облачности в момент проводимых наблюдений.Координаты очагов пожаров
Очаги пожаров детектируется по инфракрасным каналам MODIS, линейное разрешение которых составляет 1 км/пиксел. Это означает, что каждый обнаруженный очаг отображается как точка в центре пикселя 1 км x 1 км. В действительности очаг может быть локализован где-то внутри данной области и реальная площадь пожара может быть меньше (см )
Когда несколько точек располагаются в линию, как правило, такое изображение иллюстрирует огневой фронт пожара. Соседние, близко расположенные точки, могут в действительности относиться к одному и тому же продолжающемуся пожару (подробнее см. )
Минимальный размер детектируемых пожаров
Не смотря на то, что площадь пикселя (элементарной области наблюдения) в инфракрасном канале 1км 2 , в среднем детектирует открытые очаги и тлеющие пожары на площади от 1/10 гектара. В реальности минимальная площадь детектируемого пожара зависит от целого спектра характеристик в момент конкретной съемки (облачность, освещенность, угол съемки, тип растительности, температура поверхности и т.д.) Более яркие открытые очаги с большей температурой горения могут быть зарегистрированы на меньшей площади возгорания. Характерный пример - газовые факела или трубы заводов, которые при этом являются с точки зрения задачи детектирования пожаров.Кластеры пожаров
Кластеры - это отдельные очаги (термоточки), объединенные в одну группу. Объединение проводится на основе автоматического алгоритма и не гарантирует стопроцентную точность. Кластеризация помогает:- - визуализировать большое количество термоточек и улучшить "читаемость" информации на обзорных масштабах
- - отследить динамику развития пожаров: контуром обводятся очаги, принадлежащие одному кластеру и попадающие в выбранный период
- - приблизительно оценить силу пожара (там, где на текущую дату или период кластеризуется больше термоточек – более мощный пожар)
- - приблизительно оценить площадь активного пожара по суммарному контуру термоточек, вошедших в кластер
- - приблизительно оценить суммарную площадь выгоревшей территории за период
- - на мелких масштабах карты (уровни 1-3) кластеры пожаров визуализируются в виде динамической "тепловой карты", что позволяет быстрее визуализировать и анализировать большой объем данных
Очаг попадает в кластер когда в его окрестности регистрируются другие очаги за период более чем один день. Это помогает визуально отфильтровать «ложные пожары», которые появляются, например из-за бликов, и кратковременные пожары, которые обусловлены, например, палами сухой травы и еще не представляют реальной угрозы. Две группы очагов, которые несколько дней назад были одним пожаром, и затем разделились, все равно будут являться частью одного кластера за весь суммарный период горения, даже если за часть периода отображаются разными контурами. Интуитивно кластеры можно считать соотносящимися с выгоревшими территориями. При этом все отдельные очаги (все термоточки), вошедшие и не вошедшие в кластеры, показываются на карте, начиная с 11 уровня зума.
Площади горевших территорий
Новой функциональностью сервиса, появившейся в 2012 году, является оперативная оценка площадей территорий, затронутых огнем, методом аппроксимации по "точкам пожаров". Первичными данными о пожарах в сервисе являются продукты MOD14A1, содержащие информацию о том, какие пиксели на спутниковом изображении были классифицированы как вероятные пожары. После этого вступает в действие , который группирует эти отдельные точки по принципу плотностного распределения с учетом дополнительного временного параметра. На основе этого мы можем сделать выводы относительно динамики развития пожара, подсчитать продолжительность горения пожара. Новый алгоритм позволяет в дополнение к «кластеризации» суммировать пиксельные площади точек пожаров (каждая точка это, в среднем, квадратный пиксель со сторонами 1км) и провести аппроксимированную по точкам оценку вероятной площади пожара .- На карте показываются контуры с учетом самого последнего обновления данных о точках пожаров.
Статистика пожаров
Сервис статистики пожаров публикует в табличном виде данные о пожарах: Кол-во кластеров пожаров; Кол-во термоточек; Общая площадь горевших территорий. Доступны следующие показатели с возможностью просмотра и сравнения посуточной статистики:- Интегральная статистика РФ
- С разбивкой по административно-территориальному делению: Субъектам РФ и относящимся к ним районам
- По границам Особо-охраняемых природных территорий (в разработке)
В настоящее время сервис работает в статусе "бета".
Техногенные источники тепла
Техногенные источники, такие как трубы заводов, факела от сжигания попутного газа при разработке месторождений, вносят ложный вклад в информацию о пожарах. Количество таких «ложных тревог» может быть достаточно большим на общей обзорной карте пожаров. Поэтому для предварительной оценки ситуации имеет смысл определять автоматическим способом какие из точек пожаров могут относиться к техногенному излучению. Поскольку такие объекты характеризует скопление "точек" в одной локальной области и повторяемость горения, нами был проведен анализ архивных данных о пожарах и картирование объектов с целью выявления потенциальных источников.
Таким образом, была создана начальная база техногенных источников, верификация которых проводилась по спутниковым снимкам и сервису Wikimapia.Org. Эта база представляет собою открытые данные и может быть использована свободно с условием указания ссылки на «Космоснимки - Пожары» . Важно понимать, что база этих объектов предоставляется без каких-либо гарантий их достоверности и с той полнотой информации, которой она обладает на данный момент, а новые объекты постепенно добавляют и верифицируют пользователи сервиса. В настоящее время в сервисе «Космоснимки - Пожары» каждая новая термоточка, попадающая в окрестность 5 км от техногенного объекта, помечается как потенциальный техногенный источник тепла . Разумеется, окончательное решение о достоверности и типе источника остается за пользователем.
Верификация данных о пожарах
Данные автоматического детектирования пожаров на основе продуктов MOD14 носят вероятностный и выборочный характер. Поэтому для получения более точного и полного результата необходимо использовать инструменты верификации, основанные на дополнительных источниках информации. Такими источниками, которые могут быть интегрированы в сервис или использованы при анализе данных, являются: информация от пользователей, изображения с видеокамер, автоматическая или ручная обработка данных со спутников высокого разрешения. Основным источником проверки служат оперативные спутниковые снимки высокого разрешения, на которых можно воочию увидеть пожары. Кроме того, малоразмерные очаги пожаров и низкотемпературные очаги, характеризующиеся слабой интенсивностью теплового излучения (такие как торфяные пожары ) могут быть обнаружены в инфракрасном диапазоне сканерами более высокого разрешения (e.g. разрешение инфракрасных каналов SPOT-5 составляет 10м/пиксел). Сами данные SPOT-5 распространяются на коммерческой основе, но результаты верификации, полученные с использованием этих данных, планируются к выкладыванию на публичный сервис.Перспективные источники данных
Качество информационного сервиса определяется наличием и качеством доступных источников. Новыми источниками должны аппараты ДЗЗ нового поколения, а также наземные дистанционные методы, такие как видеомониторинг - камеры видеонаблюдения и тепловизоры, которые устанавливаются на вышках сотовой связи.Мы продолжаем работать над поиском новых партнеров и консолидацией данных вокруг информации о пожарах. Мы уверены, что только объединение усилий и открытость информации будут способствовать пониманию причин природных пожаров, сокращению угроз и рисков, связанных с ними.
Решения для организаций на основе сервиса мониторинга пожаров
В качестве решения для ваших задач мы предлагаем разворачивание портала на основе карты пожаров с возможностью индивидуальных настроек системы, публикации собственных данных заказчика, управления списками подписок на оповещения по пожарам и гарантированной технической поддержкойСпутниковый мониторинг лесных пожаров
Задача оперативного обнаружения и мониторинга очагов пожаров приобретает особую актуальность в связи с большой территорией, занятой лесами. Кроме нанесения ущерба лесному хозяйству, пожары оказывают сильное влияние на экологическую обстановку и могут угрожать жизни людей.
Реальные масштабы горимости лесов России и размеры наносимого огнем ущерба до настоящего времени не установлены. Регулярные наблюдения за лесными пожарами ведутся только в зоне активной охраны лесов, охватывающей 2/3 общей площади лесного фонда. В северных районах Сибири и Дальнего Востока, охватывающих 1/3 лесного фонда страны, учет пожаров и активная борьба с огнем практически отсутствуют. В зоне активной охраны лесов ежегодно регистрируется от 15 до 30 тыс. лесных пожаров на площади от 0,5 до 2,5 млн га.
Своевременное обнаружение очагов пожаров и определение их характеристик - одна из серьезнейших задач. Наиболее распространенный и традиционный способ ее решения в региональном масштабе - организация авиапатрулирования пожароопасных областей, что требует значительных материальных затрат. Из общей активно охраняемой площади в 760 млн га, обслуживаемая авиацией территория охватывает около 725 млн га. При этом около 550 млн га, расположенных в таежной зоне с редкой сетью дорог, отнесены к районам преимущественного применения авиационных средств пожаротушения. Резкое снижение ассигнований, выделяемых на охрану лесов в последние годы, в наибольшей степени отразилось на авиационной охране лесов. Следствием этого стало существенно возросшее число выходящих из-под контроля лесных пожаров, принимающих характер стихийных бедствий.
В этой связи возникает необходимость привлечения всех доступных средств оперативного обнаружения пожаров на ранней стадии их развития, что объясняет возрастающую роль в этом спутниковых систем дистанционного зондирования Земли. Космический мониторинг имеет ряд преимуществ, по сравнению с авиаразведкой: высокую оперативность, большую площадь охвата земной поверхности и меньшие операционные расходы. На охраняемой территории спутниковые данные служат существенным дополнением к традиционным методам обнаружения, а на неохраняемой – единственным средством мониторинга и оценки последствий лесных пожаров.
Обнаружение пожаров на снимках Земли из космоса возможно благодаря значительной разнице температур земной поверхности (обычно не выше 10-25 град. С) и очага пожара (300-900 град. С), что приводит к разнице в тепловом излучении этих объектов в тысячи раз. Эта особенность позволяет, при съемке тепловой аппаратурой с пространственным разрешением 1 км, обнаружить очаг пожара площадью 100 м2, или зону тления площадью 900 м2. Оперативное обнаружение очагов возгорания такой площади позволяет принять своевременные меры к их ликвидации.
Из современных спутников для целей оперативного пожарного мониторинга наибольшее применение нашли спутники серий NOAA (радиометр AVHRR с пространственным разрешением 1 100 м и полосой обзора – 3 000 км) и EOS (спутники Terra и Aqua с установленным на них радиометром MODIS с пространственным разрешением 250, 500, 1 000 м и полосой обзора 2 330 км).
Каждая из этих спутниковых систем позволяет осуществлять оперативный контроль обширных территорий с получением данных не реже 6 раз в сутки (спутники серии NOAA) и 4-6 раз в сутки (спутники серии EOS).
Выбор именно этих спутниковых систем объясняется, в первую очередь, безлицензионным (бесплатным) приемом снимков с этих систем при наличии приемной станции, а также появлением в последнее время относительно недорогих, по сравнению с зарубежными аналогами, приемных станций. Например, станции СканЭкс для приема данных AVHRR и станции ЕОСкан и УниСкан для приема данных MODIS спутников серии EOS, разработанные и поставляемые ИТЦ СканЭкс.
Алгоритм автоматического определения очагов пожаров реализован в программном обеспечении, поставляемом ИТЦ «СканЭкс»:
- ScanViewer (для спутников серии NOAA);
- ScanEx MODIS Processor (для спутников серии EOS).
Возможно совместное использование данных со спутников серий NOAA и EOS. Это повышает оперативность получения информации и увеличивает вероятность раннего обнаружения очагов пожара.
Существует несколько вариантов получения снимков обеих систем потребителем:
- по сети Internet практически в режиме реального времени;
- получение снимков со спутников серии EOS по сети Internet в дополнение к приему данных со спутников серии NOAA на собственную приемную станцию;
- прием данных обеих систем на собственные приемные станции.
Оба источника информации, т.е. AVHRR-NOAA, а в последнее время также MODIS-EOS, используются для целей пожарного мониторинга во многих странах (например, в Бразилии, Канаде, Финляндии). В США данные, получаемые с обеих систем, использовались во время катастрофических пожаров 2000 г. в штатах Монтана и Айдахо. В Финляндии разработана и отлажена национальная автоматическая программа приема, обработки и рассылки сообщений об обнаруженных лесных пожарах на места.
В нашей стране для проведения оперативного космического мониторинга в интересах служб пожароохраны лесов функционируют приемные центры, развернутые во многих городах. Так, создана ведомственная сеть станций Министерства Природных Ресурсов России с центрами приема спутниковых данных в гг. Москве, Екатеринбурге, Иркутске, Якутске, Южно-Сахалинске и Геленджике.
Источник: te-st.ru
На сайте te-st.ru
опубликовано интервью с Г. Потаповым. Публикуем текст полностью; оригинал находится .
Мы поговорили с Георгием Потаповым, руководителем проекта «Космоснимки – Пожары» , о мониторинге, обработке данных со спутников и использовании карты пожаров.
Е.И.: Расскажите, как и когда появился проект «Космоснимки – Пожары»?
Г.П.: История проекта «Космоснимки – Пожары» начинается с 2010 года. Многие помнят, какая тогда была ситуация с пожарами и информацией о них – вокруг была информационная паника, обусловленная тем, что информации было мало. При этом все знали, что кругом горят леса, торфяники. Все дышали смогом, вредным для здоровья, но информации практически не было: что горит? Где горит? Горит ли вблизи вашей дачи? Горит ли вблизи вашего города? Куда понесет дым в ближайшие дней?
Как один из вкладов в удаление этого информационного голода мы в компании ScanEx сделали публичную карту пожаров и стали выкладывать на нее всю информацию, которую могли извлечь из технологии спутникового мониторинга.
С тех пор мы выпустили версию с глобальным покрытием пожаров за счет интеграции данных NASA, американского аэрокосмического агентства. NASA также является оператором тех спутников, данные которых мы обрабатываем.
В начале этого лета произошло второе важное изменение – появилась бета-версия сервиса оповещения. Это то, что мы давно хотели сделать, – создать коммуникационный сервис. Благодаря этому сервису пользователи смогут получать информацию о ситуации на интересующей его территории. Например, если у вас есть мобильное приложение, вы получаете информацию о предупреждениях или угрозах в окрестностях своего местоположения. Также возможно будет получать по электронной почте отчеты о случившихся пожарах.
Е.И.: А кто принимает решение о том, является ли данная ситуация угрозой и высылать ли уведомление?
Г.П.: Сейчас мы по факту транслируем всю информацию – если есть в нашей системе информация о пожаре, мы высылаем уведомление. Мы планируем в дальнейшем анализировать эту информацию с точки зрения угроз, в том числе – куда этот пожар может распространяться и чему он может угрожать. Пока аналитика находится в таком зачаточном состоянии. Например, определяются все города, которые находятся в непосредственной близости от мест, где происходят пожары.
Е.И.: Это определяется машинным методом? Как вообще система понимает, что в данном месте пожар?
Г.П.: Да, это автоматизированная система. Она работает на основе автоматических алгоритмов распознавания термальных аномалий по инфракрасным каналам спутниковой съемки. Метод основан на разнице температур в инфракрасных каналах, и если есть какая-то термальная аномалия, алгоритм принимает ее за пожар. Потом с помощью настроек проводится дополнительная параметризация этого сигнала, а после этого принимается решение о том, является ли эта точка пожаром, или нет.
Е.И.: Данные, которые вы получаете со спутников, находятся в открытом доступе? Как они попадают к вам?
Г.П.: Информация со спутников – это открытые данные, это информация с американских спутников «Terra», «Aqua» и «NPP». По программе NASA Earth Observation Program было запущено два спутника, сейчас к ним присоединился третий. У спутников ограниченный ресурс, поэтому, возможно, какие-то из них с течением времени выйдут из строя. Но вообще в будущем их должно становиться больше, данные с них, надеюсь, будут открытыми, и нам удастся их использовать для разных целей, в том числе для мониторинга пожаров.
Сейчас данные попадают к нам из двух источников. Первый источник – это сеть центров ScanEx, центров приема и обработки данных, из которых мы получаем результаты детектирования пожаров, выкладываем эти результаты на карту и т.д. А второй источник – это информация более высокого уровня, которую мы скачиваем с серверов NASA. С серверов NASA мы скачиваем уже готовые маски пожаров – выделенные по спутниковым снимкам пожары. Дальше мы точно так же эти данные добавляем на карту и визуализируем их как отдельный слой. Если вы посмотрите, то на карте есть два слоя – пожары ScanEx и пожары FIRMS.
Е.И.: Вы не объединяете их в один слой?
Г.П.: Нет, потому что один из них более оперативный, а другой зато предоставляет глобальное покрытие. Поэтому сейчас мы их не склеиваем.
Е.И.: Почему один из слоев является более оперативным, и какая разница между ними во времени?
Г.П.: Пара часов, как нам кажется, в среднем. Потому что данные на американских серверах выкладываются с некоторой задержкой – пока долетит спутник и сбросит информацию, может быть, задержка связана еще с цепочкой обработки. Но оперативность – это одна из компонент информационного сервиса, которая важна для спасателей и для служб, принимающих решения на основе этой информации. Для них, чем раньше они узнают о пожаре, тем лучше, тем меньшими средствами и силами они могут с этим пожаром справиться.
Причем, как правило, спасателями, лесниками и МЧСовцами используется комплексный мониторинг – и наземные средства наблюдения, наблюдатели, которые сидят на вышках, и видеокамеры, установленные на вышке, на изображения с которых оператор смотрит в диспетчерском центре. Но есть большие территории, на которых никакая другая информация не доступна, кроме космической съемки.
Е.И.: А насколько точными являются данные? Были ли ситуации, когда ошибочно определялся пожар?
Г.П.: Да, это частая проблема вообще в автоматических алгоритмах. Вы всегда выбираете: либо у вас есть избыточная информация, но вы можете получить много ложных срабатываний, либо вы ограничиваете эти ложные срабатывания, но при этом упускаете, возможно, какую-то информацию. Это неизбежно, и даже если глазами искать на спутниковом снимке термальные аномалии, то все равно можно ошибиться и принять неправильное решение о том, является ли конкретная термальная аномалия пожаром или не является.
Кроме того, есть, например, такая проблема, как техногенные источники тепла – трубы заводов, факела, которые образуются при сжигании газа при добычи нефти. Все это часто оставляет сигнал на карте пожаров. Но мы такие ложные тревоги стараемся фильтровать тем, что просто наносим эти места на карту и создаем такую маску, которая фильтрует эти ложные сигналы.
Если вы посмотрите на карту, то для слоя ScanEx есть желтые пожарчики, обозначенные другим стилем, – это вот те вероятные техногенные источники, базу которых мы стараемся пополнять по мере сил.
Е.И.: Как в таком случае осуществляется верификация данных?
Г.П.: Как я уже сказал, мы создаем маску этих техногенных источников, т.е. мы просто термоточки – пожары, определенные по спутниковым данным, – маскируем в окрестности техногенных источников. А сами источники просто отмечаем на карте – смотрим на спутниковые снимки, иногда подгружаем слой с Викимапии для того, чтобы посмотреть, есть ли на этом месте какой-то завод или какое-то добывающее предприятие, от которого могут возникнуть факела.
Есть и другой способ – автоматической верификации, полученный результат которого затем проверяется вручную. Этот способ позволяет оптимизировать поиск техногенных источников.
Е.И.: Но вы не проверяете каждый новый пожар на карте?
Г.П.: Нет, каждый новый пожар мы не проверяем вручную, на это просто не хватит наших рук. Мы показываем информацию как есть и говорим, что это автоматические результаты, полученные таким вот способом. Решение о том, является ли данная термоточка пожаром, или не является, остается за конечным пользователем.
Е.И.: Сколько людей участвуют в работе над проектом?
Г.П.: В основе всего лежат открытые технологии, и мы используем открытые алгоритмы, которые применяем, внедряем и в какой-то степени адаптируем, поэтому на этом проекте задействовано немного людей. Вообще, самими этими технологиями детектирования пожаров по спутниковым снимкам занимается научная группа в американском университете, в какой-то степени в этом участвуют российские специалисты.
У нас этим проектом занимаются три человека, совмещая его с основной работой.
Е.И.: «Космоснимки» – это некоммерческий проект?
Г.П.: Сам публичный сайт – проект некоммерческий. Но мы предлагаем и коммерческие решения на основе этого проекта и работаем с заказчиками – занимаемся внедрением технологий, консалтингом и т.д. Те технологии, которые были разработаны для карты пожаров, используются и в коммерческих заказах.
Например, в 2011 году был проект в интересах Министерства природных ресурсов, который, к сожалению, они потом прекратили. В рамках этого проекта мы предоставляли оповещения о пожарах на всех охраняемых территориях федерального значения – заповедниках, заказниках, национальных парках. Дирекциям и администрациям соответствующих заповедников высылалась информация, предупреждающая их об угрозе пожара в границах заповедника или в буферной зоне, т.е. поблизости от данной охраняемой природной территории.
Как показал опыт внедрения этого проекта, такая информация была для них очень полезна, потому что они иногда даже лишены скоростного доступа в Интернет и не могут искать в Интернете информацию о результатах космического мониторинга. А в рамках этого проекта они получали СМС на свои мобильные телефоны – в сообщениях им приходили координаты задетектированного пожара. Дальше они уже своими силами проверяли эту информацию на местности.
Е.И.: А были ли ситуации, когда карта помогла при пожаре или предотвратить последствия?
Г.П.: Вот, например, эта история про заповедники. Я несколько раз слышал про астраханский заповедник – ребята ехали тушить один пожар, а им прислали оповещение про другой. Они выехали, действительно там обнаружили пожар и быстро его загасили.
Е.И.: Как быстро на карте появляется информация о пожаре?
Г.П.: Информация поступает примерно в течение получаса после пролета спутника. Спутник пролетел, информация пошла в обработку, потом стала доступна на сайте. Каждый спутник пролетает два раза над одной и той же точкой, а поскольку используется три спутника, то получается шесть съемок в сутки одной территории. Это значит, что если на данной территории происходит пожар, то информация о нем будет обновлена шесть раз в течение суток.
Е.И.: Вы сохраняете все данные о пожарах?
Г.П.: Да, у нас хранится архив с 2009 год. Вообще архив данных с этих спутников доступен и за более ранние годы, но мы ведем свой архив со старта проекта.
Е.И.: Какие у вас планы на будущее? Как вы хотите развивать проект дальше?
Г.П.: У нас в самых ближайших планах есть создание глобального ресурса, который будет представлять информацию по всему миру. Кроме того, мы надеемся, что можно будет использовать не только данные со спутников, но и другие данные, например, данные регионального мониторинга.
Я разговаривал уже много раз с разработчиками систем видеонаблюдения за пожарами – это системы, которые продаются конкретным заказчикам, например, региональным лесхозам. Они закупают эту систему и с помощью нее проводят мониторинг пожаров на своей территории. И я бы очень хотел, чтобы нам удалось договориться с ними и заинтересовать их, чтобы они этой информацией обменивались и использовали нашу карту пожаров, как площадку для обмена информацией.
Кроме этого, хочется, чтобы была возможность разрабатывать технологии, и мы намерены вкладывать в это наши собственные силы, насколько это будет возможно. Это, например, технологии прогнозирования пожароопасности на основе карты пожаров. Сейчас не существует прогнозных моделей распространения пожаров и задымления, это целый нетронутый пласт, а касается это очень многих. Вот вы живете, например, в Москве и вам важно знать прогноз задымления из-за горящих где-то в соседней области или в Подмосковье пожаров. Все мы пользуемся прогнозом погоды, но этот прогноз не включает никогда информации о пожароопасности или экологических угрозах. Будет ли такая информация включаться в метеорологическую информацию в дальнейшем – это вопрос будущего и вложения каких-то коллективных усилий.
Е.И.: Вы не думали о том, чтобы сделать «Космоснимки» открытым краудсорсинговым проектом, чтобы каждый пользователь мог добавлять информацию о пожарах?
Г.П.: У нас есть пользователи, которым мы такие возможности представляем. Это те, кто выезжает на пожары, но даже они сейчас активно не добавляют информацию. Я просто не вижу, к сожалению, перспектив у такого шага.
А вот добавление на карту техногенных источников – там, где по спутниковым снимкам или по картам можно сделать вывод о том, что в этом месте находится какой-то антропогенный источник тепла, – это действительно нужно сделать. Может быть, предложить сообществам, которые занимаются открытыми данными, поучаствовать в этом проекте. Я просто до этого не добрался еще, но такие идеи были.
Экстремально жаркая и засушливая погода, случившаяся нынешним летом в центральных районах европейской части России, и, как следствие этого, масштабные лесные пожары, бушевавшие во многих регионах, привлекли внимание к возможности использования космических съемок для оперативного выявления очагов возгораний. Мы попросили коротко осветить некоторые злободневные вопросы заместителя директора Института космических исследований РАН, отвечающего за направление «Исследование Земли из космоса», одного из руководителей работ по созданию, внедрению и поддержке информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров Федерального агентства лесного хозяйства (ИСДМ-Рослесхоз), доктора технических наук Е.А. Лупяна.
В немногочисленной публичной информации об использовании космических съемок для мониторинга лесных пожаров в России этим летом упоминаются в основном космические аппараты Terra и Aqua cо спектрометром MODIS. Достаточно ли, на Ваш взгляд, только данных с этих спутников?
Дистанционный мониторинг лесных пожаров сегодня - это комплексный вопрос. Его не следует понимать только как мониторинг активно действующих пожаров. Это еще и мониторинг пожарной опасности, оценка пройденных огнем площадей, степени повреждения лесов и решение многих других задач, необходимых для ведения работ по обнаружению и тушению лесных пожаров, а также оценки их последствий. Конечно, все эти вопросы нельзя решить, используя только данные MODIS. Даже если говорить о получении информации об активном горении, то, как показывает наш опыт, для повышения частоты наблюдения действующих пожаров, безусловно, полезно вместе с данными MODIS использовать и данные приборов AVHRR со спутников NOAA.
Какие из работающих на орбите космических аппаратов перспективны для решения этих задач?
Если говорить о реальном опыте использования спутниковых данных для комплексного Мониторинга природных пожаров и их последствий, то, кроме данных спутников Terra, Aqua (прибор MODIS) и NOAA (прибор AVHRR), в ИСДМ-Рослесхоз сейчас массово используются данные спутников Landsat и SPOT-4. Для детальных выборочных оценок последствий отдельных пожаров используются также данные RapidEye. В ряде случаев (например, для верификации алгоритмов оценки повреждений лесов пожарами), безуслов но, полезны и данные сверхвысокого пространственного разрешения, например QuickBird. Правда, речь о массовом использовании таких данных для решения задач лесопожарного мониторинга пока не идет, в первую очередь из-за высокой цены данных и низкой периодичности съемки. Большие надежды мы возлагаем в перспективе на использование данных среднего пространственного разрешения, в том числе получаемых прибором КМСС, который, как мы надеемся, будет устойчиво работать на российских метеорологических спутниках серии Метеор-М.
Выделяются ли государством достаточные средства для ведения космического мониторинга лесных пожаров?
В последние несколько лет на обеспечение работы и дальнейшее развитие ИСДМ-Рослесхоз выделялись достаточно адекватные средства. К сожалению, в этом году средства были существенно сокращены, что привело в первую очередь к снижению объемов используемых в системе данных высокого пространственного разрешения и соответственно уменьшению работ по детальной оценке отдельных гарей. С учетом того, что в рамках лесопожарного мониторинга должны также решаться вопросы оценки постпожарных изменений и подготовки информации для обновления лесного реестра, необходимо увеличение средств на проведение такого мониторинга.
Можно ли оценить эффективность использования данных ДЗЗ для выявления очагов возгораний?
Следует отметить, что выявление очагов возгораний как одна из основных задач спутникового мониторинга стоит только в зонах космического мониторинга первого уровня (где решения о реакции на возникшие пожары принимаются только после их обнаружения по спутниковым данным) и космического мониторинга второго уровня (где тушение пожаров вообще не производится и мониторинг осуществляется только спутниковыми системами). В этих зонах спутниковый мониторинг сейчас полностью заменил авиационный, и альтернативы ему нет.
В зонах же авиационного и наземного мониторинга задача обнаружения пожаров лежит пока на наземных и авиационных средствах. В то же время, как показывает опыт эксплуатации ИСДМ-Рослесхоз, даже в этих зонах на основе спутниковых данных обнаруживается (т.е. впервые наблюдается) значительное число пожаров. Например, в 2009 г. более 50% пожаров, которые в дальнейшем стали крупными, были зарегистрированы по спутниковым данным на сутки раньше, чем по наземным и авиационным данным.
Высказать свое мнение о современном состоянии и перспективах мониторинга лесных пожаров из космоса с помощью оптико-электронных и радарных систем мы предложили также специалистам компании «Совзонд».
А.С. Черепанов, старший инженер по тематической обработке данных ДЗЗ, кандидат географических наук.
«Использование данных мультиспектрального сенсора MODIS, установленного на аппаратах Terra и Aqua американской системы EOS (Earth Observation Satellites), уже стало традиционным для целей выявления большинства контрастных тепловых аномалий на поверхности Земли, в том числе и раннего выявления очагов лесных и степных пожаров. Обусловлено это, с одной стороны, революционным для своего времени (Terra функционирует с 1999 г., Aqua - c 2002 г.) набором спектральных зон (всего 36, они покрывают диапазон от 0,6 до 14 мкм), широкой полосой охвата (2330 км), высокой периодичностью съемки и, что также немаловажно, открытым бесплатным доступом для всех физических лиц и организаций, а с другой - отсутствием реальной альтернативы для замены этих данных при решении указанной задачи. На современных съемочных системах среднего и высокого пространственного разрешения зачастую отсутствует аппаратура для съемки в среднем инфракрасном и инфракрасном диапазонах спектра, а на тех системах, где она есть (Landsat-5 / TM, Landsat-7 / ETM, Terra/ASTER), не используется очень важный для выявления очагов пожара диапазон - 3,5–4 мкм. Поэтому, несмотря на все имеющиеся недостатки (низкое пространственное разрешение (около 1 км) в важных для выявления очагов пожара диапазонах спектра 3,5–4 и 8–9 мкм; сложная геометрия, требующая специальных приемов при обработке; сильные искажения на краях сцен; низкая точность орбитальной привязки), на сегодняшний день данные сенсора MODIS остаются незаменимыми при решении такой важной и как никогда актуальной задачи мониторинга и выявления очагов лесных пожаров (рис. 1). Безусловно, появление нового спутника (или группировки из спутников), выполняющего съемку в диапазонах спектра 3,5–4 и 8–9 мкм с хорошим пространственным разрешением (100–200 м), могло послужить существенным дополнением к имеющейся системе мониторинга и выявления очагов лесных пожаров».
Ю.И. Кантемиров, ведущий специалист отдела программного обеспечения по обработке радарных данных.
Рис. 1. Данные сенсора MODIS. Лесные пожары в Австралии, январь 2002 г. Инфракрасный канал 9 мкм. Размер пиксела - 1 км . «Использование спутниковых радарных данных для мониторинга лесных пожаров и их предотвращения представляется крайне перспективным ввиду всепогодности радарных съемок.
Однако первые попытки по оконтуриванию гарей, описанные во многих публикациях 1990-х гг., нельзя назвать удачными. Оказалось, что на некоторых радарных снимках гари четко дешифрируются, а на других снимках их не видно совсем. Анализ многопроходных серий радарных снимков также показал, что в некоторых случаях появление и развитие гарей хорошо заметны, в то время как в других случаях никаких изменений на радарных снимках выявить не удается, хотя было известно, что пожары на анализируемых территориях произошли. Этот не слишком удачный опыт 1990-х гг. объясняется довольно просто. В то время широко использовались радарные спутники ERS-1 и ERS-2, которые выполняли съемку только лишь в одной поляризации (ВВ) и только под одним относительно небольшим углом
Рис. 2 Мультивременной RGB-композит на территорию Саскачеван (Канада). В красном канале - снимок ERS за апрель 1995 г., в зеленом - за октябрь 1995 г., в синем - за январь 1996 г. Водная поверхность показана темно-зеленым и синим цветами. Красно-коричневый цвет большая часть снимка) - неповрежденный лес. Светло-голубой цвет - гарь от пожара летом 1995 г. . съемки (23°). Однако даже при таких ограниченных возможностях достигались хорошие результаты за счет анализа интерферометрической когерентности, изменений амплитуды отражения и построения мультивременных RGB-композитов (рис. 2). C появлением новых спутников, способных производить съемку одновременно в четырех поляризациях (ВВ, ВГ, ГВ, ГГ) и в широком диапазоне углов съемки (от 10 до 60°), выяснилось, что съемка в 4-поляризационном режиме или в 2-поляризационном режиме с кросс-поляризацией при больших углах съемки от вертикали значительно усиливает контраст между гарью и окружающим лесом.
С помощью технологий поляриметрии и
Рис. 3. RGB-композит, построенный по трем поляризационным каналам одного радарного 4-поляризационного снимка ALOS/PALSAR. Красный канал - поляризация ГГ, зеленый - ГВ, синий - ВВ) . поляризационной интерферометрии, реализованных в программном комплексе SARscape, можно создать серию выходных тематических продуктов, на которых выделяются гари и наблюдается их развитие во времени. В настоящее время, по мультиполяризационным данным при значительных углах съемки от вертикали уверенно выделяются классы «лес» и «не лес». Сложнее отделить вырубки от гарей. Если недавние вырубки довольно уверенно выделяются в отдельный класс, то старые вырубки от гарей отличить довольно сложно. Пример выделения гарей и вырубок приведен на рисунке 3.
Выводы: для задач мониторинга пожаров радарные данные ДЗЗ должны применяться в комплексе с оптическими и по возможности при поддержке полевых наблюдений. Многопроходные интерферометрические серии радарных снимков предпочтительнее, чем единичные изображения».
Давно обещала вывесить краткую инструкцию... Вот, выполняю.
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"
