Система оперативного мониторинга СКАНЭКС, проект «Космоснимки - Пожары»

Система оперативного мониторинга природных пожаров базируется на основе сети приемных центров российской компании СКАНЭКС, которые принимают информацию в режиме реального времени со спутников Terra, Aqua и NPP. Главная цель сервиса - доведение результатов мониторинга пожаров до широкого круга заинтересованных пользователей. Проект ориентирован как на обычную интернет-аудиторию, так и на специалистов. В качестве базовой компоненты сервиса используется технология, основанная на алгоритме автоматического детектирования пожаров по «тепловым» каналам спутниковой съемки (подробнее см. детектирование пожаров по данным MODIS). Область мониторинга включает в себя всю территорию России, глобальное покрытие обеспечивается данными системы FIRMS (https://earthdata.nasa.gov/firms), исходные продукты скачиваются с серверов NASA (LANCE) сразу после их публикации, постобработка производится на серверах СКАНЭКС. Основными задачами данного сервиса являются высокая оперативность донесения информации о пожарах и ее доступность. С этой целью все данные выкладываются на карту, что обеспечивает удобный просмотр и поиск информации, а также связанных тематических слоев. Дополнительная информация включает такие данные как: прогноз погоды, границы торфяников, границы выгоревших территорий, границы заповедников, лесной покров etc.
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 кластеры пожаров), с помощью зумирования карты можно перейти на более крупный масштаб, на котором показываются контуры кластеров и, еще ближе, все термоточки (см Детектирование пожаров по MODIS).
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


*"Карта пожаров" имеет интерфейс для конфигурирования настроек отображения и инстурменты встравивания виджетов и данных в сторонние приложения. (подробнее см Решения для организаций)

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
Техногенные источники теплового излучения (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
Если вы использовали данные сервиса в своей научной, исследовательской или проектной работе – пожалуйста, сохраняйте информацию об источнике (© RDC SCANEX, Fires.Kosmosnimki.Ru)

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.).

Периодичность мониторинга

Данные о пожарах (маска пожаров) являются продуктом автоматизированной тематической классификации данных MODIS – снимков, поступающих со спутников Terra и Aqua. Период и время обновления данных зависит от периода и времени пролета спутника над данной конкретной территорией. В среднем периодичность составляет 4 раза в сутки: орбиты спутников построены таким образом, что каждый из них оказывается над одной и той же территорией дважды в сутки (один дневной пролет и один ночной). Периодичность мониторинга конкретной территории зависит от размеров и географического положения по широте. Ближе к северным широтам периодичность возрастает за счет наложения пролетов. По ссылкам вы можете просмотреть расчетную схему пролетов Terra и Aqua.

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 NPP 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:
Количество спектральных каналов 36
Пространственное разрешение (м) 250-1000
Радиометрическое разрешение (бит/кан) 12
Обзорность (ширина полосы съемки) (км) 2330
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»

Детектирование пожара по съемкам: 1 km Terra/MODIS (слева), 375 m VIIRS (в центре), and 1 km Aqua/MODIS (справа) в Южной Ьразилии 26-31 марта 2013
C сайта http://viirsfire.geog.umd.edu/

Новые спутники (NPP VIIRS)

Новым спутником со спектрорадиометром, аналогичным по своим характеристикам "MODIS", является спутник NPP c установленной на борту камерой VIIRS (начал работать в 2012г). По своим орбитальным характеристикам спутник похож на AQUA, алгоритм детектирования пожаров базируется на основе алгоритма "MODIS".
Камера VIIRS, обладая схожими характеристиками по захвату изображения, содержит в ИК диапазоне принципиально лучшие по разрешению L-каналы (375м/пк VIIRS vs 1000м/пк MODIS). Были проведены эксперименты когда, при хороших условиях, в этих каналах детектировался очаг пламени с диаметром 2.5м. Однако, в настоящий момент эти каналы в алгоритме не задействованы, а используются только M-каналы (750м). Связано это по всей видимости, с недостаточной апробацией и историей экспериментов автоматического детектирования пожаров в новых каналах. Разработчики выпускают новые версии и следует ожидать, что появится улучшенный алгоритм с использованием L-каналов, который позволит получать результаты детектирования более мелких пожаров, т.е. в некоторых случаях детектировать пожары на более ранней стадии по сравнению с нынешними возможностями.
Подробнее см. - 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. потеря видимости пожаров со спутника из-за облачности). Кроме того, на вероятность обнаружения пожара влияют такие факторы как разностная температура и размер пожара. (см. минимальный размер детектируемых пожаров).

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 минимальный размер детектируемых пожаров)

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. кластеры пожаров)

Минимальный размер детектируемых пожаров

Не смотря на то, что площадь пикселя (элементарной области наблюдения) в инфракрасном канале 1км2, в среднем алгоритм детектирования пожаров по данным MODIS 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 ложными сигналами 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 алгоритм «кластеризации», 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 дополнение к табличному выводу статистика отображается на карте - слой "Статистика пожаров по районам".

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 поддержкой

Кроме того, с использованием платформы GeoMixer сервис может быть развернут и в локальной сети предприятия, имеющей выделенный канал с доступом по протоколу HTTP/HTTPS, или даже полностью автономный центр приема и обработки данных со спутников.

Fires_DPC_scheme

Основные компоненты системы:

  • Центр приема и обработки данных со спутников (удаленное подключение к сети СКАНЭКС или автономное решение)
  • Геопортал
  • База данных геопортала
      Модули:
    • Каталог слоев и изображений
    • Модуль моделирования пожаров
    • Модуль системы оповещений
  • Внешние сервисы системы
    • Базовые карты
    • Заказ оперативной съемки
    • Оперативные метеоданные и прогноз
    • ...

Обратиться по поводу коммерческого предложения и ответов на интересующие вопросы вы можете по адресу: help@kosmosnimki.ru или по тел. 7 (495) 739 7385

Оповещения о пожарах

В новой версии сайта будет доступна публичная подписка на оповещения о пожарах. В настоящее время, если вы заинтересованы в сервисе оповещений - см решения для организаций.

EmailAlerts