icon

Система оперативного мониторинга СКАНЭКС, проект «Карта пожаров»

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, NPP, NOAA-20. 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 спутниковым изображениям). 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. Данные о пожарах публикуются на карте, что обеспечивает удобный просмотр и поиск информации, а также связанных тематических слоев.
Основным пользовательским сервисом является «Карта пожаров». По умолчанию отображается информация за период – последние 24 часа + текущие сутки (+ XX часов UTC). 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 спутниковым изображениям). Если вы планируете использовать данные - пожалуйста, ссылайтесь на сайт и на авторов.

Детектирование пожаров по спутниковым изображениям

Данные о пожарах (маска пожаров) являются продуктом автоматизированной тематической классификации данных дистанционного зондирования Земли – космических снимков, поступающих со спутников Terra, Aqua, NPP, NOAA-20. Период и время обновления данных зависит от периода и времени пролета спутника над данной конкретной территорией. В среднем периодичность составляет 2-6 раз 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. К примеру, по указанным ссылкам вы можете просмотреть расчетную схему пролетов Terra и Aqua. Программа NASA по спутниковому мониторингу Земли (Earth Observation System) позволяет свободно использовать данные оперативной съемки аппаратов Terra, Aqua, NPP, NOAA-20. Компания СКАНЭКС ведет прямой прием этих данных на станции в приемных центрах в Москве, Мегионе, Иркутске и Магадане. Принятые данные поступают в автоматическую цепочку обработки и подготовки продуктов, которая включает стадию первичной обработки данных, создание на основе базовых продуктов космической съемки тематических продуктов высокого уровня (таких как маски ледового и снежного покровов, маска облачности, температура поверхности, пожары и тепловые аномалии), подготовку продуктов для интернет-доступа и публикацию в портале. На карте пожаров данные указанных спутников используются для детектирования вероятных очагов пожаров и для подготовки ежедневного обзорного покрытия космическими снимками.
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»

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 космических данных, по которым ведется детектирование пожаров, создается RGB синтез 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, 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 определяет 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.

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. Окончательное решение о достоверности и типе источника остается за пользователем.

Верификация данных о пожарах

Данные автоматического детектирования пожаров 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. Такие данные распространяются на коммерческой основе, но результаты верификации, полученные с использованием этих данных дополнительно улучшают качество сервиса.

Карта пожаров PRO

Сервис представляет собой продвинутую версию для организаций с расширенной поддержкой и возможностями. Расширенный функционал PRO-версии включает:
  • Дополнительный источник данных о пожарах с аппарата NOAA-20
  • Отображение дополнительных оперативных спутниковых данных, используемых для обнаружения пожаров: NOAA-20, NPP
  • Доступ к космической съемке с пространственным разрешением 10-15 м на территории распространения пожаров
  • Авторизованный доступ к собственной отдельной версии портала
  • Гарантированная техническая поддержка
  • Рассылка оповещений о пожарах по списку пользователей организации, в границах интересующей территории (geo-fencing alerts) — Email, SMS, CSV-отчеты
  • Возможность выгрузки отчетов о пожарах в какой-либо области
  • Доступ к данным о пожарах по API, WMS или FTP для интеграции в корпоративные ГИС
  • Дополнительный сервис Scanex Meteo по доступу к данным прогноза погоды

Для доступа к PRO-версии сервиса достаточно отправить заявку на подключение на электронный адрес services@scanex.ru. Наши консультанты непременно свяжутся с Вами для дальнейших действий.