Способы обнаружения (мониторинг) и тушения природных пожаров

Технологии и способы мониторинга лесных пожаров на территории РФ

Технологии и способы мониторинга  лесных пожаров на территории РФ

Шаймарданова Р.М., Исаева О.Ю.,

ГОУ ВПО Уфимский государственный  авиационный технический университет,

г. Уфа, Российская Федерация

Проблема лесных пожаров  по праву может считаться одной  из наиболее серьезных проблем, связанных  с безопасностью жизнедеятельности  человека и состоянием окружающей среды, нерешенных в настоящий момент.

Лесные пожары являются мощным природным и антропогенным  фактором, существенно изменяющим функционирование и состояние лесов. Они наносят  урон экологии, экономике, а часто  и человеческие жизни оказываются  под угрозой.

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 (федеральный орган управления лесным хозяйством России),

— региональном (органы управления лесным хозяйством субъектов РФ),

— 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.

Наземный мониторинг

Обратите внимание

Раньше существовала система наземного мониторинга, суть которой заключалась в обустройстве специализированных высотных сооружений, на которых находился человек и визуально контролировал состояние лесных массивов.

Такой способ позволял одному человеку осуществлять мониторинг большой территории (около 30 км вокруг места установки вышки в зависимости от ее высоты, рельефа местности и погодных условий), на ранней стадии обнаруживать возгорание и при возможности обнаружения с нескольких точек определять его координаты методом триангуляции.

В 1980 – х гг ввели в использование PTZ-камеры для мониторинга лесных массивов при помощи видеонаблюдения.

Разрабатываемые и применяемые тогда системы представляли собой телеустановки в составе управляемой PTZ-камеры, размещаемые на высотных сооружениях, а также телевизионное устройство и пульт управления, расположенные непосредственно рядом с вышкой. Около каждой вышки находился оператор, который в ручном режиме просматривал территорию.

Наиболее перспективным является размещение на высотных сооружениях PTZ-IP-видеокамер, которые объединяются в единую систему с использованием каналов опорной сети операторов с дальнейшим подключением их в сеть Интернет.

Преимущества такого подхода:

Отсутствие необходимости  создания специализированных высотных сооружений с наличием питания –  совместное использование объектов связи.

Возможность доступа одного оператора к нескольким камерам  и, как следствие, уменьшение влияния  человеческого фактора, увеличение площади лесных территорий, приходящихся на одного оператора.

Возможность одному оператору  определять координаты очага возгорания при видимости с нескольких камер.

Авиационный мониторинг

Важно

Применение авиации для  обнаружения и тушения лесных пожаров позволяет за счет раннего выявления резко сократить площадь горения, а также предотвратить распространение пожара на населенные пункты и другие объекты.

К лесоавиационным работам  относятся:

— авиационная охрана (патрулирование) лесов от пожаров и тушение их с применением авиации;

— аэрофотосъемка лесов;

— аэротаксация лесов;

— лесопатологическое обследование;

— фенологические наблюдения;

— авиахимические работы по борьбе с вредителями лесов, нежелательной древесно-кустарниковой растительностью;

— аэросев леса;

— авиаобслуживание лесной промышленности, лесозаготовок и лесосплава.

Авиация МЧС России (создана в 1995 г.) является одним из самых оперативных и эффективных формирований не только в нашей стране, но и во всем мире. Она включает в себя 51 воздушное судно (18 самолетов и 33 вертолета}, в том числе:

— многоцелевой самолет Ан-3, способный перевозить до 2 т грузов;

— самолет-амфибия Бе-200, предназначенный для тушения пожаров (может перевозить 12 т груза);

— транспортный самолет Ил-76, способный доставить на место пожара до 42 т огнетушащих веществ, а также обеспечить доставку различных грузов, в их числе аварийно-спасательные комплексы.

Вертолетный парк включает в себя универсальные машины Ми-8 и Ка-32, легкие аварийно-спасательные вертолеты Бо-105 и БК-117, а также тяжелые многоцелевые вертолеты Ми-26Т. В 2007 г. авиация МЧС России совершила более 13 тыс. полетов с общим налетом около 12 тыс. часов, в том числе 955 часов в зоны чрезвычайных ситуаций и 202 часа в рамках гуманитарных операций.

Беспилотный авиационный мониторинг

В современных условиях уровень развития беспилотных авиационных  технологий в России позволяет четко  оценить возможности беспилотных  летательных аппаратов (БПЛА) разных классов.

Учитывая широкий спектр БПЛА, целесообразно их классифицировать по набору ключевых характеристик.

1. Микро класс -для работы в ближней зоне;

2. Малый класс — для работы на среднем удалении;

3. Средний класс — для работы на удалении до 100 км;

4. Большой класс — для работы на удалении свыше 100 км

Технологические задачи: обеспечение  высокого (непрерывного) уровня мониторинга  за распространением лесных пожаров, в  том числе крупных, в неблагоприятных  погодных условиях (сильное задымление); передача видеоинформации непосредственно  в оперативный штаб на удалении до 50 км; ретрансляция сигналов УКВ-связи, передача цифровых пакетов информации между командами тушения и  оперативным штабом с целью повышения  качества управления силами тушения.

Для обнаружения скрытых  очагов горения применяются комбинированные (оптический и ИК диапазон) видеокамеры. Полеты для обнаружения скрытых  очагов горения производятся в ранние утренние или поздние вечерние часы, когда влияние солнечной радиации минимально.

Для оперативного маневрирования людскими и техническими ресурсами  предусмотрено наличие двухсторонней  радиосвязи между оператором БПЛА и  наземными командами пожаротушения.

При движении колонны лесопожарной техники к лесному пожару (в зоне действия лесного пожара) применяется БПЛА для разведки подъездных путей, а так же путей эвакуации в случае внезапного изменения лесопожарной обстановки (усиления пожара).

Лесопатологическое обследование

Полеты по оценке лесопатологического  и санитарного состояния лесов  выполняются на высоте 600-800 м. В качестве патрульных карт используются топографические  карты масштаба 1:100000 – 1:200000 или их копии, а также лесопожарные карты.

Для мониторинга местности  применяются следующие бортовые целевые нагрузки:

• видеокамеры оптического диапазона;

• фотоаппараты оптического диапазона.

Совет

В процессе полета, после  взлета и набора высоты, оператор путем  просмотра видеоизображения, передаваемого  с БПЛА в режиме реального времени  ведет наблюдение за пролетаемой  местностью.

По изменению окраски  и разреженности полога леса и  другим визуальным признакам можно  определить следующие виды участков повреждений:

• повреждение хвое-листогрызущими насекомыми (чем больший процент объедания хвои (листвы), тем сильнее сквозь крону проявляется цвет стволов поврежденной породы, влияющий на окраску полога леса);

— ветровалы, снеголомы, буреломы свежие;

— сухостои (старые гари, шелкопрядники);

— захламленность на свежих вырубках;

— свежие гари;

— насаждения с патологическим состоянием от невыясненных причин.

Космический мониторинг

Исследования, проводимые с 1997 года Федеральным центром науки  и высоких технологий «Всероссийский  научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны  и чрезвычайным ситуациям» (ФЦ ВНИИ ГОЧС), доказали высокую эффективность  проведения мониторинга лесных (торфяных) пожаров при помощи информации с  космических спутников.

Информация, используемая для мониторинга природных и  техногенных ЧС, поступает с орбитальных  спутников серии NOAA, ширина полосы обзора у которых равна 2000 км. В данный момент задействовано три аппарата этой серии.

На каждом из них установлено  оборудование AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer — радиометр высокого разрешения), которое имеет временное разрешение (время повторного обзора со спутника одной и той же точки) 12 часов.

Это позволяет видеть контролируемую точку не менее 6 раз в сутки.

Для выделения очагов пожаров  на полученном со спутников изображении  помимо уже используемых пакетов  таких программ, как ERDAS Imagine, ArcView, ScanView (ИТЦ «СканЭкс»), ФЦ ВНИИ ГОЧС разработал специальное программное обеспечение.

В нем используются модификации «порогового» и «контекстуального» алгоритмов. Но для того чтобы начать их применение, необходимо провести предварительный визуальный анализ исходного изображения с целью выявления явных очагов пожаров.

Предварительная обработка

Обнаружение очагов пожаров  визуальным способом позволяет быстрее  и точнее определить пороги обнаружения  тепловых аномалий. В общем случае данные пороги будут разными. Это  связано прежде всего с площадью и температурой горения, временем года и суток, а также с географическими координатами места пожара.

Обратите внимание

Присутствие очага горения  в видимом спектре определяется по наличию основного дешифровочного признака лесных пожаров — дымовому шлейфу — на исходном снимке, полученном с космических спутников. По форме на снимке очаг напоминает конус светло-серого цвета.

Следует помнить, что перистая и слоистая облачность по своей структуре и яркости могут напоминать дымовые шлейфы лесных пожаров. Поэтому те части снимков видимого спектра, где предварительно обнаружен лесной пожар, просматриваются в инфракрасном диапазоне спектра.

В этом случае шлейфы дыма от лесных пожаров практически не просматриваются.

Для выделения очагов пожаров  с помощью «порогового» или «контекстуального» алгоритма на предварительном этапе  вся получаемая со спутников NOAA информация должна быть откалибрована.

Это значит, что для первого и второго  каналов аппаратуры AVHRR необходимо получить значения альбедо А1, А2 соответственно.

А для третьего, четвертого и пятого каналов — значения эквивалентной радиационной температуры Т3, Т4 и Т5 соответственно.

Пороговый алгоритм обнаружения  тепловых аномалий

Известно, что максимум потока излучения черного тела, нагретого  до температуры 800-1000 К, приходится на среднюю инфракрасную область электромагнитного спектра с длиной волны 3-4 мкм. Исходя из характеристик аппаратуры AVHRR в качестве основного признака для распознавания тепловой аномалии принимаются данные третьего канала, работающего в диапазоне 3,55-3,93 мкм.

Так как пространственное разрешение аппаратуры AVHRR составляет 1,1 км, то в идеальном случае можно  обнаруживать объекты, линейные размеры  которых превышают 1,1 км.

А благодаря  высокой интенсивности излучения  в среднем ИК-диапазоне и высокому радиометрическому разрешению аппаратуры становится возможным обнаружение тепловых аномалий природного и техногенного характера много меньших размеров.

В идеальных условиях наблюдения при максимальном контрасте между 3-м и 4-м каналами аппаратуры AVHRR есть возможность обнаружения пожаров с площадью 0,2-0,3 га. Она была установлена в 1991 году, а затем неоднократно проверена экспериментальным путем.

Важно

Использование в пороговом  алгоритме только одного третьего канала (один порог) приводит к возникновению  большого количества ложных тревог.

Это  связано прежде всего с отражением энергии солнечного излучения кромками облаков (наибольшее число ложных тревог), водной поверхностью, песком, открытыми горными породами, асфальтовыми покрытиями и бетонными сооружениями.

Чтобы не допустить ошибок, необходимо использовать данные других спектральных каналов.

В литературе было предложено множество методов пороговой  классификации тепловых аномалий, однако на наш взгляд, они не позволяют  полностью исключить человека-оператора  из процесса дешифрирования лесных (торфяных) пожаров. Так, наиболее известные пороговые  алгоритмы выделения очагов пожаров  выглядят следующим образом:

1. Алгоритм Кауфмана (1991 год): T3 > 316, T3-T4 > 10 и T4 > 250. Здесь Т3, Т4, Т5 — радио-яркостная температура в 3-, 4- и 5-м каналах аппаратуры AVHRR соответственно.

2. Алгоритм Франса (1993 год): T3 > 320, T3-T4 > 15, 0 < (T4-T5) < 5, A1 < 9%, где А1 - значение альбедо в 1 -м канале.

Источник: http://yaneuch.ru/cat_62/tehnologii-i-sposoby-monitoringa-lesnyh/286218.2320385.page1.html

Методы мониторинга лесных пожаров

Воздействие лесных пожаров для любой страны становится истинной катастрофой. В это время выгорают огромные территории с природными богатствами, тем самым нарушается взаимодействие экологических систем.

Актуальной важнейшей задачей для каждой страны является разработка и внедрение наиболее функциональных и эффективных средств мониторинга, с целью более раннего обнаружения точек возгорания и предупреждения чрезвычайных экологических ситуаций, связанных с лесными пожарами, а также для выработки эффективных мер по предупреждению и ликвидации лесных пожаров.

Профилактическая работа должна сочетаться с выявлением и привлечением к ответственности виновников их возникновения. Именно таким способом можно добиться наиболее лучшего эффекта в снижении горимости лесов в более короткие сроки и при наименьших финансово-материальных затратах.

Совет

Для борьбы с лесными пожарами, на сегодняшний день реализуются следующие виды мониторинга, которые представлены в таблице 2.

Каждый вид мониторинга подразумевает использование всевозможных методов обнаружения первичных и вторичных признаков возгорания.

В настоящее время вопросы прогнозирования и мониторинга пожароопасной обстановки широко изучается каждой страной. Выполняется разработка наиболее функциональных и систематизированных средств мониторинга, с целью наиболее раннего обнаружения термических точек и предупреждения чрезвычайных экологических ситуаций, связанных с лесными пожарами.

Читайте также:  Вредное воздействие на человека

Основными параметрами для оценки видов мониторинга можно расценивать с точки зрения стоимости, воздействия погодных условий, площади контролируемых территорий, скорости получения данных и необходимости их обработки, от которых зависят скорость реагирования и оперативность принятия мер по устранению очагов возгорания можно расценивать (таблица 2).

Таблица 2 – Сравнительный анализ методов мониторинга лесных пожаров

Методы мониторинга лесных пожаров
Краткая информация Достоинства Недостатки
Мониторинг с помощью вышек
С помощью визуализации определяет направление на пожар   — Простота метода (доступная инфраструктура, упрощение создания и управления маршрутами патрулирования); — Достаточно высокая оперативность — Высокая зависимость от человеческого фактора (круглосуточное использование человеческих ресурсов на протяжении всего пожароопасного периода); — Высокая стоимость вышки (более 50000 руб. за метр, за размещение – ок.11000 руб.); — Зависимость от благоприятных погодных условий
Сеть камер на вышках под управлением ПО для систем видеонаблюдения
Вышки оснащаются видеосенсорами, которые быстро реагируют на обнаружение возгорания и, используя автоматизированную связь, дают сигнал о возникновении пожара — Автоматизация процесса формирования и построения маршрута — Сокращение времени на обработку данных — Минимизация человеческих ресурсов
Обнаружение пожаров с летательных аппаратов, с беспилотных летательных аппаратов
С определенной периодичностью облетают пожароопасную территорию, при визуальном обнаружении пожара штурман определяет его координаты (с помощью карты) и передает в центр контроля информацию об обнаруженном пожаре. — Возможность мониторинга удаленных и труднодоступных территорий.   — Высокая стоимость летного часа, 1 (Самолет Ан-2 — основной самолет, используемый для обнаружения лесных пожаров) — около 27000 руб., вертолет Ми — более 75000 руб., — Невозможность непрерывного мониторинга большой территории, что может являться причиной позднего обнаружения пожара. — Зависимость от метеоусловий

Продолжение таблицы – Сравнительный анализ методов мониторинга лесных пожаров

Авиационный
Мониторинг производит пилот на летательном аппарате, который оборудован теплолокатором микроволнового диапазона, а также инфракрасными датчиками. — Возможность осуществления контроля за труднодосупными территориями (в зависимости от погодных условий) возможность обнаружения низовых пожаров — Низкая зависимость от человеческого фактора — Требует больших финансовых вложений(высокая стоимость летного часа) — Невозможность ведения постоянного мониторинга больших территорий
Контроль состояния атмосферного воздуха лидарными (LightDetectionandRanging) методами
Воздушное лазерное сканирование позволяет качественно или количественно судить о таких параметрах воздушной среды, как давление, плотность, температура, влажность, концентрация газов, аэрозолей, параметры ветра.   — Обнаружение вторичных признаков, сопровождающиеся процессы горения: пламя, дым, восходящие потоки нагретого воздуха — Могут использоваться и в ночное время суток — Большая вероятность ложного сигнала (при сильном ветре, дожде или тумане).
Космический мониторинг
Расположенные на орбитах спутники передают снимки поверхности земли на станцию для анализа. ü Низкие затраты в последующие года, (высокая стоимость единоразовая, на приобретениеПО; ü Большой охват территории; ü Независимость от природно-географических условий; ü Независимость от погодных условий; ü Высокая степень автоматизации процесса получения и обработки данных — Затруднительное обнаружение пожара на ранней стадии — Зависимость от облачности при обработке данных

Исходя из данной таблицы, можно отметить что, при визуальном методе, ответственность отводится наблюдателю, который с вышки определяет точку возгорания и передаёт информацию в контролирующий центр.

Достоинством данного метода является оперативность оповещения и простота метода, недостатком выступает высокая зависимость от человеческого фактора, высокие затраты на обустройство вышек и зависимость от погодных условий.

К преимуществам авиационного мониторинга выступает возможность контроля за удаленными и труднодоступнымитерриториями, недостатками данного мониторинга являютсяпозднее обнаружение пожара, в следствие невозможностью контроля большихтерриторий, высокая стоимость летного часа, а также высокая зависимость чувствительности регистрирующей аппаратуры от широты обзора изависимость от погодных условий.

Беспилотные летательные аппараты также характеризуются контролю за территории, вне зависимости от природно-географических условий, номогут снизить период обнаружение пожара. Также стоит отметить, что стоимость беспилотного летательного аппарата может достигать миллиона долларов США.

Достоинствами космического мониторинга за пожароопасной обстановкойявляются значительное увеличение площади исследуемой территории, вне зависимости от доступности территории, независимость от природно-географических характеристик, независимость от уровня инфраструктуры исследуемой территории, а также возможность исследований за процессамив разные периоды [45].Несмотря на наличие радиолокационных систем, позволяющих производить мониторинг в ночное время суток и при неблагоприятных метеорологических условиях, используется комплексная многоспектральная спутниковая съемка, для которой большую роль играет прозрачность атмосферы.

Сравнительный анализ методов мониторинга в сфере лесного хозяйства России представлен в приложении Д.

Такжемониторинг лесных пожаров осуществляется с помощью контроля состояния атмосферного воздуха лидарными (LightDetectionandRanging) методами.

С помощью данного метода, возможно, обнаружить вторичные признаки, сопровождающие процесс горения: пламя, дым, восходящие потоки нагретого воздуха.

Лидары могут использоваться и в ночное время суток, однако у данного метода существуют такие недостатки, как большая вероятность ложного сигнала при сильном ветре, дожде или тумане [46].

Таким образом, каждый метод спутникового мониторинга лесных пожаров имеет свои преимущества и недостатки. Эффективное использование может быть использовано комплексно с иными способами контроля пожароопасной обстановки для получения максимально точной информации об объекте исследования и подробного изучения динамики возможных изменений территории.

Источник: https://cyberpedia.su/15xb9c6.html

Современные методы обнаружения и мониторинга лесных пожаров

Научно-технические разработки

УДК 630*9

А.Ю. Кудрин к.т.н., Л.И. Запорожец к.т.н., Ю.В. Подрезов д.с.-х.н.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Обнаружение лесных пожаров предусматривает строительство, размещение и организацию деятельности пожарных наблюдательных пунктов, наземное и авиационное патрулирование лесов, космический мониторинг лесов, грозопеленгацию, организацию связи и взаимодействия наземных и авиационных служб, оповещение о лесных пожарах

Своевременное обнаружение лесных пожаров позволяет предотвращать их развитие в чрезвычайные лссопожарные ситуации (ЧЛС) и, что также важно, не позволяет достигать таким ЧС масштабов территориальных, федеральных и трансграничных.

При своевременном и адекватном реагировании на данные мониторинга целесообразно стремиться к недопущению развития лесного пожара даже в локальную или местную ЧЛС.

Обратите внимание

Исходя из сказанного, вопросы организации лесопожарного мониторинга должны занимать важное место в деятельности лесной службы.

Обнаружение лесных пожаров предусматривает строительство, размещение и организацию деятельности пожарных наблюдательных пунктов, наземное и авиационное патрулирование лесов, космический мониторинг лесов, грозопеленгацию, организацию связи и взаимодействия наземных и авиационных служб, оповещение о лесных пожарах.

В зоне наземной охраны лесов наряду с наземным патрулированием для обнаружения лесных пожаров можно использовать передвижные телескопические мачты высотой 35 м на базе автомобиля «ЗИЛ-131». Они оснащаются телеустановками «Балтика-ЗМ» и позволяют вести наблюдение за лесом в радиусе до 20 км.

Такие наблюдательные пункты развёртываются на возвышенностях в засушливые периоды пожароопасного сезона и должны оснащаться средствами связи и спутниковой навигации.

Если раньше место пожара определялось методом засечек с 2-3 соседних мачт (вышек), то сейчас существуют лазерные дальномеры и более простые системы (подсчёт строк развёртки на мониторе телеустановки) для определения расстояния до дымового шлейфа.

Для оперативного подавления очагов обнаруживаемых пожаров целесообразно около наблюдательного пункта обеспечить дежурство пожарной команды с транспортом повышенной проходимости и средствами пожаротушения. При уменьшении пожарной опасности, по условиям погоды в данном районе, передвижные наблюдательные комплексы могут перемещаться в зону с более высокой пожарной опасностью.

У авиационного способа обнаружения лесных пожаров возможности гораздо выше, но в силу ряда экономических и организационных причин по сравнению с 70—80 годами прошлого столетия стоимость лётного часа воздушных судов авиалесоохраны возросла более чем в 3 раза, а уровень лесоавиационных работ снизился примерно в 5 раз. Это приводит к невыполнению научно обоснованных нор-

мативов по кратности авиапатрулирования и более того, на площади, превышающей 50 % охраняемой авиацией лесной территории, установлено эпизодическое патрулирование.

Важно

В условиях недостатка средств на авиапатрулирование воздушными судами возрастает роль новых экономичных летательных аппаратов и космических средств.

Для мониторинга лесных пожаров возможно применение пилотируемых мотопланеров и мотодельтапланов, использующих в режиме планирования энергию воздушных потоков, автожиров, парапланов и привязных аэростатов с гиростабилизированпой платформой.

Особо следует отметить дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА), оснащённые телекамерой, ИК-аппаратурой и системой спутниковой навигации (GPS). В последние годы появились беспилотные аппараты классов менее 200 кг со стартом с транспортно-пусковой установки (мини), и менее 5 кг со стартом с руки (микро).

Однако современные ДПЛА имеют ряд существенных недостатков: сравнительно небольшой угол захвата регистрирующей аппаратуры ДПЛА и радиус полёта не превышающий 100 км Саля класса «мини»), что не позволяет осматривать большую площадь; нет технологии автоматического (без участия человека) обнаружения лесных пожаров; для ДПЛА микрокласса слишком велика зависимость его полёта от ветра и турбулентных конвекционных потоков лесного пожара; сравнительно высокая аварийность и низкий ресурс ДПЛА: необходимо согласовывать полёты с органами управления воздушным движением. Практически отсутствует нормативно-правовая база для применения беспилотной техники.

Оперативный мониторинг сразу большой территории лесов стал возможен только с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ) или космовизуального наблюдения.

Региональные управления лесного хозяйства и территориальные базы авиационной охраны лесов впервые начали применять спутниковую информацию в своей практической деятельности с середины 70-х годов, когда ЛенНИИЛХ (ныне СПбНИИЛХ) разработал практические рекомендации по её использованию для решения целого ряда задач производственного характера. По чернобелым мелкомасштабным изображениям, ежедневно получаемым с метеорологического спутника земли «Метеор», можно было следить за сходом снежного покрова и более обоснованно устанавливать сроки начала авиалесоохран-ных работ, определять скопления грозовой облачности, являющейся основной причиной массовых загораний в

лесу, выявлять поля ресурсной облачности, перспективной для тушения крупных лесных пожаров искусственно вызываемыми осадками из облаков, отслеживать передвижение теплых и холодных фронтов, следить за динамикой развития и распространения крупных лесных пожаров (100 га и более) и т.д.

Однако оперативной эту систему мониторинга назвать было нельзя из-за сравнительно большого временного интервала между проходами спутника над точкой приёма (один раз в сутки), длительной (4-5 ч.) многоступенчатой обработки получаемых изображений через «негатив-пози-тив» и, наконец, низкой разрешающей способности самих снимков.

Поэтому лесной пожар можно было обнаружить на космическом снимке только по его дымовому шлейфу в видимом или ближнем И К-диапазоне спектра.

В последние годы оперативность использования спутниковой информации и разрешающая способность аппаратуры дистанционного зондирования Земли резко возросли. Стало возможным получать снимки больших территорий с довольно высоким разрешением.

Значительно увеличилось число действующих космических аппаратов, появились относительно недорогие станции приёма данных со спутников, существенно возросли возможности программных и аппаратных средств обработки и передачи космической информации.

Совет

В настоящее время космический мониторинг лесов является самым доступным и востребованным методом контроля за распространением крупных лесных пожаров, создающих ЧЛ С.

Читайте также:  Выливной авиационный прибор (вап-2)

Для информационной поддержки принятия управленческих решений широкое распространение получили геоинформацион-ные системы (ГИС), в которых спутниковая информация привязана к географическим координатам и является регулярно обновляемым источником данных, необходимых для изменений и дополнений информационных слоёв карт. Данные такого рода необходимы многим потребителям этой информации (органам власти субъектов РФ и местного самоуправления, территориальным органам Рос-природнадзора, агентствам лесного хозяйства, научным и природоохранным организациям).

Приказом Рослесхоза «О космическом мониторинге лесных пожаров» от 25.05.2005 г. № 112 в России начато внедрение системы мониторинга лесных пожаров на территории лесного фонда Российской Федерации. Новая система не является альтернативой авиапатрулированию, а предполагает сочетание этих методов.

Данные космического мониторинга лесных пожаров делятся на оперативные. получаемые со спутника TERRA с прибором MODIS, и уточнённые данные более высокого пространственного разрешения, получаемые со спутников системы SPOT с широкоугольной камерой Vegetation (VGT). предназначенной для наблюдения растительного покрова.

Погрешность оперативных данных сильно зависит от характера горения, состояния атмосферы и других факторов. Уточнённые спутниковые данные поступают и обрабатываются с задержкой до 10 дней. В зоне авиационной охраны лесов оперативные данные уточняются при авиапатрулировании.

При проведении космического мониторинга лесных пожаров необходимо оформлять следующие документы:

1) ведомость лесных пожаров в зоне космического мониторинга второго уровня (1-ИСДМ);

2) оперативный отчет о лесных пожарах в зоне космического мониторинга второго уровня (2-ИСДМ);

3) сообщение о лесном пожаре (3-ИСДМ);

4) сводный отчет о лесных пожарах в зоне авиационного мониторинга и космического мониторинга первого уровня (4-ИСДМ);

Обратите внимание

5) сравнительную ведомость крупных лесных пожаров в зоне авиационного мониторинга и космического мониторинга первого уровня (5-ИСДМ).

Ведомость лесных пожаров в зоне космического мониторинга второго уровня (форма 1-ИСДМ) автоматически формируется в ФГУ «Авиалесоохрана» ежедневно в 7 ч 30 мин московского времени по каждому территориальному органу Рослесхоза на основании детектирования информации, полученной со спутников ЫОАА и TERRA (прибор М0015). Данные по форме группируются по субъектам Российской Федерации с отображением итогов по федеральным округам и по всей территории лесного фонда, по количеству и площади (общей и, в том числе, покрытой лесом) только действующих лесных пожаров.

Оперативный отчет о лесных пожарах в зоне космического мониторинга второго уровня (форма 2-ИСДМ) автоматически формируется в ФГУ «Авиалесоохрана» ежедневно в 7:30 московского времени по всей неохраняемой территории лесного фонда по каждому субъекту Российской Федерации. Данные по форме группируются по федеральным округам с отображением итогов по округам и, в целом, по всей территории лесного фонда.

Сообщение о лесном пожаре (форма 3-ИСДМ) формируется в ФГУ «Авиалесоохрана» автоматически для каждого лесного пожара в зоне авиационного и космического мониторинга ежедневно в 1 ч 00 мин по местному времени следующего дня по результатам комплексной обработки спутниковых снимков за прошедшие сутки.

Сводный отчет о лесных пожарах в зоне авиационного мониторинга и космического мониторинга первого уровня (форма 4-ИСДМ) формируется в ФГУ «Авиалесоохрана» автоматически нарастающим итогом для каждого субъекта в разрезе авиабаз и представляется в Рослесхоз по запросу. Данные по форме группируются по федеральным округам с отображением итогов по округам и в целом по всей территории лесного фонда.

Сравнительная ведомость крупных лесных пожаров в зоне авиационного мониторинга и космического мониторинга первого уровня (форма 5-ИСДМ) формируется в ФГУ «Авиалесоохрана» ежедневно для всех действующих и ликвидированных крупных лесных пожаров по комплексным данным космического мониторинга, а по оперативным данным ФГУ «Авиалесоохрана» — с задержкой на 3 дня после отчетной даты. Форма заполняется для крупных пожаров, при которых, горящие площади леса превышают в зоне авиационной охраны 200 га. Необходимо отметить, что информация о лесных пожарах, формируемая федеральной системой космического мониторинга, не является достаточно оперативной, так как выдаётся один раз в сутки.

Поэтому весьма важно взаимодействие различных ведомств, обладающих своими мониторинговыми сетями. Прежде всего, это касается сети космического мониторинга МЧС России. Такое взаимодействие тем более важно, так как к борьбе с поражающими факторами источников ЧЛС — лесными пожарами — привлекаются силы и средства МЧС России.

Научно-технические разработки

Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-metody-obnaruzheniya-i-monitoringa-lesnyh-pozharov

Способы осуществления мониторинга пожаров

В условиях повсеместного объявления чрезвычайного положения, связанного с возникновением лесных пожаров, следует вспомнить о мерах, которые предпринимаются в целях профилактики и недопущения распространения опасных очагов. Мониторинг пожаров ведётся в нашей стране в постоянном режиме и приносит существенную пользу.

Мониторинг пожаров

В целях контроля возникновения очагов природных пожаров, а также их количества, площади и в целях своевременного принятия мер по их ликвидации ведётся мониторинг пожаров.

Получаемые таким  путём данные являются крайне важными при анализе ситуации, в частности, это помогает выявить очаги на ранней стадии, определить направление движения пламени, оценить уровень возможной угрозы населённым пунктам.

Применяется мониторинг в целях профилактики пожаров, обнаружения лесных пожаров, а также повышает эффективность тушения уже возникших очагов.

Основные задачи такого рода исследования это: — детектирование пожаров, определение мест загорания; мониторинг и контроль развития пожаров; оценка пожарной опасности в пределах сезона; прогнозирование рисков возникновения пожаров в долгосрочной перспективе; оценка последствий пожаров. Совмещение снимков до и после пожаров дает возможность выявить гари, определить их площадь в данный момент и оценить нанесённый ущерб.

В рамках осуществления мониторинга пожаров используются различные методы. Детектирование пожаров основано на обнаружении повышения локальной температуры и яркости. При визуальном выявлении пожара определение осуществляется по наличию такого признака присутствия очага горения в зоне обзора, как дымовой шлейф.

Одновременно, в ходе мониторинга, осуществляется отнесение выявленного очага к тому или иному классу. Кроме того, все данные используются при составлении статистики.

В качестве осуществления мониторинга применяется наземная разведка специально сформированными группами, которые осуществляют обход вверенных территорий и авиаразведка – позволяет контролировать очаги с воздуха.

В целях осуществления мониторинга пожаров при помощи техники (спутника), используется алгоритм сравнения температур по степени интенсивности входящего сигнала.

Важно

При этом программа отражения спектральных характеристик может настраиваться специально, с учётом тех или иных условий местности или погодных условий. У различных комплексов для мониторинга может различаться комплект аппаратуры. Более подробно о спутниках расскажем далее.

Разумеется, контроль должен вестись круглосуточно, семь дней в неделю, только тогда можно говорить об эффективности противопожарных мер.

Спутниковый мониторинг лесных пожаров

Техника спутникового наблюдения наделена рядом полезнейших свойств, поэтому кроме уже рассмотренных задач мониторинга при помощи спутниковых систем можно: -определять информативные каналы; произвести обособление туч, водных объектов на снимке; — определять области потенциальных пожаров; — определить локальные спектральные особенности поверхности; — подтверждать данные детектирования, учитывая территориальные особенности; предусмотреть возможность ошибочного распознавания. Всё это способствует скорейшему прекращению горения. Наиболее оперативный способ распознавания – это спутниковый мониторинг лесных пожаров. У этого способа есть неоспоримые преимущества перед другими методами, такими как наземная или авиаразведка, поскольку позволяет контролировать и неохраняемые территории. Площадь, контролируемая спутником, также значительно больше, да и временные затраты существенно снижаются. Обнаружение пожаров на снимках из космоса возможно благодаря наличию разницы температур земной поверхности и очага пожара, это, в свою очередь, приводит к разнице в тепловом излучении этих объектов в тысячи раз. Таким образом, при съемке тепловой аппаратурой с пространственным разрешением 1 км, можно обнаружить очаг пожара площадью 100 кв. м, а также зону тления площадью 900 кв. м.

Сегодня в целях ведения спутникового мониторинга лесных пожаров используются спутники серий NOAA, с радиометром  AVHRR , который имеет пространственное разрешение 1 100 м и полосу обзора – 3 000 км. Также востребована серия EOS и спутники Terra и Aqua, в которых встроен радиометр MODIS.

Пространственной разрешение этого радиометра — 250, 500, 1 000 м. и полоса обзора — 2 330 км. Данные с каждой из этих систем приходят не реже шести раз в сутки. Спутники этих двух серий могут использоваться как автономно, так и совместно.

Во втором случае можно существенно повысить эффективность мониторинга, поскольку вероятность обнаружения очага будет более точной. Данные со спутниковых систем поступают либо при помощи сети Интернет, либо на специальную приёмную станцию.

В целях охраны лесов от пожаров, на территории РФ работают приёмные центры, оборудованные такими станциями. С полученными данными работают специалисты.

Источник: https://secandsafe.ru/stati/pojarnaya_bezopasnost/monitoring_pojarov

Обнаружение лесных пожаров

Быстрота тушения пожара определяется временем его обнаружения.

Маленький, только возникший пожар может потушить и один человек, а для тушения пожара, обнаруженного спустя несколько дней после возникновения, нужны сотни и тысячи человек.

Для своевременного обнаружения лесных пожаров имеется специальная служба. Известно, что лесной горючий материал загорается только после высыхания.

В лесах бывает снег, часто идет дождь и потому важно знать, когда лесная подстилка и опад высыхают настолько, что могут воспламениться.

Метеорологические станции дают лесному хозяйству данные о пожарной опасности погоды. По этим данным (температура воздуха и температура точки росы) подсчитывают комплексный показатель пожарной опасности погоды, предложенный проф. В. Г. Нестеровым.

Всего выделено пять классов пожарной опасности погоды: отсутствие пожарной опасности, малая, средняя, высокая и чрезвычайная пожарная опасность. По этой шкале планируется проведение всех работ по обнаружению и тушению пожаров.

Для определения классов пожарной опасности применяются и специальные приборы.

В равнинных условиях для обнаружения пожаров используют специальные пожарные вышки, реже пожарные наблюдательные мачты.

Совет

С такой вышки или мачты наблюдатель, поднявшись над пологом крон, обозревает пространство радиусом 10—12 км.

В горных условиях наблюдательные пункты устраивают на земле, так как леса прилегающих склонов гор хорошо видны с земли. Заметил дым наблюдатель, отметил направление на него по азимутальному кругу и сообщил о пожаре.

Вышки и (особенно) наблюдательные мачты обычно раскачиваются ветром, а у некоторых людей есть еще и боязнь высоты, и поэтому наблюдателей для дежурства на них найти не так легко. В последние годы на вышках вместо наблюдателя стали ставить приемную телевизионную трубку, с помощью которой и обозревают прилегающие пространства в радиусе 15 (20) км.

Изображение по кабелю передается на землю, где стоит телевизионный приемник. Наблюдателю, который носит название оператора телевизионной установки, уже незачем взбираться на вышку. Такие установки уже имеются на многих предприятиях лесного хозяйства. Жаль, что пока еще передача по металлическому кабелю не превышает расстояния 3 км.

Для соединения нескольких установок вместе необходимо установить промежуточные усилители.

Для обнаружения пожаров также используют наземные патрули.

Читайте также:  Штаны с рукавами или о чем говорят пожарные: профессиональный сленг

Пешком, на лошадях, мотоциклах и автомашинах по заранее установленным маршрутам в дни с повышенной пожарной опасностью они обходят или объезжают закрепленные за ними участки, разъясняют людям, как надо себя вести в лесу, тушат возникающие пожары, сообщают о крупных пожарах в лесничество или лесхоз. Наземное патрулирование проводится в обжитых районах с хорошей сетью путей транспорта.

В малонаселенных районах для патрулирования используется авиация. Специальные летчики-наблюдатели на самолетах или вертолетах осматривают леса по заранее нанесенным на пожарную карту маршрутам.

При обнаружении пожара устанавливают его координаты, потом облетают пожар на небольшой высоте, составляют его план и схему тушения.

Обратите внимание

Все эти данные сообщают в лесхоз по радио и дополнительно на специально оборудованные пункты сбрасывают донесение с планом тушения.

Не все пожары хорошо заметны с самолета. Ведь при лесном пожаре энергия горения выделяется в виде тепла. На световую энергию расходуется не более 3—4%. Еще труднее обнаружить торфяные пожары. Для обнаружения таких пожаров применяют специальные приборы, улавливающие инфракрасное излучение (видеодетекторы).

Эти приборы позволяют зарегистрировать непотушенный костер с высоты 400 м. С их помощью также находят участки недотушенных пожаров. Длительное время для авиапатрулирования использовался небольшой самолет У-2, который впоследствии переименовали в ПО-2.

Потом его место занял Ан-2, теперь используют другие типы самолетов. Все они имеют значительную грузоподъемность, которая только удорожает патрулирование. Для его выполнения нужны более легкие самолеты. Предполагается использовать либо мотодельтоплан, либо беспилотные самолеты.

Крупные лесные пожары обнаруживаются и по снимкам, производимым с искусственных спутников Земли.

Источник: http://www.activestudy.info/obnaruzhenie-lesnyx-pozharov/

Способ дистанционного обнаружения лесных пожаров

Изобретение относится к области охраны природы, а именно к способам обнаружения лесных пожаров из космоса.

Для обнаружения лесных пожаров можно использовать различные информационные признаки: повышенную температуру, выбросы в атмосферу газообразных продуктов горения (HO2, CO, СН4, С2Н2, непредельные углероды), дымовые шлейфы и т.д.

Важно

В настоящее время, наряду с наземными способами обнаружения пожаров (RU 2343944, А62С 3/02, 2009, RU 2259854 A62C 3/02, 2005) и авиационным патрулированием (SU 16485505, A62C 3/02, 1991, SU 1225584, A62C 3/02, 1986), практическое применение получили космические средства мониторинга (Спутниковый мониторинг лесных пожаров в России. Итоги. Проблемы. Перспективы. Анал. обзор / СО РАН. ИОА. ГПНТБ; — Новосибирск, 2003; RU 2147253, A62C 3/02, A01G 23/00; RU 2336107, A62C 3/02, A01G 23/00).

Известен способ дистанционного обнаружения лесных пожаров из космоса с помощью телевизионных систем, установленных на борту космического аппарата и передающих снимки дымовых шлейфов (Обнаружение и анализ лесных пожаров: Сб. статей. Красноярск, 1977, с.7-14). Однако данный способ становится не работоспособным в присутствии облаков и в темное время суток.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ дистанционного обнаружения лесных пожаров из космоса с помощью ИК-радиометрии (см. там же с.14-18).

Способ ближайшего аналога включает зондирование подстилающей поверхности Земли космическими средствами путем приема и анализа ИК теплового излучения земной поверхности в окнах прозрачности атмосферы на длинах волн более 3 мкм.

Данный способ дистанционного обнаружения пожаров позволяет определить радиационную температуру участков Земли, основываясь на зависимости интенсивности излучения абсолютно черного тела от длины волны и температуры согласно закону Планка, и идентифицировать очаги пожаров по контрасту температур в любое время суток.

Однако данный способ становится неработоспособным при плотной облачности с оптической толщей более 2. Кроме того, контрасты радиационных температур, сильно зависящие, в частности, от увлажненности почв, могут давать «ложную» идентификацию лесных пожаров.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способа дистанционного обнаружения лесных пожаров из космоса по излучению нагретых при температуре пожара атмосферных газов в ИК-диапазоне спектра.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение достоверности путем исключения «ложной» идентификации пожаров и увеличение чувствительности в условиях плотной облачности.

Указанная задача решается за счет того, что, как и в известном способе, предлагаемый способ дистанционного обнаружения лесных пожаров включает зондирование подстилающей поверхности леса космическими средствами путем приема и анализа ИК теплового излучения в окнах прозрачности атмосферы.

Совет

В отличие от известного, в предлагаемом способе прием сигнала осуществляется когерентным приемником в узком спектральном интервале, совпадающем с линией излучения атмосферного газа в «горячей» колебательно-вращательной полосе.

Технический результат достигается тем, что регистрация с помощью когерентного приемника линии излучения атмосферного газа в «горячей» колебательно-вращательной полосе возможна только при высоких температурах пожара свыше 1000°С, а при нормальных атмосферных температурах линия не идентифицируется.

То есть регистрация линии излучения атмосферного газа в «горячей» колебательно-вращательной полосе однозначно указывает на наличие высоких температур, что приводит к повышению достоверности, т.к. исключается необходимость в учете контрастов радиационных температур, которые сильно зависят, в частности, от увлажненности почв.

Когерентный прием сигнала приводит к увеличению избирательности и чувствительности способа в условиях плотной облачности.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже изображена схема нескольких нижних колебательных уровней основной изотопической модификации (12С16О2) молекулы CO2. Стрелками обозначены некоторые лазерные переходы, включая переходы в горячей полосе.

В качестве примера работы способа рассмотрен когерентный прием сигналов из космоса на горячем переходе в полосе 0111-1110 (0310) углекислого газа (СО2). При высоте спутника около 1000 км и угле зрения приемного объектива 10-3 рад контролируемый участок земной поверхности протяженностью 1 км можно рассматривать как точечный источник, т.е.

принимаемая волна с этого участка излучения является когерентной. В качестве опорного генератора при когерентном приеме используется СО2-лазер низкого давления, генерирующий на том же горячем переходе в полосе 0111-1110 (0310). При отсутствии пожара интенсивность горячей линии CO2 при нормальных атмосферных температурах мизерна и сигнал не регистрируется.

В случае пожара при температурах свыше 1000°С интенсивность горячей линии СО2 усиливается экспоненциально (она становится сопоставима с интенсивностью основных линий СО2 при нормальных температурах) и сигнал устойчиво регистрируется из космоса. Наличие облачности уменьшает когерентность принимаемого сигнала из-за многократного рассеяния в облаках.

Когерентность сохраняется только у малой доли однократно рассеянного сигнала, которая при плотной облачности не превышает 1%.

Обратите внимание

Однако за счет высокой чувствительности и избирательности когерентного приемника, превышающей на три-пять порядков чувствительность прямого детектирования сигнала, этой доли достаточно для устойчивой регистрации горячей линии CO2 в условиях плотной облачности.

Заявляемый способ может быть реализован с использованием, например, системы орбитальных спутников наблюдения типа NOAA (США) с установленными на них сканирующими радиометрами типа AVHRR с добавлением для когерентного приема в качестве опорного генератора CO2-лазера, настроенного на излучение линии в горячей полосе. Зарегистрированный радиометром сигнал в режиме открытого доступа принимается наземными пунктами приема и анализируется.

Способ дистанционного обнаружения лесных пожаров, включающий зондирование подстилающей поверхности Земли космическими средствами путем приема и анализа ИК теплового излучения земной поверхности в окнах прозрачности атмосферы, отличающийся тем, что прием сигнала осуществляют когерентным приемником в узком спектральном интервале, совпадающем с линией излучения атмосферного газа в «горячей» колебательно-вращательной полосе спектра.

Источник: http://www.FindPatent.ru/patent/242/2423160.html

Обнаружение лесного пожара

определение точного места или координат лесного пожара, его вида, состояния и характеристики площади лесного фонда, охваченной огнем.

Обнаружение лесного пожара  осуществляется при авиационном и наземном патрулировании лесов, наблюдении за лесными массивами с пожарно-наблюдательных пунктов (вместо наблюдателя могут быть установлены специальные телекамеры, позволяющие заметить дым на расстоянии до 20 км), по снимкам с искусственных спутников Земли — на неохраняемой части земель лесного фонда. Первый признак возникновения лесного пожара — появление дыма над пологом леса. При осмотре места задымления (дымовой точки) определяют вид очага горения или лесного пожара, его характеристики.

Наземное патрулирование с целью обнаружение лесного пожара проводят пожарно-химические станции (ПХС), механизированные отряды, лесная охрана на автомашинах, мотоциклах, мопедах, велосипедах, мотолодках, катерах, верховых лошадях и др. транспортных средствах.

При патрулировании лесник или патрульная группа имеют бинокль, портативную радиостанцию, специальные ручные средства пожаротушения для самостоятельной ликвидации обнаруженного очага лесного пожара. При обнаружение лесного пожара патрульные немедленно приступают к тушению лесного пожара и докладывают по радио или др.

способом в лесничество, ПХС, лесхоз, авиаотделение, штаб тушения пожара характеристику пожара, предполагаемую или установленную причину его возникновения и при необходимости запрашивают помощь. Привязка к месту обнаружение лесного пожара осуществляется по лесопожарной карте или схеме лесонасаждений с указанием квартала.

Если пожар обнаружен случайно, то, согласно законодательству, обнаруживший пожар должен принять меры к тушению, а при невозможности этого — сообщить о пожаре в органы управления лесным хозяйством или местной власти.

Авиационное патрулирование с целью обнаружение лесного пожара проводится на самолетах и вертолетах авиационных отделений баз авиационной охраны лесов.

Важно

В авиаотделениях, где имеются авиапожарные команды, патрулирование с целью обнаружение лесного пожара проводится с парашютистами и десантниками пожарными на борту, что сокращает время между обнаружением лесного пожара и началом тушения. Заметив дым,

летчик наблюдатель дает указание пилоту об изменении маршрута для полета и осмотра каждой дымовой точки.

Место пожара определяется по патрульной карте визуально путем привязки его к квартальной сети и ближайшим ориентирам. При значительном удалении пожара от ориентиров его место определяется путем пеленгации.

Характеристика лесного пожара с воздуха устанавливается по цвету дыма, форме площади пожара, пламенному горению кромки.

С 1978 г. для наблюдения за лесными пожарами используют снимки земной поверхности, сделанные с искусственных спутников Земли (ИСЗ), что позволяет контролировать динамику развития лесных пожаров, их площадь и др. данные.

Устанавливаемая на ресурсных ИСЗ сканерная аппаратура высокого разрешения(30—50 м) обеспечивает обнаружение крупных и средних по пройденной огнем площади пожаров.

Обнаружить лесные пожары, охватившие площадь от 1 до 10 га, со спутника практически невозможно.

Своевременное обнаружение лесного пожара (в кратчайший срок после возникновения) упрощает задачу тушения и значительно снижает затраты. Своевременность обнаружение лесного пожара нормативами не определена.

Совет

В практике работ в районах интенсивного ведения лесного хозяйства своевременным считается обнаружение лесного пожара, распространившегося на площади до 0,01 га; в районах, где обнаружение обеспечивается наземными и авиационными средствами, — до 1 га; в районах, где обнаружение ведется только авиационными средствами, — до 3 га.

Лесной пожар, ликвидированный имеющимися силами и средствами в течение одного дня, считается обнаруженным своевременно.

Источник: https://www.derev-grad.ru/ohrana-lesov-ot-pozharov/obnaruzhenie-lesnogo-pozhara.html

Ссылка на основную публикацию