Спутниковый мониторинг лесных пожаров в России. Итоги. Проблемы. Перспективы: Аналит. обзор / СО РАН. ИОА. ГПНТБ; Ред. В.В. Белов. – Новосибирск, 2003. – 135 с., ил. – (Сер. Экология. Вып. 70).

 

В предлагаемом обзоре на основе отечественной и зарубежной литературы анализируются возможности систем спутникового обнаружения и мониторинга лесных пожаров, рассматриваются требования, которым должны удовлетворять эти системы и основные их элементы. Рассмотрены геоинформационные компоненты систем космомониторинга лесных пожаров, алгоритмы обработки изображений с целью обнаружения и контроля пожаров, алгоритмы и методики оценки степени пожарной опасности с использованием наземных и спутниковых измерений. Обсуждается проблема раннего обнаружения лесных пожаров из космоса и подходы к повышению эффективности алгоритмов тематической обработки многоканальных спутниковых изображений. Описана сложившаяся в России практика спутникового обнаружения и мониторинга лесных пожаров. Авторы излагают результаты собственных разработок, направленные на решение указанных проблем. Обсуждают особенности организации в России систем спутникового мониторинга федерального и регионального уровней, итоги их работы, а также высказывают свою точку зрения на перспективы их совершенствования.

При подготовке обзора использована научная литература за последние 15 лет.

Обзор может быть полезен для специалистов в области спутникового мониторинга окружающей среды, аспирантов, студентов старших курсов вузов по специальностям, связанным с тематической обработкой изображений, экологией окружающей среды, созданием и применением геоинформационных систем и методов дистанционного зондирования атмосферы и земной поверхности.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................                         3

Глава 1. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В СПУТНИКОВОМ

МОНИТОРИНГЕ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ В РОССИИ............................                         5

1.1. Космические средства мониторинга лесных пожаров. Общие

(идеальные) требования к ним...................................................................                         6

1.2. Функциональная структура ГИС мониторинга лесных пожаров                                   8

1.2.1. Федеральная ГИС "Авиалесоохрана".................................................                         8

1.2.2. ГИС "Лесные пожары Иркутской области".......................................                         17

1.2.3. Региональная система спутникового мониторинга ГО и ЧС

(г. Красноярск)........................................................................................                         18

1.3. Организация баз данных по уровням ГИС..............................................                         27

Глава 2. ОЦЕНКА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ЛЕСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

НА ОСНОВЕ ДАННЫХ СО СПУТНИКОВ NOAA................................                         31

2.1. Исходные требования к системе определения пожарной опасности                            31

2.1.1. Охват территории................................................................................                         31

2.1.2. Периодичность получения информации...........................................                         32

2.1.3. Учет местных особенностей ЛГМ.....................................................                         33

2.2. Возможности спутников NOAA для оценки индекса пожарной

опасности.....................................................................................................                         33

2.3. Анализ данных собранных за тестовый пожароопасный период                                 34

2.3.1. Оценка пространственного распределения температуры

по данным AVHRR................................................................................                         34

2.3.2. Оценка температуры воздуха по данным TOVS..............................                         35

2.3.3. Температура точки росы по данным TOVS......................................                         36

2.4. Показатель ПО Нестерова, восстановленный по данным NOAA                                  37

2.5. Пространственное представление индекса ПО......................................                         42

Глава 3. ОБНАРУЖЕНИЕ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ КОСМИЧЕСКИМИ

СРЕДСТВАМИ...........................................................................................                         44

3.1. Физические основы алгоритмов обнаружения лесных пожаров

из космоса.....................................................................................................                         44

3.2. Подходы к постановке задачи о спутниковом мониторинге очагов

лесных пожаров...........................................................................................                         46

3.3. Информационно-методические основы подсистемы атмосферной

коррекции AVHRR-изображений..............................................................                         48

3.3.1. Алгоритмы восстановления яркостных характеристик очага

пожара.....................................................................................................                         48

3.3.2. Характеристики подстилающей поверхности (ПП).........................                         50

3.3.3. Характеристики оптического состояния атмосферы

(оптическая погода)...............................................................................                         50

3.3.4. Восстановление характеристик атмосферного аэрозоля

по спутниковым данным.......................................................................                         52

3.4. Пороговый алгоритм..................................................................................                         55

3.5. Особенности обнаружения малоразмерных пожаров в пороговых

алгоритмах....................................................................................................                         56

3.6. Алгоритм составной модели пожара.......................................................                         58

3.7. Двухшаговый алгоритм на основе потенциальных функций

и поверхностей............................................................................................                         61

3.8. Алгоритм феноменологической модели малоразмерных пожаров                                65

3.9. Эффективность применения порогового алгоритма в спутниковом

мониторинге лесных пожаров на территории Якутии............................                         70

3.10. Вероятностный алгоритм обнаружения и энергетической

диагностики лесных пожаров спутниковыми средствами                                             72

Глава 4. ОБЩИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЛЕСНЫХ

И ТОРФЯНЫХ ПОЖАРОВ И ИХ ПРИЛОЖЕНИЯ...............................                         80

4.1. Цель и алгоритм научного исследования лесных и торфяных пожаров                       81

4.2. Основные понятия теории лесных пожаров...........................................                         82

4.3. Результаты физического моделирования лесных пожаров и общая

физическая модель физико-химических процессов в зоне пожара                                 84

4.4. Основная система уравнений...................................................................                         89

4.5. Модели турбулентности............................................................................                         93

4.6. Модель излучения при лесных пожарах..................................................                         96

4.7. Влияние порывов ветра на собственные колебания растений

и замыкание основной системы уравнений.............................................                         97

4.8. О замыкании основной системы уравнений...........................................                         100

4.9. Граничные и начальные условия.............................................................                         102

4.10. Математическая модель торфяных пожаров второго поколения                                 105

4.11. База данных общих математических моделей лесных и торфяных

пожаров и методики численного решения задач....................................                         108

4.12. Некоторые результаты математического и физического

моделирования лесных пожаров..............................................................                         108

4.13. Сравнение теоретических результатов с экспериментальными

данными......................................................................................................                         116

4.14. Некоторые результаты исследования торфяных лесных пожаров                               116

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................                         118

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ............................................                         122

ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................                         123

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ..................................................................................                         131