Методика создания гис-проекта на основе данных дистанционного зондирования Земли с целью оценки пожароопасности территории Квалификационная работа (стр. 8 из 9)
1. Координаты пикселей с обнаруженными пожарами (долгота, широта).
2. Сила пожара в этих пикселях, выраженная в Ватт/м-2.
3. Зарегистрированная температура в канале 4 мкм в градусах Кельвина.
4. Предположительная вероятность возгорания (состояние).
Количество пикселей в таблице чаще всего не равно количеству пожаров, например, географические координаты пикселей № 3, 4, 5, 6 отличаются между собой на несколько угловых минут, что укладывается в погрешность съемки (250м.). Поэтому можно предположить, что они принадлежат одному очагу возгорания.
В программе имеется набор параметров, которые отвечают за то, будет тот или иной пиксель регистрироваться как очаг пожара или нет. Сочетание этих параметров (маски пожаров) существенно зависят от региона. Например, лесостепная территория Курганской области и Ивдельская тайга имеют различные спектральные характеристики отражения в тепловом диапазоне, принимаемом радиометром MODIS. Кроме того, комбинация этих параметров зависит от сезона (зима, весна, лето, осень) и даже от времени приема.
В результате обработки в среде Scanex Modis Processor формируется файл формата «BIL» (многослойный растровый файл, пригодный для использования в геоинформационной системе ArcView и др.). После такой обработки в среде ArcView необходимо включить в созданный ранее ГИС проект растровые данные маски пожаров (BIL файл).
Таблица 3
Содержимое файла Fire.log
На рисунке 3.5.2 показан участок территории Свердловской области с выявленными очагами пожаров.
В соответствии с «Временными требованиями…»[2], спутниковая информация принимается только с дневных витков. Однако при наступлении пожароопасного периода для повышения оперативности необходима информация и с ночных снимков. Ночные снимки отличаются от дневных набором передаваемых каналов. Так, если дневные снимки содержат весь набор каналов, то в ночных снимках имеются только каналы с километровым разрешением.
С другой стороны для детектирования пожаров программа Scanex Modis Processor использует данные только километровых каналов, т.е. для создания маски пожаров могут использоваться и ночные снимки. Однако при этом будет отсутствовать растровое изображение территории. Для дополнения ГИС проекта таким изображением может использоваться любой имеющийся космический снимок области, подходящий по сезонному периоду.
Рис. 3.5.2. Участок территории Свердловской области с выявленными очагами пожаров. Снимок со спутника Terra 1 июля 2003 года 11:41, RGB - синтез каналов 1-4-3, разрешение 250 метров
3.6 Хранение сведений о пожарах в банке данных
Все полученные данные с обнаруженными очагами пожаров накапливаются в банке данных, структура которого образует совокупность атрибутивных данных, цифровых карт и спутниковых изображений.
Атрибутивная составляющая банка данных включает данные о лесных пожарах, метеорологические данные, данные о ресурсах службы охраны, данные о лесах и нормативно-справочную информацию.
В банке данных есть сведения о каждом пожаре, зарегистрированном на охраняемой территории, что представляет собой основу для ведения ежегодно обновляемого архива для ретроспективного анализа горимости лесов. Информация по каждому пожару включает свыше 40 показателей, которые характеризуют его местоположение, условия и причину загорания, время и способ обнаружения пожара, длительность его распространения до локализации, время и способ тушения, размеры и структуру пройденной огнем площади.
Оперативные данные о лесных пожарах содержат информацию о каждом крупном пожаре и интегральные характеристики горимости лесов за каждый день пожароопасного сезона.
База метеорологических данных формируется на основе оперативной (фактической и прогнозной) информации Гидрометеоцентра России. Эта информация используется для оценки и прогноза степени пожарной опасности в лесах по условиям погоды и построения соответствующих оперативных карт.
Картографическая часть банка данных включает цифровые карты следующих основных типов: топографическая основа, административное деление, производственная организация территории.
Получая информацию о каждом прошедшем пожаре, о погодных условиях, о причинах возникновения пожаров, а также получая информацию с метеостанций и со станции направленного поиска молний, можно с большой вероятностью определить возможность возникновения лесного пожара в том или ином месте охраняемой территории.
Вся система мониторинга лесных пожаров позволяет:
- осуществлять контроль лесопожарной обстановки практически на всей территорией Российской Федерации;
- оценивать и предоставлять информацию о параметрах лесных пожаров: координатах и площади очагов горения, удаленность очагов от объектов инфраструктуры, направление распространения пожаров;
- выявлять зоны и площади задымления от лесных пожаров с указанием населенных пунктов, оказавшихся в зонах задымления;
- обнаруживать не только действующие лесные пожары, но и пожары в стадии начала их развития;
- определять возможность возникновения лесных пожаров в том или ином месте охраняемой территории.
Прием и обработка данных со спутника Terra производилась в Уральском региональном центре приема данных дистанционного зондирования Земли в Уральском регионе на базе «УралРИКЦ».
«УралРИКЦ» выполняет функции регионального банка данных геолого-геофизической информации в составе Государственного банка цифровой геологической информации (ГБЦГИ) в рамках Единой информационной системы недропользования (ЕИСН) России, и осуществляет деятельность по сбору, обработке, хранению и использованию геолого-геофизической информации на территориях Свердловской, Челябинской, Тюменской и Курганской областей, Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов.
Данные со спутника Terra принимались приемной антенной, установленной на крыше 5 этажа промышленного здания по улице Вайнера 55. Вследствие того, что имеются ограничения на длину кабеля от антенны до блока приема и управления (не более 50 м), узел приема информации расположен в этом же здании на 5 этаже, арендуемом у ОАО «Уральская геолого-съемочная экспедиция».
Обработка данных и обнаружение пожаров производилось по снимкам территории Свердловской области, принятых спектрорадиометром MODIS со спутника Terra наземной станцией ЕОСкан в мае-июне 2004 года. Всего для обработки было взято четыре снимка:
1. Снимок со спутника Terra 20 мая 2004 года, 12:48, RGB - синтез каналов1-4-3, разрешение 250 метров.
2. Снимок со спутника Terra 27 мая 2004 года, 11:16, RGB - синтез каналов1-4-3, разрешение 250 метров.
3. Снимок со спутника Terra 5 июня 2004 года, 13:00, RGB - синтез каналов1-4-3, разрешение 250 метров.
4. Снимок со спутника Terra 21 июня 2004 года, 11:22, RGB - синтез каналов1-4-3, разрешение 250 метров.
После того, как снимки были приняты приемной станцией ЕОСкан, сначала была произведена их предварительная обработка в программах ScanViewer и IMAPP. В результате этой обработки снимки подверглись предварительной оценке и фрагментации файлов изображений. Была сделана географическая привязка изображения по орбитальным элементам спутника с наложением на изображение координатной сетки. Были получены следующие выходные файлы:
- MOD021KM,
- MOD02HKM,
- MOD02QKM,
- MOD02OBC.
Далее была совершена вторичная обработка снимков в программной среде ENVI. В результате чего были устранены геометрические искажения, произведен RGB-синтез спектральных каналов и геометрическая трансформация снимка для включения его в ГИС-проект. Здесь же была сделана попиксельная привязка изображения к картографической проекции Гаусса – Крюгера (зона 10 57о восточной долготы) и Мировой геодезической системе 1984 года (WGS84). В результате обработки были созданы файлы формата TIFF/GeoTIFF, которые далее были использованы в геоинформационной системе ArcView для создания ГИС-проекта Свердловской области.
Для создания ГИС-проекта в среду ArcView были загружены растровые данные, т.е. полученные после обработки космоснимки, затем векторные данные (топооснова Свердловской области - административные районы области, районные центры и водные объекты).
Затем снимки были подвергнуты тематической обработке в программе Scanex Modis Processor. После расчета масок пожаров были созданы файлы отчета (Fire.log), куда записались дата и время проведения детектирования, имя исходного (MOD021KM) файла, и в табличном представлении:
1. Координаты пикселей с обнаруженными пожарами (долгота, широта).
2. Сила пожара в этих пикселях, выраженная в Ватт/м-2.
3. Зарегистрированная температура в канале 4 мкм в градусах Кельвина.
4. Предположительная вероятность возгорания (состояние).
Результаты расчета маски пожаров приведены в таблицах 4, 5, 6, 7.
После обработки в среде Scanex Modis Processor был сформирован файл формата «BIL». Затем этот BIL файл с растровыми данными маски пожаров были включены в ГИС-проект Свердловской области, который был создан ранее в среде ArcView.
Таблица 4
Результаты расчета маски пожаров для снимка от 20 мая 2004 года