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.
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.
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
Сравнительный анализ видов и методов мониторинга лесных пожаров на территории России
Дата публикации: 09.04.2015 2015-04-09
Статья просмотрена: 3228 раз
Библиографическое описание:
Григорец, Е. А. Сравнительный анализ видов и методов мониторинга лесных пожаров на территории России / Е. А. Григорец. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 8 (88). — С. 379-381. — URL: https://moluch.ru/archive/88/17160/ (дата обращения: 20.11.2021).
Лесные пожары — одно из природных явлений, частота и разрушительность которого были усугублены природопреобразовательной деятельностью человека. Деятельность человека не только многократно увеличивает возможность возникновения и быстрого распространения огня, но и увеличивает негативные последствия уже локализованного пожара.
В современном мире вопрос прогнозирования и мониторинга пожароопасной обстановки широко изучается на территории каждой страны. Производится разработка наиболее функциональных и систематизированных средств мониторинга, с целью более раннего обнаружения точек возгорания и предупреждения чрезвычайных экологических ситуаций, связанных с лесными пожарами.
Виды мониторинга подобных явлений делятся на наземные, авиационные и космические, осуществляемые, например, благодаря использованию аэрофотосъемки, или, с развитием космических технологий — космической съемки. В таблице № 1 автором представлена классификация видов и методов мониторинга лесных пожаров. Каждый вид мониторинга предполагает использование различных методов обнаружения первичных и вторичных признаков возгорания.
Виды и методы мониторинга лесных пожаров
— Наблюдательные пожарные вышки
— Видеонаблюдение (FFSS станции)
— Беспилотные летательные средства
— Дистанционное зондирование Земли
Виды мониторинга можно оценивать с точки зрения: стоимости, влияния погодных условий, площади мониторируемой территории, скорости получения данных и необходимости их обработки. Это основные параметры, так как от них зависит скорость реагирования, и оперативность принятия мер по устранению очагов возгорания. С этой точки зрения максимально практичным методом наземного мониторинга для обнаружения возгораний является видеонаблюдение, как автоматизированное (FFSS станции), так и производимое оператором, что связано с низкой стоимостью и высокой скоростью получения информации. Данные оптические системы работают в видимом и инфракрасном диапазоне. Информация с таких устройств передается посредством связи Интернет, GSM или радиосвязи.
Эффективным методом как наземного, так и авиационного мониторинга является использование тепловизионных камер. С помощью тепловизионных снимков фиксируется активная зона лесного пожара даже в условиях сильного задымления. Активная зона в данном случае характеризуется высоким контрастом теплового изображения. Данный метод плохо применим в дневное время суток [2].
Так же осуществляется контроль состояния атмосферного воздуха лидарными (Light Detection and Ranging) методами. Воздушное лазерное сканирование позволяет качественно или количественно судить о таких параметрах воздушной среды, как давление, плотность, температура, влажность, концентрация газов, аэрозолей, параметры ветра [3]. Таким образом, при использовании данного метода для мониторинга лесных пожаров можно 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.
Космический мониторинг пожароопасной обстановки методом дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяет значительно увеличить площадь исследуемой территории, контролировать процессы в режиме реального времени (каждый спутник имеет свой период обращения, что позволяет планировать съемку необходимого участка в соответствии с местоположением спутника), игнорировать метеорологические и атмосферные условия в местах наблюдений (радиолокационная съемка возможна в ночное время, во время облачности и непогоды) [1].
Преимущества дистанционного космического мониторинга по сравнению с другими методами заключаются в:
— Возможности мониторинга больших территорий, подверженных экологическому бедствию;
— Оперативности получения информации (обработка данных, полученных со спутников, и их выдача заказчику осуществляется на протяжении часа)
— Доступности данных (космические снимки находятся в свободном доступе).
— Метод дистанционного зондирования, тем не менее, имеет свои недостатки:
— Во-первых, площадь возгорания для обнаружения должна быть значительной;
— Во-вторых, несмотря на наличие радиолокационных систем, позволяющих производить мониторинг в ночное время суток и при неблагоприятных метеорологических условиях, их использование чрезвычайно редко. Чаще всего для мониторинга лесных пожаров используется комплексная многоспектральная спутниковая съемка, для которой большую роль играет прозрачность атмосферы;
— В-третьих, во избежание возможных ошибок, существует необходимость согласования данных полученных методом ДЗЗ с наземными источниками информации.
На основе выбранных критериев автором было проведено сравнение эффективности применения различных видов мониторинга для контроля лесных пожаров:
Сравнительная таблица видов мониторинга пожароопасных ситуаций
Источник
Способы мониторинга лесных пожаров
Пожары могут принести колоссальный ущерб природе и, чтобы избежать его последствий, производят мониторинг лесных пожаров. Способы различные: есть проверенные временем визуальные осмотры, также практикуют наблюдение с помощью спутников и современной техники. Эффективно использовать системы мониторинга лесных пожаров в комплексе. В Российской Федерации действуют профильные службы и учреждения для сбора, анализа и структурирования данных.
Визуальный осмотр
В некоторых лесах можно встретить специальные вышки. Эти строения выступают в роли наблюдательных пунктов. Их строительством обычно занимаются лесные хозяйства. Вышки оборудуют средствами связи, на наблюдательном пункте есть азимутальный круг. Он нужен для определения направления пожара.
Лес делят на территории по радиусу обзора с такой башни – 5-7 км. Вышки строят из дерева, но в последнее время многие элементы их конструкции меняют на металлические. Срок жизни строений с наблюдательными пунктами из дерева менее 10 лет.
Осмотр лесных территорий осуществляет специальный человек. При обнаружении пожара он определяет его направление, возможную опасность и передает информацию на диспетчерский пункт через радио или телефонную связь.
Проблема этого способа мониторинга в малочисленности наблюдательных вышек и работников. Раньше лесничих было на порядок больше, сейчас их количество сократилось в несколько раз.
На части наблюдательных вышек устанавливают видеокамеры. Это не решает основной проблемы, потому что за съемкой должен наблюдать человек в оборудованном пункте. Если система видеонаблюдения автоматизирована, то задача упрощается, но в большинстве камеры требует ручного управления.
Помимо этого, съемка ведется в одном направлении, поэтому необходимо установить несколько камер. Вышки сотовой связи тоже используют для мониторинга. На них устанавливают тепловизоры и видеокамеры.
Исследования с помощью спутников
Один из самых недорогих способов – это спутниковый мониторинг. Спутники с помощью сканеров делают снимки в инфракрасном спектре. Это позволяет узнать разницу температур и определить, где идут лесные пожары.
Данные и снимки обрабатываются на космическом аппарате, где исправляют искажения, делают привязку к географическим точкам. Последний этап обработки, который включает цифровой анализ, визуальное дешифрирование и интерпретацию снимков, производят в автоматическом или интерактивном режиме.
Информацию о лесных пожарах можно увидеть на специальных сайтах, например здесь. Созданы федеральные системы мониторинга лесных пожаров. Они составляют общую картину, используя данные визуального осмотра, спутниковых снимков и других методов мониторинга.
Этот дистанционный метод входит в список функций экологического мониторинга. С помощью спутников также получают метеорологические характеристики, данные о техногенной обстановке, разливе рек, динамике снежных покровов, тепловых выбросах. Каждой области применения соответствует определенный канал, его обозначают цветом.
Карта пожаров в России доступна всем заинтересованным пользователям.
Информация обновляется в среднем 4 раза в день. Это усложняет идентификацию возгораний и снижает оперативность помощи пожарной охраны. Периодичность обновления зависит от времени пролета спутников по орбите. Основные данные предоставляет серия американских спутников NOAA.
Работают и частные спутники, их снимки отличаются точностью и детальностью, но стоят дороже общедоступных. Поэтому наряду с космоснимками используют данные визуального осмотра. На карте пожаров указывают точки пожаров и возможные причины их возникновения. Существует индийская система спутникового мониторинга.
На точность космоснимков влияют многие факторы. Например, повышенная облачность мешает как обнаружению лесных пожаров, так и определению их размера. Очаги возгораний на картах могут не совпадать с реальными, но их примерные координаты очерчены границами.
То есть на карте показана область, где есть очаг. Несколько пожаров на карте обычно объединяют в единый кластер. В этом случае точность также не достоверная. По этим данным определяют площадь пожара и скорость его распространения в лесах. Есть возможность получать оповещения о выявлении лесных пожаров, если оформить подписку на соответствующем сервисе.
Альтернативные методы
В качестве вспомогательных методов мониторинга лесных пожаров называют также осмотр территорий с воздуха. Наблюдение осуществляют с вертолетов, самолетов. В последние годы применение в этом направлении нашли беспилотные летательные аппараты, которые делают видеозаписи.
Стоимость всех перечисленных способов высокая. Из-за этого невозможно организовать непрерывный мониторинг в лесной зоне. Однако при возможности и достаточном финансировании летательные аппараты позволяют получать точную информацию в режиме реального времени. Кроме того, авиация способна тушить пожары при их обнаружении.
В России для тушения и мониторинга лесных пожаров с помощью вертолетов и пожарных самолетов создано федеральное учреждение «Авиалесоохрана». В состав экипажа воздушного судна входит летчик, парашютист-пожарный и десантник-пожарный, которые прошли специальную подготовку.
Статистика
Помимо наполнения интерактивной карты лесных пожаров, ведется их статистика. Она имеет не только информационный характер. На основе полученных данных анализируют причины возгораний, скорость их распространения.
Это необходимо для предотвращения повторных лесных пожаров, составления прогнозов, организации эффективного тушения. По пожарной опасности определяют экономический ущерб. Статистические данные и картографирование позволяют отличать пожары от техногенных источников тепла, которыми могут быть производственные объекты.
Первые записи о лесных пожарах в летописях датированы 1724 годом. Уже тогда были призывы сохранить угодья от огня. Во времена царской России данные уже упорядочивали. Сегодня информация о лесных пожарах сводится в таблицы. Статистику ведут ведомства и службы.
По данным Росстата последние массовые пожары были зафиксированы в летний период 2010 года. Однако их количество не рекордное, экологический и экономический ущерб был причинен вследствие больших территорий, охваченных огнем, и задымлением.
В 2010 году в общей сложности произошло более 39000 лесных пожаров. Тогда сгорело на корню около 150000000 м 3 лесов. Аналогичные масштабы лесных пожаров наблюдали в 1998 году. По количеству пожаров лидирует 2002 год – 434000 возгораний, но последствия не столь плачевны.
Источник
