Термическая точка (термоточка)

Термическая точка (термоточка) – это зарегистрированное в момент пролета искусственного спутника Земли, значительное повышение температуры на ее поверхности, в сравнении с соседними участками и распознанные как пожары за исключением температурных аномалий техногенного происхождения. Служат одним из источников информации о возникновении природных пожаров.

Обнаружение пожаров на снимках Земли из космоса возможно благодаря значительной разнице температур земной поверхности (обычно не выше 10-25 °C) и очага пожара (300-900 °C), что приводит к разнице в тепловом излучении этих объектов в десятки раз. На спутниках есть инфракрасные сенсоры, хорошо видящие открытый огонь, который светится яркой точкой. Если пожар маленький, то по спутниковым снимкам определить его размеры невозможно.

Карта пожаров

Система оперативного мониторинга СКАНЭКС, проект «Карта пожаров»

Основные системы дистанционного мониторинга пожаров на природных территориях, в том числе российские, основываются на бесплатных и общедоступных данных трех американских спутников – Terra (запущен в 1999 г.), Aqua (запущен в 2002 г.) и Suomi NPP (запущен в 2011 г.). На первых двух установлены сенсоры (инструменты) MODIS, на последнем – VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite), позволяющие получать мультиспектральные снимки, пригодные в том числе для выявления температурных аномалий – термоточек, соответствующим пожарам или, в отдельных случаях, аналогичным им источникам тепла.

Спектральные каналы этих сенсоров, которые используются для выявления пожаров, имеют разрешение около 1 километра у MODIS, и 375 м у VIIRS. Каждая термоточка соответствует центру квадрата соответствующего разрешению размера, в пределах которого находится источник тепла, достаточно сильный для того, чтобы его обнаружил спутник. Ширина захвата сенсора MODIS – около 2,3 тыс. км, сенсора VIIRS – около 3 тыс. км; при такой ширине захвата фактическое разрешение существенно ухудшается от оси снимаемой полосы к ее периферии.

Эти спутники позволяют обнаруживать пожары площадью от долей гектара до нескольких десятков гектаров, в зависимости от интенсивности горения и состояния атмосферы. Небольшие, только начинающиеся пожары или костры они обнаружить не в состоянии. Кроме того, они ограниченно пригодны для обнаружения торфяных пожаров (хотя позволяют обнаруживать крупные палы сухой травы на осушенных торфяниках, и выявлять места наиболее вероятного возникновения очагов тления торфа). Участки горящей травы обнаруживаются с помощью этих спутников далеко не всегда – во-первых, потому, что трава горит быстро, и часто травяной пал успевает начаться и закончиться за несколько часов, проходящих между пролетами спутников; во-вторых, если трава низкая и горит слабо – тепла может выделяться недостаточно, чтобы его обнаружил спутник. Сенсор VIIRS более перспективен для выявления торфяных пожаров.

Некоторые источники тепла, не связанные с пожарами (например, крупные промышленные предприятия, факела сжигания попутного газа, извержения вулканов) также могут являться источниками термоточек. Однако, эти источники тепла постоянно находятся в одних и тех же местах, что позволяет их один раз обнаружить и больше не учитывать.

Сами по себе термоточки не позволяют различать пожары разных типов – термоточки, вызванные травяными палами, низовыми и верховыми пожарами, интенсивным тлением торфа, горением попутного нефтяного газа и т.д. выглядят совершенно одинаково. Однако, наложив термоточку на карту или снимок (что можно сделать, например, в программе Google Earth), можно понять, что именно горит – лес, или болото, или осушенный торфяник, или сельскохозяйственные земли, или же термоточка приходится на какой-то промышленный объект или населенный пункт. Многие системы мониторинга пожаров выделяют явно техногенные температурные аномалии автоматически, и игнорируют их.

При сопоставлении термоточек с картой местности или космическим снимком следует учитывать, что каждая термоточка отражает лишь центр километрового квадрата, в пределах которого может быть пожар, и что сами по себе карты и снимки разных типов (в том числе MODIS, по которым выявляются термоточки) могут быть немного смещены относительно друг друга. За счет этого термоточки при нанесении их на карты и снимки могут как бы сдвигаться относительно своего действительного положения на расстояние до нескольких сотен метров.

В случае с относительно небольшими пожарами это может приводить к ошибочному определению типа пожара – например, термоточки, вызванные горением сухой травы на прилегающих к лесу землях, могут смещаться на лес и выглядеть как лесной пожар (выявление таких возможных ошибок требует некоторого опыта). В системах мониторинга лесных пожаров, автоматически разделяющих пожары на «лесные» и «не лесные», это может быть источником многочисленных ошибок в классификации пожаров самой малой площади. Если же пожар крупный, дающий 3-5 термоточек и более, его тип, как правило, можно установить безошибочно.

Регистрация термоточек

Принцип регистрации термоточек

Есть и другой способ понять, что и насколько сильно горит, и тоже с помощью снимков MODIS. У этого сенсора есть каналы, позволяющие получать изображения и в видимой части спектра, в том числе в естественных цветах. Мозаики изображений на значительные участки земной поверхности формируются на основе этих снимков ежедневно и весьма быстро – всего через несколько часов после пролета спутника. Эти мозаики изображений позволяют увидеть не только сами очаги горения, но и дым, а по его интенсивности и распространению оценить угрозы, связанные с самим пожаром и задымлением. Для оценки реальной ситуации с пожарами лучше всего использовать и термоточки, и сами снимки с видимым на них задымлением.

В системах дистанционного мониторинга пожаров, основанных на использовании снимков MODIS, термоточки по каждой конкретной территории, как правило, обновляются несколько раз в день после каждого пролета одного из спутников над этой территорией, с задержкой обычно в два-четыре часа.

Системы дистанционного мониторинга

Некоторые системы дистанционного мониторинга пожаров отражают только сами термоточки, не классифицируя и не объединяя их – таковы системы FIRMS и GFIMS. Другие системы используют разные алгоритмы объединения термоточек, относящихся к одному пожару, и позволяют определить более или менее точные площади пожаров – таковы системы ИСДМ-Рослесхоз, SFMS, сервис ВЕГА. Конечно же у каждого алгоритма есть свои достоинства и недостатки.

FIRMS и GFIMS

Самым популярным и общедоступным источником оперативных данных о пожарах на природных территориях является система FIRMS (Fire Information for Resource Management System), разработанная в США специалистами Мэрилендского университета и ряда других научных организаций. Эта система позволяет любому желающему получить данные о термоточках, выявленных с помощью сенсоров MODIS и VIIRS, за последние сутки или двое, по выбору пользователя, по любой части мира. Данные можно получить в разных форматах, из которых наиболее простым для большинства пользователей является формат KML, используемый в программе Google Earth. По специальному запросу можно получить данные и за более ранние периоды, за период с 2001 года по настоящее время.

Эта система не разделяет термоточки, приходящиеся на природные территории, от термоточек, связанных с промышленными объектами, поэтому при просмотре данных их приходится отделять вручную. Таких термоточек (связанных с промышленными объектами) обычно бывает очень мало, и понимание ситуации с пожарами они не затрудняют. Система также не разделяет термоточки, приходящиеся на леса и на нелесные земли (например, связанные с палами сухой травы) – их также приходится разделять вручную, пользуясь, например, космическими снимками программы Google Earth.

Термоточки в системе FIRMS собраны в отдельные файлы для скачивания по крупным регионам Земли, отдельно по сенсорам MODIS и VIIRS. Россия в этой системе попадает в два региона: Калининградская область относится к региону «Европа» (Europe), остальная часть нашей страны – к региону «Россия и Азия» (Russia and Asia). Для того, чтобы получить общую картину с пожарами по стране, необходимо скачать и открыть оба файла сразу.

Система GFIMS (Global Fire Information Management System), размещенная на официальном сайте FAO (Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН), представляет собой полную копию системы FIRMS. На всякий случай, полезно иметь в виду обе системы – данные в них одни и те же, но если в какой-то случается технический сбой, бывает так, что другая продолжает работать.

Официальные сайты систем:

  1. Пожарная информационная система FIRMS (университет штата Мэриленд, США).
  2. Пожарная информационная система GFIMS (FAO) – основывается на данных FIRMS:

ИСДМ-Рослесхоз

Основной российской системой дистанционного обнаружения пожаров на природных территориях является система ИСДМ-Рослесхоз (информационная система дистанционного мониторинга), разработанная по заказу Рослесхоза и официально введенная в эксплуатацию в 2005 году. Вопреки действующему российскому законодательству, основная часть данных этой системы в течение долгого времени оставалась полностью закрытой. Сейчас основная часть данных открыта, но только для зарегистрированных и подтвержденных пользователей портала «Государственные услуги».

Официальный сайт: ИСДМ-Рослесхоз

SFMS

Система SFMS (ScanEx Fire Monitoring Service) разработана российским инженерно-технологическим центром СканЭкс, ее данными для мониторинга пожаров на природных территориях пользуются МПР (в основном применительно к заповедникам и национальным паркам) и МЧС России. Данные этой системы полностью общедоступны.

Официальный сайт: SFMS

ВЕГА

ВЕГА – это система мониторинга и анализа состояния растительности, включающая в себя в том числе данные о лесных пожарах (как картографические, так и некоторые статистические), разработанная Институтом космических исследований РАН. Система очень близка к ИСДМ-Рослесхоз, но есть и отличия в отображении пожаров и в составе общедоступной информации.

Дополнительную аналитическую информацию о лесных пожарах можно найти на сайте отдела технологий спутникового мониторинга ИКИ РАН – разработчика сервиса ВЕГА и одного из основных разработчиков системы ИСДМ-Рослесхоз.

Официальный сайт: ВЕГА

Другие

  1. Сервис от Яндекса «Лесные пожары».
  2. УКМ НЦУКС МЧС РФ – ГИС «Каскад» (термоточки онлайн со спутника).
  3. Сервис от Аналитического центра МЧС России «Термические точки (ранний доступ)».
  4. Сайт «Космос Онлайн» (лесные пожары).

Что дает мониторинг термоточек

Мониторинг термоточек и сопоставление их с космическими снимками дают возможность:

  • оперативно узнавать (в течение нескольких часов) о природных пожарах;
  • делать предположение о виде (ландшафтный, лесной, торфяной) и размере пожара;
  • прогнозировать пути развития пожара (с учетом метеоусловий);
  • оценивать угрозы населенным пунктам, объектам инфраструктуры, ценным природным территориям;
  • следить за динамикой пожара;
  • принимать решение о необходимости участия подразделений пожарной охраны в тушении.

Дополнительный материал

  1. Методические рекомендации по организации работы органов управления РСЧС в пожароопасный сезон.
  2. Методические рекомендации по порядку использования и применения мобильного приложения «Термические точки».
  3. Мониторинг, моделирование и прогнозирование опасных природных явлений и чрезвычайных ситуаций. Материалы научно-практического семинара от 6 июня 2012 года.

Источник: Дистанционный мониторинг пожаров и основы дешифрования космоснимков (лекция из дистанционного курса базового обучения добровольных летных пожарных Гринпис).

Просмотров 14012