Вероятностный метод спутникового обнаружения и контроля энергетических параметров пожаров в лесах Восточной Сибири

• Автор: Швецов, Евгений Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
1. Обзор современных методов обнаружения лесных пожаров из космоса
1.1. Физические основы обнаружения пожаров из космоса
1.2. Прохождение излучения через атмосферу
1.3. Основные характеристики систем NOAA AVHRR и TERRA/AQUA MODIS
1.4. Существующие методы обнаружения пожаров из космоса
1.4.1. Определение характеристик малоразмерных пожаров с помощью метода Дозира
1.4.2. Методы с фиксированным порогом
1.4.3. Методы пространственного анализа
1.4.4. Двухшаговый алгоритм на основе потенциальных функций и поверхностей
1.4.5. Алгоритм феноменологической модели малоразмерных пожаров
1.4.6. Контекстуальный алгоритм обнаружения пожаров для радиометра MODIS
1.5. Выводы по главе
2. Разработка вероятностного метода обнаружения пожаров по спутниковым данным
2.1. Вероятностный алгоритм обнаружения пожаров
2.1.1. Расчет вероятности обнаружения с использованием параметров радиометра
2.1.2. Расчет вероятности обнаружения пожара с использованием радиационной температуры
2.2. Оценка работы алгоритма
2.3. Выводы по главе
3. Дистанционный контроль энергетических параметров лесных пожаров
3.1. Радиационная энергия пожара
3.2. Методы оценки радиационной мощности пожара
3.2.1. Биспектральный метод
3.2.2. Метод, разработанный для инструмента MODIS
3.2.3. Определение радиационной мощности пожара с помощью измерений излучения в среднем инфракрасном диапазоне
3.3 Оценка интенсивности пожаров
3.4 Методика оценки интенсивности кромки пожара по данным дистанционного зондирования
3.5. Оценка скорости сгорания биомассы по измерениям радиационной мощности пожара
3.6. Оценка энергетических параметров пожаров по данным спутниковой съемки
3.6.1. Оценка радиационной мощности пожаров
3.6.2. Сравнение методов оценки радиационной мощности
3.6.3. Оценка параметров пожаров и количества сгоревшей биомассы
3.6.4. Классификация пожаров по мощности тепловыделения на фронте
3.6.5. Оценка параметров пожаров, обнаруженных в 2007 - 2009 годах
3.6.6. Анализ зависимости радиационной мощности от погодных условий
3.7. Программный комплекс детектирования пожаров и оценки их энергетических параметров
3.8. Выводы по главе
4. Анализ пожарной активности на территории Сибири
4.1. Анализ динамики развития пожарной обстановки за 1998 - 2009 годы
4.1.1. Сезонная динамика пожаров
4.1.2.Распределение площадей пожаров и их удаленность от населенных пунктов
4.2. Возникновение и развитие катастрофических лесных пожаров
4.3. Лесные пожары, возникающие от гроз

4.3.1. Поражение деревьев молниями и возникновение пожаров
4.3.2. Методика исследования
4.3.3. Пространственное и временное распределение пожаров, вызванных грозами
4.4. Выводы по главе
Основные результаты
Заключение
Литература
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

Введение
Официальная статистика показывает, что в России ежегодно происходит от 20 до 40 тысяч пожаров, поражая от 2 до 3 миллионов гектаров лесов и других земель [61]. Обнаружение и борьба с пожарами осуществляется только в “охраняемых лесах” и на лугопастбищных угодьях. При этом оценка пройденных огнем площадей выполняется примерно на 2/3 территории лесного фонда, главным образом методом визуальных авиационных и наземных наблюдений [18].
На протяжении последних десятилетий, помимо наземных систем наблюдения и авиационного патрулирования все большее значение приобретают системы спутникового мониторинга лесных пожаров. Использование спутниковых систем, таких как ЫОАА/АУНЯЯ и ТеггаМ4иа/МСЮ18 и других повысило эффективность обнаружения действующих пожаров, а также точность оценки пройденных огнем площадей и последствий пожаров в пределах, соответствующих практическим целям [108].
Несмотря на то, что космический мониторинг лесных пожаров на азиатской территории России используется достаточно широко, по-прежнему остаются нерешенные проблемы. Например, площади пожаров, определяемые различными организациями, существенно различаются. Так, в отдельные годы, значения площади, пройденной огнем, полученные в исследованиях с применением спутниковых данных, выполненных разными авторами, могут отличаться в два и более раз [59, 62, 74, 76, 103, 105, 108]. Причинами расхождений являются различные подходы к обнаружению пожаров и оценке их площади, а также конъюнктурные соображения. Таким образом, значительные расхождения, возникающие при использовании спутниковых данных для обнаружения пожаров, подтверждают актуальность задачи оценки достоверности детектируемых пожаров.
В настоящее время известен целый ряд различных подходов к обнаружению пожаров, использующих различные спутниковые системы и различные варианты пороговых алгоритмов в процессе обнаружения активных очагов [73, 84, 90, 99, 108]. Величина применяемого порогового значения определяет долю тепловых аномалий, которые будут классифицироваться алгоритмом как пожары. В то же время интерес представляет значение вероятности, с которой обнаруженная тепловая аномалия является пожаром. Вероятность обнаружения пожара, помимо

Для оценочных расчетов все члены уравнения (2.7), являющиеся функцией длины волны можно заменить их средними значениями в спектральной полосе пропускания входного устройства. Эта методика предполагает прямоугольную полосу пропускания га в диапазоне /./ - Х2 и равенство та = 0 за ее границами, т. е. принимается средний коэффициент пропускания атмосферы для предполагаемой трассы Я при заданном диапазоне Я/ - Х2. В этом случае г0 находится по таблицам слоя осажденной воды, соответствующего заданной дальности и состоянию атмосферы [19, 35].
Члены та(Х), т/Х), т0(Х) заменяется та, ту, г0 - средние в диапазоне ХГХ2. Аналогично Ф(Х) заменяется на Ф - среднее значение чувствительности в интервале ХгХ2. Если ни одна из функций не изменяется быстро в спектральной полосе пропускания, эти приближения приводят к очень малой ошибке [39].
Эти допущения позволяют уравнение (2.7) относительно дальности Я выразить в виде:
способность. В то же время, чтобы иметь возможность охарактеризовать приемник независимо от площади фоточувствительного элемента, обнаружительная способность приводится к единичной площади и ширине полосы частот. Соответствующая величина называется удельной обнаружительной способностью и является паспортной характеристикой детектора. Величина минимального детектируемого потока излучения определяется мощностью эквивалентной шуму,

определяемой как Рпор = Уп] / Ф. Поскольку Ф =
Н-Аа ¥3
обнаружительная способность Г) является величиной, обратной эквивалентной мощности

Член j.dX заменяется на Я - силу излучения в диапазоне длин волн ХГХ2.

(2.8)
Чувствительность приемника можно определить через его обнаружительную