Российская система дистанционного мониторинга лесных пожаров

Д.В. Ершов¹, Г.Н. Коровин¹, П.П. Шуляк¹, Н.Б. Дворкина¹, К.А. Ковганко¹, П.В. Петров¹, Е.А. Лупян², А.А. Мазуров², А.А. Прошин², Е.В. Флитман², С.А. Барталев², С.А. Тащилин³, Н.А. Абушенко³, А.И. Беляев⁴, Л.А. Рыбникова⁴

¹ Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, Москва, тел: +7 (095) 3326877, e-mail: korovin@cepl.rssi.ru

² Институт космических исследований РАН, Москва, тел: +7 (095) 3335313, e-mail: info@d902.iki.rssi.ru

³ Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск, тел: +7 (3952) 434865, e-mail: sergey@iszf.irk.ru

⁴ ФГУ «Авиалесоохрана» тел: 8(253) 29532, e-mail: aviales@space.ru

Введение

Существующая в стране система борьбы с огнем обеспечивает соответствующий современным требованиям уровень противопожарной защиты лесов лишь на ограниченных территориях европейской части России, Сибири и Дальнего Востока. Для организации и поддержания системы по обнаружению и тушению лесных пожаров на всей территории лесного фонда России имеющихся ресурсов недостаточно. В результате, оперативность обнаружения возникающих пожаров и принятия мер по их ликвидации, особенно на неохраняемых территориях, постоянно снижается. В этих условиях наиболее предпочтительным решением являлось создание аэрокосмической системы, включающей в себя, наряду с наземными наблюдательными пунктами и воздушными патрулями, космические средства слежения за лесными пожарами.

Современные технологии сбора и обработки данных о горимости лесов, о состоянии грозовых разрядов и метеорологической информации позволили разработать действующую информационную систему дистанционного мониторинга лесных пожаров Министерства природных ресурсов РФ (ИСДМ МПР РФ). Ее основной задачей является информационная поддержка работ по обнаружению и тушению лесных пожаров, предоставление информации и технологий для анализа последствий лесных пожаров в авиационную службу охраны лесов от пожаров ФГУ «Авиалесоохрана» Федерального агентства лесного хозяйства. Основой ИСДМ МПР РФ является ряд описываемых ниже систем.

Система сбора информации о горимости лесов по данным наземных и авиационных наблюдений, функционирующая в службе ФГУ «Авиалесоохрана» более 30 лет [1]. Эта информация собирается из регионов на активно охраняемой территории лесного фонда наземными и авиационными методами наблюдения.

Геоинформационная система мониторинга лесных пожаров федерального и региональногоуровней, созданная и постоянно развивающаяся с 1996 года [2]. Основными задачами ГИС МЛП являются пространственная интеграция оперативных данных, анализ текущей пожарной обстановки, обработка и предоставление стандартных информационных продуктов, необходимых для принятия решений по обнаружению и тушению лесных пожаров, подготовка отчетной картографической информации. К началу 2004 г. ГИС функционирует в центральной базе авиационной охраны лесов и более чем в половине из 23 региональных авиабаз. В 2003 г. была разработана новая версия системы интеграции данных пеленгации грозовых разрядов, данных наземных метеостанций, данных наземных, авиационных и спутниковых наблюдений за лесными пожарами для рабочих мест ГИС федерального и регионального уровней на базе SQL-технологии.

Деятельность по профилактике, обнаружению и тушению лесных пожаров направлена на сохранение лесных ресурсов от разрушительного воздействия огня, снижение наносимого им экономического и экологического ущерба. Общим результатом этой деятельности являются предотвращенный ущерб от лесных пожаров и сохраненная от огня площадь лесов. Сохраненная площадь лесов является натуральным показателем, отражающим результаты функционирования системы охраны леса, а величина предотвращенного ущерба от лесных пожаров представляет эти результаты в стоимостном выражении. В 2004 г. будет завершена разработка новой версии ГИС на основе MapObjects 2.0 с широкими возможностями доступа к оперативным базам данных и аналитическим инструментарием для анализа текущей пожарной опасности, выделения и прогнозирования зон чрезвычайной горимости, оценки предотвращенного ущерба, а также расчета необходимых пользователям статистических характеристик по горимости лесов для подготовки отчетных материалов.

Система спутникового мониторинга лесных пожаров, эксплуатирующаяся с 1997 г. В последнее десятилетие в России активно развивались методы и технологии анализа и обработки спутниковых данных для решения задач мониторинга лесных пожаров. Был создан ряд систем для обеспечения работ по организации обнаружения и тушения лесных пожаров на федеральном и региональном уровне, и на их основе разработана система спутникового мониторинга пожаров в интересах службы авиационной охраны лесов от пожаров России (ФГУ «Авиалесоохрана», в дальнейшем АЛО) [3-5].

В 2000 г. при поддержке программы «TACIS» были созданы центры приема и обработки данных NOAA в Центральной и Иркутской базах АЛО. За время эксплуатации системы апробированы не только методики обработки спутниковых данных, но и методы их использования в работе авиаохраны, что позволяет уже несколько лет эффективно использовать спутниковый мониторинг в оперативной практике. До 2003 г. космическая компонента системы мониторинга лесных пожаров базировалась на данных метеорологических спутников NOAA и радиометров высокого разрешения AVHRR, наблюдающих одну и туже территорию несколько раз в сутки. Появление новых космических систем (TERRA/AQUA) с радиометром среднего пространственного разрешения MODIS и развитие телекоммуникационных сетей существенно расширили возможности космических средств и методов наблюдения за лесными пожарами. С 2003 г. введен в опытную эксплуатацию модуль первичной и тематической обработки данных MODIS для создания производных продуктов с очагами возгорания по температурным каналам этого прибора.

Немаловажное значение для системы авиационной охраны лесов от пожаров имеет получение количественных оценок площадей, пройденных лесными пожарами на всей территории России как в течение пожароопасного сезона, так и по его завершению. Здесь решающую роль играют данные дистанционного зондирования, обеспечивающие накопление большого массива информации за продолжительный период времени, наблюдение и долгосрочный мониторинг на обширных территориях Сибири и Дальнего Востока.

За последние годы были разработаны алгоритмы картирования лесных пожаров и гарей по данным спутниковой съемки SPOT-VEGETATION и TERRA-MODIS. Эти алгоритмы встроены в цепочки автоматической обработки спутниковых данных и проходят опытную эксплуатацию в центрах приема и обработки спутниковой информации системы.

Система пеленгации молниевых разрядов, созданная в интересах ФГУ «АВИАЛЕСООХРАНА», функционирует с 1997 г. Грозы вызывают множественные очаги возгорания леса в труднодоступных регионах Сибири и Дальнего Востока, что осложняет их тушение. Интервал времени с момента прохождения грозы до развития лесного пожара составляет 1-5 суток, причем максимальное число пожаров приходится на 2-е сутки. Использование информации о географических координатах молниевых разрядов позволяет прогнозировать время и место вероятного возникновения лесных пожаров, выдавать соответствующее предупреждение службе охраны лесов от пожаров. К началу 2003 г. система покрывала значительную часть территории России. Сейчас зона действия системы расширяется на Дальнем Востоке и в Северной части Европейской территории страны.

Система сбора и распространения информации о синоптической обстановке Роскомгидромета, поставляющая ежедневно авиационной охране метеорологическую информацию с более чем 300 наземных метеорологических станций по всей России.

Основные задачи системы и источники информации

Основными задачами информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров Федерального агентства лесного хозяйства МПР РФ являются:

• обеспечение пользователей информацией о лесных пожарах на охраняемой и неохраняемой территориях по данным наземных, авиационных и спутниковых наблюдений;
• обеспечение пользователей данными метеорологических наблюдений и грозопеленгации;
• подготовка тематических продуктов для информационной поддержки принятия оперативных управленческих решений по обнаружению и тушению лесных пожаров;
• предоставление посредством ГИС-технологии аналитической информации о горимости лесов, текущей пожарной опасности, зонах с чрезвычайной пожарной обстановкой, предотвращенном ущербе и размерах площадей поврежденных огнем лесов.
• Система работает со следующими видами оперативной информации:
• данные о лесных пожарах подразделений авиационной и наземной охраны лесов;
• спутниковые данные, собираемые в центрах приема ФГУ «Авиалесоохрана» со спутников серии NOAA;
• данные прибора MODIS спутников TERRA и AQUA, собираемые в специализированных российских центрах приема;
• результаты обработки данных прибора MODIS, получаемые из зарубежных центров обработки спутниковой информации;
• результаты обработки данных прибора VEGETATION спутника SPOT-5, получаемые из зарубежных центров обработки спутниковой информации;
• метеорологические данные, получаемые с наземных станций Госкомгидромета РФ;
• данные о молниевых разрядах, поступающие из Центра сбора и обработки данных системы регистрации молниевых разрядов (ЦСОД СРМР) ООО НТЦ «ИНФОКОМПЛЕКС»;

Пользователи системы

В настоящее время основными пользователями системы являются подразделения авиационной охраны лесов от пожаров ФГУ «Авиалесоохрана». Однако возможен и более широкий круг пользователей системы, а именно:

• Федеральное агентство лесного хозяйства Министерства природных ресурсов;
• Подразделения авиационной охраны лесов от пожаров (авиабазы, авиазвенья, авиаотделения);
• Региональные комитеты (управления) природных ресурсов в субъектах Российской Федерации;
• Отраслевые институты;
• Региональные представительства Министерства по чрезвычайным ситуациям;
• Учебные учреждения и другие министерства и ведомства;
• Частные компании и организации, осуществляющие свой бизнес в лесном секторе экономики.

Рис. 1. Архитектура организации ИСДМ МПР РФ.

Архитектура системыДля интеграции оперативных данных была разработана система сбора, обработки и обмена информацией между основными компонентами и пользователями системы (рис. 1). Основные элементы системы:

• Блок спутникового мониторинга лесных пожаров, состоящий из:
  • Центров приема и обработки данных со спутников NOAA в Центральной (г. Пушкино) и Иркутской (г. Иркутск) базах ФГУ «Авиалесоохрана»;
  • Системы сбора, хранения, обработки и представления спутниковых данных, поступающих из специализированных центров приема (гг. Москва, Новосибирск, Красноярск и Хабаровск);
• Система сбора информации о горимости лесов по данным наземных и авиационных наблюдений (подразделения «Авиалесоохраны» и региональные управления лесами);
• Система интеграции данных о молниевых разрядах (Центральная база «Авиалесоохраны»);
• Блок интеграции данных метеонаблюдений на наземных станциях Роскомгидромета РФ
• ГИС мониторинга лесных пожаров (МЛП) федерального уровня (Центральная база «Авиалесоохраны», Федеральные лесопожарные центры в федеральных округах);
• ГИС МЛП регионального уровня (в подразделениях «Авиалесоохраны»);
• Система представления информации о горимости лесов в составе информационных серверов, установленных в Центральной и Иркутской базах «Авиалесоохраны», и в ИКИ РАН (г. Москва);

Все блоки системы состоят из территориально распределенных элементов, обмен данными между которыми осуществляется по сети Интернет.

Спутниковый мониторинг в ИСДМ МПР РФ позволяет решать целый спектр задач:

• получение информации для оценки синоптической обстановки;
• регистрация зон с подозрениями на лесные пожары на охраняемых территориях;
• детектирование пожаров и контроль динамики пожаров на неохраняемых территориях;
• оценка площадей, пройденных лесными пожарами.

Здесь необходима высокая оперативность. При этом подразделениям авиаохраны для анализа и принятия решений необходимо получать тематически адаптированную информацию. Поэтому для практической реализации мониторинга лесных пожаров потребовалось создать специальную систему для работы со спутниковыми данными. Данная система решает следующие основные задачи:

• сбор, хранение и обработка спутниковых данных;
• интеграция результатов обработки спутниковых данных с информацией, полученной из других источников;
• представление результатов обработки данных в удобном виде для анализа и принятия решений.
• Система должна обеспечивать:
• получение информации из центров приема несколько раз в день по всей территории России для решения оперативных задач;
• возможность работы с информацией, поступающей от различных спутниковых систем;
• высокий уровень оперативности и автоматизации сбора, обработки данных и представления информационных продуктов пользователям;
• интеграцию информации, полученной в результате обработки спутниковых данных, с другими видами информации, использующейся в ИСДМ МПР РФ;
• удобный инструментарий работы и схем доступа к оперативной информации для пользователей, в том числе удаленных;
• высокий уровень автоматизации работы системы, простоту ее управления и контроль работоспособности;
• устойчивость и, по возможности, независимость реализованных в системе процедур обработки и анализа данных от условий и районов наблюдений;
• достаточную гибкость и удобные возможности модификации и расширения системы;
• низкую стоимость эксплуатации системы.

Для реализации этих задач была разработана оптимальная архитектура системы, элементы которой можно условно разбить на три основные группы:

• центры сбора и обработки данных;
• система обработки, хранения и представления данных;
• система обеспечения работы региональных и локальных пользователей.

Центры сбора и обработки данных

В настоящий момент система рассчитана на работу с различными источниками данных, в первую очередь с центрами приема в Центральной и Иркутской базах «Авиалесоохраны», где реализована полностью автоматическая система обработки спутниковых данных AVHRR-NOAA. В зону видимости этих центров попадает вся территория России за исключением районов Камчатки и Чукотки. Одновременно с данными, получаемыми и обрабатываемыми в центрах, в систему организован поток данных NOAA из специализированных центров приема, расположенных в Новосибирске, Красноярске и Хабаровске. Это позволяет повысить устойчивость работы системы и расширить зону видимости.

В 2003 г. начаты работы по интеграции в систему данных, поступающих со спутников TERRA и AQUA. Ввиду высокой стоимости соответствующих приемных станций, были реализованы схемы получения этих данных из международных и российских специализированных центров. В настоящий момент из Годдардского центра (г. Вашингтон) [6] в систему поступают результаты детектирования пожаров на основе алгоритма MOD14 [7] по данным TERRA и AQUA. Данные поступают по всей территории России с задержкой от 12 до 20 часов. Для более оперативного получения информации в системе также используются российские специализированные центры. Для этого программа обработки данных «СМИС-П» была модифицирована для работы с данными прибора MODIS. Такие программные модули в настоящий момент установлены и проходят опытную эксплуатацию в двух специализированных центрах: НИЦ «Планета» (г. Москва) и ДВРЦПОД (г. Хабаровск).

Вышеперечисленные центры позволяют получать информацию по Европейской части России и на Дальнем Востоке. Для организации поступления оперативной информации по Центральной Сибири в 2004 г. в систему будут включены центры приема и обработки данных Института Леса им. Сукачева ИЛ СО РАН (г. Красноярск) и Западносибирского центра ЗСРЦПОД (г. Новосибирск). Таким образом, система мониторинга лесных пожаров будет обеспечиваться оперативной спутниковой информацией по всей территории России. Из этих центров в систему мониторинга лесных пожаров поступают данные детектирования очагов пожаров алгоритмом MOD14, маски облачности и цветосинтезированные изображения регионов наблюдений — для проведения визуальных оценок состояния облачности, дымов и поврежденных огнем лесов (рис. 2-4).

Рис. 2. Текущая синоптическая обстановка.

Рис. 3. Псевдоцветные изображения лесных пожаров AVHRR-NOAA.

Рис. 4. Псевдоцветные изображения TERRA-MODIS и результаты детектирования действующих очагов пожаров.

Для детектирования и картирования лесных пожаров и гарей выполняется сбор, накопление и обработка данных приборов VEGETATION (SPOT-4 и 5) и MODIS (TERRA и AQUA). Поступление этих данных организуется из международных центров хранения спутниковых данных [8, 9].

Система обработки, хранения и представления данных

Основными элементами данной системы являются центр сбора, обработки и долговременного хранения данных и система информационных серверов ФГУ «Авиалесоохрана».

Центр сбора создан в Центральной базе авиационной охраны лесов от пожаров. Одна из основных задач центра — организация оперативного и долговременного хранения спутниковых данных и результатов их обработки на основе технологии, описанной в [10]. Для хранения и работы с результатами обработки спутниковых данных ведется два типа баз данных – БД результатов детектирования пожаров и БД информационных продуктов. Эти БД ведутся на основе информации, полученной при обработке данных MODIS и AVHRR.

Обрабатываемая в центре информация передается на информационные сервера, с помощью которых организуется распространение данных пользователям системы. Следует отметить, что через Центр проходит далеко не вся оперативная информация. Для минимизации объемов передаваемых данных часть информации может попадать в систему информационных серверов непосредственно из центров приема. Для работы же с информацией большого объема (например, спутниковые изображения), которая в системе используется эпизодически, блоки информационных серверов, обеспечивающие доступ к этой информации, могут располагаться непосредственно в центрах приема.

Система информационных серверов предназначена для обеспечения оперативного представления информации удаленным пользователям. В ней реализовано два механизма организации распространения данных – автоматическая рассылка и обновление данных, и интерактивный доступ к данным с использованием WEB-интерфейсов.

Интерактивная система доступа к информации удаленных пользователей построена на основе WEB интерфейсов. Пользователи могут получить доступ к информации на серверах в Центральной базе ФГУ «Авиалесоохрана» (http://www.pushkino.aviales.ru), в Иркутской базе (http://www.irkutsk.aviales.ru) и в ИКИ РАН (http://www.nffc.aviales.ru). Обновленная в 2003 г. версия WEB-интерфейсов позволяет проводить анализ результатов обработки данных приборов AVHRR и MODIS. Интерфейсы являются динамическими и позволяют пользователю самому выбирать состав информационных слоев, необходимых для анализа. Можно проводить анализ информации на фоне различных картографических слоев, включая карту растительности, созданную на основе карты наземных экосистем северной Евразии [11].

Автоматическая система рассылки данных рассчитана на пользователей, которые на своих рабочих местах имеют средства для работы с получаемой информацией. В первую очередь к ним относятся ГИС федерального и регионального уровня.

ГИС мониторинга лесных пожаров

Геоинформационная система мониторинга лесных пожаров предназначена для поддержки принятия управленческих решений по обнаружению и тушению пожаров службой авиационной охраны лесов от пожаров. Это достигается интеграцией пространственно согласованных картографических, спутниковых и оперативных данных о горимости лесов России. Функционально геоинформационная система решает несколько задач:

• подготовка картографической продукции и статистической отчетности на WEB-серверах;
• ежедневная работа с оперативными данными для оценки состояния и горимости лесов, принятия управленческих решений по тушению пожаров;
• подготовка отчетных картографических материалов в течение пожароопасного сезона и по его окончанию.

Для обеспечения адекватности отображения и обработки оперативной информации картографические ГИС- данные условно разделены на три базовых уровня: федеральный или национальный; межрегиональный или уровень федеральных округов; региональный.

Геоинформационная система создавалась поэтапно с 1995 года и наполнялась базовыми картографическими основами мелкого масштабного ряда (1 млн. – 45 млн.), данными производственного и административного деления территории России (границы субъектов и районов, авиабаз и других авиаподразделений, лесохозяйственных предприятий), тематической информацией о лесной растительности. С учетом собираемой информации о лесных пожарах была разработана архитектура хранения оперативных и статических баз данных и методов их интеграции в системе. К 2000 году ГИС мониторинга лесных пожаров обеспечивала подразделения Центральной базы авиационной охраны данными о пожарах по наземным и авиационным наблюдениям, картами пожарной опасности по условиям погоды, данными о горимости лесов, получаемыми метеорологическими спутниками глобального обзора NOAA. Оперативная информация ежедневно актуализируется в ГИС с помощью блока автоматического обновления данных.

В новой версии ГИС мониторинга лесных пожаров организована единая система сбора, хранения, обработки и распространения оперативных данных о горимости лесов по наземным и авиационным наблюдениям, очагах возгорания по спутниковым данным, данных грозопеленгации и наземных метеонаблюдений, синоптической обстановки по спутниковым изображениям (рис. 5). Также она предполагает использование единой топографической основы на федеральном и окружном (федеральные округа) уровнях.

Рис. 5. Организация системы поступления оперативных данных в ГИС федерального уровня и обмена данными между внутренними и внешними потребителями информации.

В действующей информационной системе дистанционного мониторинга лесных пожаров оперативные базы данных вынесены из ГИС в самостоятельно обновляемую подсистему. В качестве базового программного обеспечения для работы используются ArcView 3.x и собственная разработка рабочего места MOGIS на базе MapObjects 2.0.

Картографическая база данных

Картографическая база данных включает две топографические основы: общегеографическая карта масштаба 1:2,5 млн. и топографическая карта масштаба 1:1 млн. Эти карты разрабатывались и создавались ГУГК на бумажных носителях и открыты для общего использования.

Цифровая общегеографическая карта масштаба 1:2,5 млн. создана в ООО «АГТ Геоцентр» и состоит из 8 базовых слоев: административные и государственные границы, населенные пункты, выраженные в масштабе карты, населенные пункты, автомобильные дороги, железные дороги, гидрография, горизонтали рельефа и отметки высот рельефа.

Цифровая карта масштаба 1:1 млн. создана в DATA+ и состоит из 39 базовых слоев. Она представляет собой усовершенствованный вариант Цифровой карты мира (DCW).

Общегеографическая карта используется для подготовки качественной печатной картографической основы разного формата печатных листов. Цифровая основа 1- миллионного масштаба используется для обобщенных расчетов и подготовки статистической отчетности на отдельные регионы и федеральные округа.

Границы авиаподразделений службы авиационной охраны лесов от пожаров и лесохозяйственных предприятий в настоящее время увязываются с элементами вышеуказанных топографических основ и административно территориальным делением.

Необходимой информацией при организации мероприятий по обнаружению и тушению лесных пожаров являются данные о типах и категориях земель и древесной растительности. Эти данные накапливаются в лесоустроительных предприятиях в период проведения лесоустройства и обновляются раз в десять лет. На федеральном уровне эти данные агрегируются и преобразуются в атрибутивную базу данных Государственного учета лесного фонда. Помимо этих данных, в оперативной работе и при расчетах и оценках пройденной огнем земной поверхности используются карты растительности и лесов, полученные по данным спутниковой съемки и лесоинвентаризации. На федеральном уровне сейчас используются следующие картографические данные:

• векторная карта лесов России 1990 г. (масштаб 1:2,5 млн., под ред. Исаева А.С.);
• растровая карта северной Евразии по данным спутниковой съемки SPOT4-VGT (1 км).

Карта лесов России создана Гипролеспроектом в 1980-е годы. Легенда карты включает основные лесообразующие породы (сосна, ель, пихта, кедр, береза, осина и др.) и категории нелесных земель (болота, вырубки, гари, гольцы, тундра и т.п.). В 1999 г. в DATA+ создан векторный слой карты лесов.

Карта северной Евразии создана совместно институтами Объединенного научно-исследовательского центра и Российской академии наук в 2000 г. по данным спутниковой съемки низкого пространственного разрешения SPOT4-VEGETATION (1 км) в рамках 5-ой рамочной программы Европейской Комиссии [11]. Карта содержит 27 классов покрытых и непокрытых растительностью участков земной поверхности, сгруппированных в семь основных групп: леса, кустарники, луговая растительность, влажные земли, тундра, другие типы растительности, непокрытые растительностью земли.

Базы оперативных данных

До 2003 года в ГИС федерального уровня осуществлялся весь комплекс обновления и хранения оперативных данных (пожары по данным наземного и авиационного наблюдения, метеорология, оригинальные спутниковые изображения, изображения облачности, очаги возгорания по спутниковым данным) для локальных пользователей. Для этого была создана разветвленная структура директорий банка данных ГИС для хранения оперативных данных текущего дня и всего пожароопасного сезона. Ежедневно выполнялась автоматическая загрузка новой оперативной информации в блок, позволяющий с помощью ГИС- интерфейсов просматривать и оценивать текущую пожарную обстановку. А данные за предыдущий день переносились в архивы текущего пожароопасного сезона, по которым можно восстановить динамику горимости лесов.

В новой версии информационной системы сбор, хранение и распространение оперативных данных организованы как самостоятельный модуль вне ГИС. Это связано с необходимостью создания единого банка оперативных данных для всех уровней — от федерального до регионального. Изменения в идеологии организации сбора, обновления и распространения данных исключают необходимость ведения архивов оперативных данных текущего года непосредственно средствами ГИС. Новая структура предусматривает хранение данных, поступивших на ГИС-сервер или локальный компьютер пользователя по результатам его запросов к оперативным базам данных на SQL-сервере. Стандартный набор ежедневно поступающих оперативных данных интегрируется автоматически на ГИС-сервере по результатам типовых запросов. При этом каждый пользователь может самостоятельно осуществлять запрос к базам и получать доступную информацию по горимости и другим данным за весь пожароопасный сезон.

База спутниковых наблюдений

До 2003 года база спутниковых данных ГИС федерального уровня была организована по аналогии со всеми оперативными базами данных. В течение пожароопасного сезона в ГИС осуществлялся сбор и архивация спутниковых продуктов и детектированных очагов возгорания. Для оперативной работы пользователям ежедневно доступна спутниковая информация о пожарах, поступившая за последние сутки. На ГИС-сервере накапливались данные низкоорбитальных спутников AVHRR-NOAA в виде производных продуктов: синтезированных изображений видимых спектральных каналов оригинального пространственного разрешения (1-4 км), обзорных изображений облачности (мозаики) на всю Россию, тепловых аномалий с подозрением на очаги возгорания.

В новой версии ГИС сохраняется только оперативная составляющая базы спутниковых изображений, доступных пользователям либо по результатам типовых запросов ГИС-сервера к SQL-серверу, либо с помощью дополнительных запросов с локального компьютера любого набора спутниковых данных за весь пожароопасный сезон.

Функциональные возможности ГИС мониторинга лесных пожаров

Для обеспечения пользователей системы через Интернет был разработан модуль автоматической обработки оперативных данных мониторинга лесных пожаров. Ежедневно на ГИС- сервере осуществляется формирование типовых картографических продуктов по крупным лесным пожарам и горимости лесов, а также текущей пожарной опасности (КПО) по условиям погоды. Для реализации этой процедуры на ГИС-сервере в автоматическом режиме запускаются программные модули (скрипты) под ArcView, выполняющие запросы к базам данных SQL-сервера и построение стандартных тематических карт и отчетных документов. Эти данные используются для расчета статистических параметров и формирования типовых картографических и графических продуктов удаленным пользователям WEB страницы.

Для работы с оперативными данными о пожарах созданы локальные рабочие места ГИС мониторинга лесных пожаров на базе MapObjects. Оболочка ГИС включает стандартные функции, позволяющими создавать проекты, подгружая картографические слои с легендами в заданной проекции, подключать справочники к атрибутам для замены кодов тематической информацией, присваивать псевдонимы полям атрибутивных таблиц, осуществлять реляцию внешних таблиц и атрибутов тематического слоя, отображать слои с учетом масштаба, дополнять вид надписями и другой графикой, выполнять поиск и селекцию картографических объектов, вести базу данных созданных проектов.

Специфические функции оболочки разнесены по нескольким блокам:

• модуль обработки запросов к оперативным базам данных SQL-сервера для обновления тематических слоев по пожарам;
• набор инструментов для работы с картографическими слоями получения оперативной информации в удобном пользователю виде;
• блок для подсчета статистики и подготовки отчетной документации;
• аналитический модуль решения тематических задач для принятия управленческих решений по тушению лесных пожаров (выделение зон с чрезвычайной горимостью лесов и т.п.)

Модуль обработки запросов к оперативным базам данных представляет собой диалоговые окна с оптимальным набором вариантов готовых запросов (рис. 6), наиболее часто используемых в оперативной работе диспетчерами авиаохраны. В зависимости от вида запроса на выходе формируется либо тематический слой (шейп-файл), либо атрибутивная таблица (dbase файл). Причем, если тематический слой или атрибутивная таблица загружены в проекте, то происходит автоматическое обновление вида оболочки ГИС. Для опытных пользователей реализован отдельный интерфейс с возможностью создания собственных (нестандартных) запросов к SQL базам оперативных данных и генерации тематических слоев и табличных данных.

Рис. 6. Интерфейс обновления текущей информации о горимости лесов, крупных лесных пожарах, детектирования очагов горения по спутниковым данным и метеонаблюдениям.

Для работы с оперативной информацией о пожарах, метеоданными и данными грозопеленгации были разработаны формы их отображения средствами ГИС совместно с картографическими слоями.

Данные о каждом крупном лесном пожаре (более 25 га в Европейской части России и более 200 га в Сибири) отображаются в специальной карточке, описывающей его состояние на момент запроса, а также динамику за предыдущие несколько дней (рис. 7).

Рис. 7. Пример отображения в ГИС информации о крупном лесном пожаре.

Очаги горения лесов по спутниковым данным содержат информацию о продолжительности наблюдения их спутником, географические координаты центра, местоположение относительно административных субъектов и производственного деления. Детальная информация дополняется координатами пикселов, отнесенных к очагу возгорания, типом растительного покрова и местоположением относительно подразделений авиаохраны.

Метеоданные характеризуются суточными данными о температуре воздуха приземного слоя в градусах Цельсия, температуре точки росы, наличии дневных и ночных осадков, а также классом пожарной опасности по условиям погоды. Дополнительно пользователь может посмотреть динамику вышеперечисленных данных за последние 10 дней, а также дальность видимости, наличие задымленности территории и направление ветра.

Данные грозопеленгации предоставляются пользователю в виде простой формы с информацией о дате и времени регистрации разряда, его амплитуде, а также пространственном положении относительно административных субъектов и производственного деления.

Вышеперечисленная информация используется подразделениями авиационной охраны лесов от пожаров в оперативной работе для изучения текущей пожарной обстановки и принятия решений по обнаружению и тушению лесных пожаров, а также для подготовки отчетных картографических материалов по текущей горимости лесов России.

Заключение

Как показал опыт использования спутникового мониторинга лесных пожаров (за 1997-2004 гг.) и геоинформационной системы федерального уровня, система работает достаточно устойчиво и практически не требует специального подготовленного персонала для контроля и ее обслуживания.

Литература

1. Коровин Г.Н., Андреев Н.А. Авиационная охрана лесов. // М.: Агропромиздат. 1988, 220с.
2. Барталев С.А., Беляев А.И., Ершов Д.В., Зукерт Н.В., Коровин Г.Н., Кошелев В.В., E.A. Лупян, Рыбникова Л.А., Сурикова Е.П., Шуляк П.П. Разработка ГИС мониторинга лесных пожаров в России на основе ArcView GIS 3.0 и глобальной сети INTERNET.- ARCREVIEW, 1998, № 1 (4) с.6-7.
3. Беляев А.И., Ершов Д.В., Коровин Г.Н., E.A. Лупян, A.A. Мазуров, Р.Р. Назиров, А.А. Прошин, Е.В. Флитман. Современные возможности Российской системы оперативного спутникового мониторинга лесных пожаров. Доклады III Всероссийской конференции: Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве. Москва 18-19 апреля 2002 г. с.34-36.
4. Абушенко Н.А., Барталев С.А., Беляев А.И., Ершов Д.В., Захаров М.Ю., Лупян Е.А., Коровин Г.Н., Кошелев В.В., Крашенинникова Ю.С., Мазуров А.А., Минько Н.П., Назиров Р.Р., Семенов С.М., Тащилин С.А., Флитман Е.В., Щетинский В.Е. Опыт и перспективы организации оперативного спутникового мониторинга территории России в целях службы пожароохраны лесов. // Исслед. Земли из космоса. 1998. № 3. с.89-95.
5. Абушенко Н.А., Барталев С.А., Беляев А.И., Ершов Д.В., Коровин Г.Н., Кошелев В.В., E.A. Лупян, Ю.С. Крашенинникова, A.A. Мазуров, Минько Н.П., Р.Р. Назиров, А.А. Прошин, Е.В. Флитман. Система сбора, обработки и доставки спутниковых данных для решения оперативных задач службы пожароохраны лесов России. Наукоемкие технологии. 2000. т.1. № 2. с.4-18.
6. Bobbe T., Descloitres J., Finco M., Giglio L., Justice C., Sohlberg R., and Townshend J. (2002). MODIS Land Rapid Response System: implementation with USDA Forest Service and implications for active fire detection and land cover change products from future moderate resolution sensors. NPOESS MAXI Review 2002, Silver Spring, MD
7. Justice C.O., Giglio L., Korontzi S., Owens J., Morisette J.T., Roy D., Descloitres J., Alleaume S., Petitcolin F., and Kaufman Y (2002). The MODIS Fire Products. Remote Sensing of Environment, 83(1-2), 244-262.
8. The VEGETATION User Guide, VEGETATION, 2002, http://www.spotimage.fr/data//news/arcreview/Images/Number_31/vege/VEGETAT/home.htm
9. Earth Observing System Data Gateway, http://edcimswww.cr.usgs.gov/pub/imswelcome/plain.html
10. E.A. Лупян, A.A. Мазуров, Р.Р. Назиров, А.А. Прошин, Е.В. Флитман Универсальная технология построения систем хранения спутниковых данных Препринт ИКИ РАН. Пр-2024. М. 2000. 22 с.
11. S.A. Bartalev, A.S. Belward, D.V. Erchov, and A.S. Isaev 2003, A new SPOT4-VEGETATION derived land cover map of Northern Eurasia, International Journal of Remote Sensing, Vol. 24, No. 9, 1977–1982.