Главная » 2014 » Сентябрь » 28 » Скачать Оперативная оценка пожарной опасности в лесу на основе спутниковых данных. Пономарев, Евгений Иванович бесплатно
11:06 PM
Скачать Оперативная оценка пожарной опасности в лесу на основе спутниковых данных. Пономарев, Евгений Иванович бесплатно
Оперативная оценка пожарной опасности в лесу на основе спутниковых данных
Диссертация
Автор: Пономарев, Евгений Иванович
Название: Оперативная оценка пожарной опасности в лесу на основе спутниковых данных
Справка: Пономарев, Евгений Иванович. Оперативная оценка пожарной опасности в лесу на основе спутниковых данных : диссертация кандидата технических наук : 05.11.13 - Красноярск, 2003 - Количество страниц: 143 с. ил Красноярск, 2003 143 c. :
Объем: 143 стр.
Информация: Красноярск, 2003
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
11 Российская технология оценки пожарной опасности
12 Американская система оценки пожарной опасности
13 Канадская система оценки пожарной опасности лесов
14 Системы оценки пожарной опасности в странах Европы
ГЛАВА 2 СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ
21 Космические средства в противопожарном мониторинге лесов
22 Технические характеристики станции приема информации со 51 спутников серии NOAA и тематические направления ее использования
23 Сравнительный анализ эффективности спутниковых систем
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ В ЛАГОС О ДЕРЖАНИЯ 69 ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ
31 Теплофизический подход в оценке влагосодержания ЛГМ
32 Моделирование динамики влагосодержания некоторых видов 76 ЛГМ
ГЛАВА 4 ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО 85 МОНИТОРИНГА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
41 Назначение системы и решаемые задачи
42 Исследование точности спутниковых данных применительно к 91 задаче оценки показателя пожарной опасности
43 Проверка адекватности оценки показателя пожарной опасности 95 на основе данных со спутников NOAA
44 Технология вычисления показателя ПО и формирования слоя 100 геоинформационной системы мониторинга пожарной опасности в лесах
45 Наполнение и применение ГИС мониторинга пожарной 109 опасности в лесах
46 Пространственно-временные закономерности динамики ПО на 116 территории Красноярского края и методика краткосрочного прогнозирования
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Введение:
Актуальность работы
Освоение природных ресурсов Сибири неразрывно связано с повышением требований к уровню контроля природной среды, в том числе охраны лесов от лесных пожаров (ЛП). По статистике площадь лесов России, повреждаемых пожарами за год, составляет около 6% от лесопокрытой территории, тогда как в странах Западной Европы этот показатель выражается сотыми и тысячными долями процента, а в Канаде составляет лишь 1-3% (Shvidenko, Goldammer, 2001, Amiro, Stocks, 2001). По оценкам, сделанным в Канаде, убыток при повреждении одного гектара леса пожаром составляет около 100 долларов, а бореальные леса России по составу и техническим качествам близки к канадским (Stocks, Simard, 1993).
В последнее десятилетие ежегодно в отдельных регионах Сибири и Дальнего Востока наблюдаются вспышки массовых лесных пожаров, которые нередко охватывают согни тысяч гектаров лесов. Создавшееся положение во многом определено отставанием развития системы охраны лесов от их хозяйственного освоения. Сказываются также недостатки методов и технологий противопожарного мониторинга лесов, в том числе технологии оперативной оценки и картирования пожарной опасности (ПО).
Ниже приведена официальная статистика горимости лесов Красноярского края за период с 1991 по 1996 год. Количество зафиксированных Авиалесоохраной ЛП в 1991 - 1995 годах составляло в среднем 1013 пожаров за пожароопасный период. В 1996 году эта цифра выросла незначительно — 1049 единиц. Однако площадь лесов, поврежденных пожарами, увеличилась в 3,5 раза (267482 га против 74103 га — в среднем за период 1991 - 1995 гг.). Средняя площадь одного пожара в 1996 году составила 255 га, что в 3,5 раза больше чем ежегодно за 5-летий период с 1991 по 1995 года (Табл. 1).
Таблица 1.
Характеристика горимости лесов Красноярского края
Показатели^^^ 1991 1992 1993 1994 1995 Среднее за 5 лет 1996
Кол - во пожаров 707 998 1202 1187 970 1013 1049
Площади пожаров, га 32825 68928 109235 131759 27769 74103 267482
Средняя площадь пожара, га 46,4 68,9 90,8 110,7 28,6 73,1 255
С 1996 года появилась возможность проводить альтернативный мониторинг лесных пожаров на территории Красноярского края. Установленная в 1994 году в Красноярске станция приема и обработки информации со спутников NOAA POES (National Oceanic and Atmospheric Administration Polar Operational Environmental Satellites, США) позволила получать данные о количестве и площадях лесных пожаров (Рис. 1). При этом официальные отчётные данные не всегда совпадают со статистикой, полученной дистанционными методами со спутников.
12 5 а ш ^ о IS ьjf Ч пз
3 о с, с
I N. СО to
СО о см р Количество ЛП И Площадь ЛП I
СП s>'
1400 1200 1000 с с;
S3 ь о о
600 I К о ^
2002 Год
Рис. 1. Динамика числа и площадей лесных пожаров по годам (1996— 2002 гг.), в Красноярском крае. Данные получены дистанционными методами со спутников серии NOAA.
Анализ пожароопасных сезонов последних лет (2001 - 2002 гг.) демонстрирует тенденцию роста как суммарной площади лесных пожаров на территории Красноярского края и прилежащих районов, так и средней площади одного ЛП (Табл. 2).
Таблица 2.
Сведения о горимости лесов в 2001, 2002 гг. (по данным спутникового мониторинга).
Субъект РФ Количество ЛП, ед. Суммарная площадь, га Средняя площадь ЛП, га
2001 г. 2002 г. 2001 г. 2002 г. 2001 г. 2002 г.
Красноярский край 525 1064 170839 411275 325,4 386,5
Республика Тыва 148 571 66665 1082220 450,4 1895,3
Республика Хакасия 69 257 31233 140267 452,7 545,8
Таймырский (Долгано-ненецкий а.о.) 1 4 117 748 117,4 187
Эвенкийский а.о. 14 53 6528 52293 466,3 986,7
ИТОГО 757 1949 275384 1639788 362,4 841,3
Ухудшение ситуации во многом определяется недостаточным финансированием и, следовательно, отсутствием необходимого количества сил и технических средств у службы противопожарной охраны лесов. Одним из факторов, определяющих возникновение лесных пожаров, является влагосодержание лесных горючих материалов (ЛГМ). Оно может быть оценено опосредовано по величине показателя пожарной опасности (ПО) по условиям погоды, вычисляемого по метеорологическим параметрам (температура и влажность воздуха, осадки). Предвидение условий, определяющих возникновение и развитие ЛП, служит основой для рационального размещения, перегруппировки имеющихся людских и технических ресурсов противопожарной охраны лесов, планирования профилактических мероприятий по предупреждению лесных пожаров, выбора тактики тушения лесного пожара.
Таким образом, разработка технологии оценки пожарной опасности по условиям погоды, основанной на спутниковых данных, является перспективным направлением усовершенствования российской системы противопожарного контроля лесов.
Цели и задачи исследований
Представленная работа посвящена изучению возможности использования данных дистанционного спутникового зондирования для оценки и картирования пожарной опасности по условиям погоды. Цель исследований- создание геоинформационной системы (ГИС) контроля природной среды, включающей оценку и картирование пожарной опасности по условиям погоды на основе данных со спутников.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
1. Изучить характеристики и радиометрические возможности сканирующей аппаратуры, установленной на спутниках серии NOAA;
2. Исследовать зависимость между влагосодержанием некоторых видов лесных горючих материалов и радиационной температурой, фиксируемой бортовым оборудованием спутника в тепловом диапазоне;
3. Разработать программное обеспечение для тематической обработки спутниковой информации с целью оценки показателя пожарной опасности;
4. Исследовать пространственно-временную динамику пожарной опасности на территории Красноярского края и провести классификацию пожароопасных сезонов;
5. Разработать технологию построения карт краткосрочного прогноза пожарной опасности, протестировать результаты.
Защищаемые положения:
1. Контроль природной среды, в плане оценки и картирования пожарной опасности в лесах по условиям погоды, может проводиться с использованием радиометрических данных, получаемых со спутников NOAA, которые отвечают основным требованиям системы противопожарного мониторинга лесов.
2. Соотношение между динамикой температуры и влагосодержанием ЛГМ, полученное на основе математических моделей и экспериментальных исследований, позволяет обоснованно перейти к использованию радиометрических данных при разработке метода контроля природной среды, связанного с оценкой показателя пожарной опасности.
3. Предложенная геоинформационная система контроля окружающей среды, включающая оценку и картирование пожарной опасности, обладает высокой оперативностью и информативностью, а также низкой "себестоимостью", что позволяет расширить границы наблюдаемой территории без увеличения числа метеорологических станций наземного базирования.
4. Разработанные методика обработки многоспектральных цифровых изображений со спутников серии NOAA и соответствующее программное обеспечение могут быть использованы в усовершенствованной российской системе противопожарного контроля лесов в целях оперативной оценки и картирования пожарной опасности по условиям погоды.
Научная новизна и практическая значимость работы
Впервые предложено осуществлять оценку и картирование пожарной опасности лесов по условиям погоды на основе данных дистанционного спутникового зондирования. В качестве исходной информации предлагается использовать радиометрические параметры проводников горения, фиксируемые дистанционными методами в тепловом диапазоне. Применимость этой информации обоснована результатами математического и физического моделирования процесса высыхания некоторых видов ЛГМ.
Выявлены основные пространственно-временные закономерности развития пожароопасных сезонов в Красноярском крае. Предложена методика краткосрочного прогнозирования пожарной опасности по условиям погоды на основе цифровых спутниковых изображений.
Личный вклад автора. Автором выполнены сбор, обработка, анализ и обобщение экспериментальных и статистических данных. Разработана методика и написано программное обеспечение реализации предложенного метода оценки пожарной опасности. Разработана методика геоинформационного представления карты пожарной опасности как одного из слоев в ГИС противопожарного мониторинга лесов.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы были представлены на Международном симпозиуме "Мониторинг окружающей среды и проблемы Солнечно-Земной физики" (Томск, 1996); Международной научно-технической конференции "Спутниковые системы связи и навигации" (Красноярск, 1997); втором и третьем Всероссийских совещаниях "Аэрокосмические методы и геоинформационные системы в лесоведении и лесном хозяйстве" (Москва, 1998, 2002); Международном симпозиуме "NOAA Image of Siberia" (Новосибирск, 2002); Международном симпозиуме "Spring Meeting of American Geophysical Union" (Washington, D.C., 2002); XI Международной конференции IBFRA (рабочая группа GOFC) (Красноярск, 2002); конференциях молодых ученых (Красноярск, 1997, 1999, 2001), а так же на Всероссийских и международных студенческих конференциях (1996 - 2001).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы. Из них 5 - в рецензируемых изданиях, 7 - в сборниках материалов международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 143 страницах, содержит 29 рисунков, 28 таблиц. Библиография включает 102 наименования.
