SU1648505A1 - Способ определени пожарной опасности в лесу - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к охране лесов от пожаров, в частности к области оптимизации авиапатрулировани  и планировани  тушени  пожаров, Цель изобретени  - повышение точности и оперативности определени  текущей пожарной опасности леса путем применени  дистанционных методов лесной территории. Пожарна  опасность леса определ етс  путем выполнени  систематических сканерных съемок лесов в инфракрасном и радиотепловом диапазонах спектра, последующего формировани  цифровых карт радиационных и радио ркост- ных температур, их пространственного, совмещени  и вычислени  пожарной опасности в каждой точке карты в виде суммы отношений произведени  радиационной и радио ркостной температур, измеренных в каждом цикле съемки, к их разности. Дл  достижени  требуемой точности и оперативности съемку производ т в диапазонах длин волн 8-14 мкм и 0,3 - 3,3 см. 1 з.п.ф-лы.

Description

Изобретение относитс  к лесной пирологии и может быть использовано дл  определени  пожарной опасности в лесу, а следовательно, прогнозировани  возникновени  и развити  лесных пожаров и соответствующего планировани  борьбы с ними.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности оценки текущей пожарной опасности леса.

Поставленна  цель достигаетс  путем проведени  периодических сканерных съемок лесной территории в инфракрасном (ИК) и радиотепловом (РТ) диапазонах спектра электромагнитных волн и последующей обработке изображений. При этом двумерна  регистраци  излучени  территории производитс  в ИК-диапазоне 8-14 мкм ввиду того, что ему соответствует максимум излучени  природных образований, и в РТ-диапазоне 0,3 - 3,3 см с учетом окон прозрачности атмосферы, поскольку на этих диапазонах волн реализуетс  наиболее тесна  коррел ци   ркостной температуры с влаго- содержанием основных проводников горени , а также выдерживаетс  условие всепогодности съемки. Кроме того, указанные диапазоны длин волн позвол ют определ ть пожарную опасность в случае полного задымлени  местности.

Обработка заключаетс  в пространственном совмещении изображений, соответствующих последовательным циклам съемки, вычислении радиационной и радио ркостной температур в каждом пикселе каждого снимка и последующем вычислении показател  текущей пожарной опасности леса по формуле

00

СЛ

СП

(1)

Т pi (х, у) ТЯ| ( х. у ) ,1 Т pi (х,у)-ТЯ|(х,у)

где I - 1,2,..., п - 1-й цикл съемки;

п - число циклов, начина  с цикла, соответствующего заданным предельным услови м;

х, у - координаты анализируемого участка местности (пиксела изображени );

Тр, Т  - радио ркостна  и радиационна  температуры.

В цел х повышени  оперативности и точности определени  пожарной опасности леса обработка изображений выполн етс  в автоматизированном режиме.

Предельные услови  определ ютс  количеством выпавших жидких осадков, сведени  о которых берутс  от метеостанций, а уточнение производитс  путем анализа космической информации. Кроме того, распре- деление и интенсивность выпавших осадков характеризуютс  путем сравнени  результатов последовательных сканерных съемок в ПК и РТ-диапазонах методом вычислени  разностей

ТР(мХх,у)-Тр|(х,у)Кр|,-(2)

Т (м)(х.У) ТЯ|(х,у) КЯ|.

Если КР| и КЯ| превышают заданные пороговые значени , класс пожарной опасности участков местности, соответствующих этому условию, равен нулю. В этом случае сумма П обнул етс , и счет по формуле (1) производитс  с очередного цикла съемки с учетом услови  (2).

Теоретическое обоснование предлагаемого способа заключаетс  в том, что тем- пература материала Тп определ ет интенсивность его высушивани , поэтому влагосодержание материала (о более тесно коррелирует с Тп, чем с температурой воздуха Тв, поскольку последн   не отражает процесс радиационного теплообмена лесного горючего материала (ЛГМ) с окружающей средой. В то же врем  коэффициент излучени  ЛГМ меньше единицы на 4 - 6%, т.е. Тр меньше Тп также на 4 - 6%, следовательно Тп возможно измер ть в ПК-диапазоне 8-14 мкм с указанной точностью. Этому диапазону отвечает максимум излучени  подстилающей поверхности и соответствует окно прозрачности атмосферы. Интегрирование уравнени  температурной кривой по времени позвол ет вычислить текущее значение влагосодержани  материа- ла. В св зи с этим и предлагаетс  производить суммирование температур материала , измеренных в последовательные моменты времени, как учет тепловой предыстории материала.

Таким образом, имеетс  возможность прогнозировать влагосодержанио при условии прогнозировани  температуры ЛГМ . Радио ркостна  температура также

5 коррелирует с влагосодержанием. При этом коэффициент излучени  в РТ-диапазоне варьирует в более широких пределах (0,4 - 1), причем из услови  формировани  скин- сло  излучени , а также из соображений

10 всепогодности съемки РТ-диапазон выбран дл  длин волн 0,3 - 3,3 см.

В св зи с изложенным предлагаетс  пожарную опасность выражать в виде комбинации Тр и Т  по формуле (1), т.е. последн  

15 наиболее чувствительна к изменению влагосодержани  и достаточно проста дл  вычислений .

Работы по определению П начинаютс 

20 с момента схода снегового покрова в южной зоне анализируемой территории. Дл  этого каждый снимок переводитс  в цифровую карту радиационых температур, и производитс  суммирование температур пикселов

25 снимка, имеющих одинаковые географические координаты. По результатам расчета ежедневно составл ютс  картосхемы природной пожарной опасности. Дл  этого выдел ютс  зоны снегового покрова дл  Тр

30 273 К и открытой от снега территории дл  Тр 273 К, причем картосхема раскрашиваетс  или штрихуетс  в соответствии с выбранным числом классов пожарной опасности (ПО). В этом случае каждому клас35 су ПО соответствует свой диапазон величин П,

Когда П превышает заданное значение, например соответствует второму классу, производитс  дополнительный анализ на

40 предмет выпадени  жидких осадков, дл  чего исследуетс  разность Кр( (см.условие 2). Если КР| Кр, где Кр - некоторое пороговое значение, то П (х, у)0.

Полученна  картосхема передаетс 

45 ежедневно по каналу св зи на диспетчерские пункты подразделений авиационной охраны лесов, например, в фототелеграфном режиме, где она используетс  дл  построени  оптимальных маршрутов

50 авиапатрулировани . КартЬсхема ПО может уточн тьс  и дополн тьс  сведени ми, полученными из анализа синоптических ситуаций и картосхемы типов лесных горючих материалов.

55Возможны случаи закрыти  части территории кучево-дождевыми облаками на момент съемки. При этом целесообразно дополнительно анализировать снимки следующих витков, полученные в тот же день,

путем их взаимного наложени  и исключени  облачности или восстанавливать радиационную температуру путем привлечени  данных метеостанций и приравнивани  Тр к температуре воздуха в указанных районах, поскольку Тр «То в случае облачности. Однако эти осложнени  снимаютс  в случае антициклона, как наиболее опасной в пожарном отношении синоптической ситуации .

По мере оснащени  спутников аппаратурой СВЧ-диапазона вычисление П может производитьс  по формуле (1), как более информативной.

Использование предлагаемого способа определени  пожарной опасности в лесу, позвол ет получить схему распределени  пожарной опасности по лесной территории с одинаковой точностью в услови х облачности или полного задымлени , следова- тельно, позвол ет оптимизировать маршруты авиапатрулировани  и повысить эффективность оперативного обнаружени  лесных пожаров при одновременном сокращении числа авиапатрульных самолетов. Повышаетс  точность измерени  ПО за счет учета вли ни  солнечной радиации. По вл етс  возможность зафиксировать и оценить состо ние естественных преград лесному пожару. Повышаетс  оперативность опре- делени  ПО за счет автоматизированной обработки в центрах приема спутниковых данных. Способ позвол ет также оценить степень и распределение увлажненности сельскохоз йственных и других природных объектов.

Claims (2)

1. Способ определени  пожарной опас- ности а лесу, включающий дистанционное зондирование природных ландшафтов и текущую оценку пожарной опасности, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

точности оценки текущей пожарной опасности леса, производ т периодическую регистрацию инфракрасного и радиотеплового излучени  территории в сканирующем режиме , по результатам регистрации получают карты радиационных и радио ркостных температур, производ т их пространственное совмещение, а текущую оценку пожарной опасности в каждой точке местности определ ют по совмещенным картам путем суммировани  отношени  произведени  радиационной и радио ркостной температур и их разности, причем

П(х,у)2

Т PI (х. у) ТЯ| ( х. у )

,Ј, Тр, (х,у)-Т |(х,У)

если

{

Tp(i-i) -ТР| КР Т (|-1)-ТЯ1 КЯ

и П(х.у)

: 0, если

jTp(i-i)-Tp, Kp Т ((-1)-ТЯ1 Ж,

Ж 

где П (х. у) - пожарна  опасность в данной координате местности;

i 1,2 п - очередной цикл

измерений;

Кр и К  - заданные предельные услови , определ емые количеством выпавших осадков;

Тр, Т  - радио ркостна  и радиационна  температуры.

2. Способ по п.1,отличающийс  тем, что регистрацию излучени  производ т в инфракрасном диапазоне длин волн 8-14 мкм, а в радиотепловом - 0,3 - 3,3 см в соответствующих окнах прозрачности атмосферы .