CC BY
52
УДК 614.8:519.8+630
В.Ю. Ромасько, Е.А. Павличенко, В. В. Иванов (Сибирский филиал ФГУ ВНИИ ГОЧС(ФЦ), г. Красноярск) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ В РАБОТЕ ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСКИХ СЛУЖБ
V.Romasko, E.Pavlichenko, У.Ivanov (Syberian division FGU VNll GOChS, Krasnoyarsk)
USE OF FOREST FIRE SPACE MONITORING DATA IN THE WORK OF DUTY ON LINE SERVICES
Описана подготовка оперативной космической информации в пожароопасный сезон года: таблиц пожаров на территории субъекта РФ за текущие сутки; векторных Shape-фойлов пожаров на все обработанные витки информации за текущие сутки; обзорных снимков территорий с крупными пожарами, имеющими видимые дымовые шлейфы и карт распределения показателя пожарной
опасности.
There is described preparation of the following types of operative information about nature fires in the fire dangerous season of the year: fire tables on the territory of RFfor the current day; vector Shape-files of the fire for all developed information revolution from the space vehicle for the current day; survey shots of the territories with big fire and seen smoke plume and maps of the fire dangerous indicator distribution.
E.A. Павличенко
Результаты обработки космической информации о пожарах, получаемые в региональных подразделениях ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), представляют собой наборы географических данных в растровой и векторной формах. Наборы данных содержат различные аспекты физического проявления действия природных пожаров в окружающей среде, такие как: тепловые аномалии в И К диапазоне спектра, дымовые шлейфы, изменения в характеристиках отражения спектра растительным покровом на выжженных территориях. Помимо данных о фактической обстановке на территориях в данный момент времени, формируется карта пожарной опасности, представляющая собой вариант прогностической информации.
Имея неоспоримую практическую ценность для ликвидации и предупреждения ЧС, связанных с природными пожарами, эти данные, однако, не всегда используются в полной мере, в основном из-за недостаточного понимания сути стоящих за их получением методик и предназначения самой информации. Настоящая статья призвана, в некоторой степени, разъяснить основные характеристики данных и варианты их использования в оперативной практике. Также в конце статьи дан краткий обзор существующих методов прогнозирования распространения лесных пожаров.
В настоящее время в пожароопасный сезон года в оперативном режиме готовятся следующие виды оперативной информации о природных пожарах:
• таблица пожаров на территориях субъектов РФ за текущие сутки;
• БЬаре-файлы (графические файлы) пожаров на все обработанные витки информации за текущие сутки;
• обзорные снимки территорий с крупными пожарами, имеющими отчётливо видимые дымовые шлейфы;
• карта распределения показателя пожарной опасности.
Различные виды информации предназначены для разных целей
и должны использоваться соответствующим образом.
Таблица пожаров
Наиболее сжатым и информационно насыщенным продуктом обработки данных является таблица пожаров, обнаруженных на территории РФ, как конкретным подразделением, так и общая со всех
В.Ю. Ромасько
Научно-технические разработки
подразделений обработки космической информации. Сведённые в одном месте данные в текстовом виде наиболее полно показывают текущую обстановку по всей территории РФ или в зоне видимости конкретной лаборатории или приёмной станции. Конечно, в таблице отсутствует какая-либо картографическая информация, поэтому она является наиболее подходящим источником информации для краткой характеристики пожарной обстановки за прошедшие сутки для больших территорий.
Таблица пожаров подготавливается по результатам обработки данных со всех витков, принятых и обработанных в течение суток отдельным подразделением. Время её готовности определяется временем пролёта спутника по самой западной обозреваемой территории и зависит, таким образом, от параметров орбиты космического аппарата (КА). Так для данных КА 1МОАА 18 время готовности таблицы примерно соответствует 17:00 местного летнего времени. Таблица пожаров в таком виде для всей территории РФ не готовится — вместо неё подготавливается общая Сводная таблица пожаров в Центре поддержки принятии решений ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ). Она содержит переработанную информацию об обнаруженных очагах природных пожаров для получения обшей картины за прошедшие сутки. Так как она включает данные на всю территорию страны, то время её готовности — 17:30 Москвы.
За исключением заголовков, комментариев и подписей «Таблицы пожаров» состоят из нескольких частей. Каждая часть представлена отдельной таблицей, в порядке следования:
• таблица времени принятых витков;
• таблицы всех обнаруженных пожаров;
• таблицы обнаруженных пожаров в пределах пягикилометровой зоны от н. п.;
• сводная таблица количества и площади пожаров по субъектам РФ.
Далее в качестве примера будут использоваться фрагменты документа «Таблица пожаров», подготовленного Сибирским филиалом ФГУ ВНИИ ГОЧС 1 июня 2007 г.
Таблица времени принятых витков (габл. I) идёт первой в документе и содержит список времён начала приёма витков, на которых наблюдались тепловые аномалии, для каждого субъекта РФ, для кото-
Фрагмент таблицы тепловых
рого такие аномалии наблюдались в течение суток. Таблица состоит из двух колонок: названия субъекта РФ и списка времён. В приведённом ниже примере пожары в каждом из субъектов зарегистрированы только на одном витке, поэтому списки состоят из одного значения. Всего же в примере присутствуют данные с трёх витков.
Таблица I
Таблица времени съёмки документ за 1.06.2006 г.)
Субъект РФ Время проведения съемки
Алтайский край 11:20мск
Амурская обл. 08:01 мск
Иркутская обл. 09:38мск
Кемеровская обл. 11:20мск
Томская обл. 09:38мск
Хабаровский край 08:01 мск
Ханты-Мансийский АО 11:20мск
Читинская обл. 09:38мск
Время даётся московское (МСК). Следует учитывать, что время пролёта спугника составляет около 8-12 минут, и, соответственно, пожары наблюдались где-то в течение этого времени после начала приёма. Рассчитывать точное время наблюдения и приводить его для каждого обнаруженного пожара нецелесообразно, поскольку это всего лишь время наблюдения, а не начала пожара, притом что таблицы пожаров и так переполнены информацией. Точности времени наблюдения в пределах 10 минут достаточно для характеристики наблюдений, а сведение их в одну таблицу существенно разгружает основные таблицы пожаров.
Второй в документе приводится таблица всех пожаров, обнаруженных подразделением на территории РФ. Фрагмент такой таблицы с заголовком приведён в табл. 2. Пример таблицы приведен с таким расчетом, чтобы проиллюстрировать все варианты представления информации.
Информация в таблице приводится по одной строке на пожар. Жирным шрифтом выделены строки пожаров, которые наблюдались ранее. Таблица состоит из 10 колонок, естественным образом упорядоченных по уменьшению частоты использования информации, в них содержащейся:
1. Номер - номер пожара в таблице.
2. Субъект - название субъекта РФ, на герри-
Таблица 2
аномалий за 1 июня 2007 г.
№ п/п Субъект РФ Район Площадь кромки, га °сш °вд Насел, пункт привязки Дистанция, км Азимут Дата 1-го наблюденя
Сибирский регион
1 Алтайский край Мамонтов- ский 0,561 52°33’ 8Р36’ Суслово 5,1 216,7 01.06.07
2 Иркутская обл. Нижнеи- лимский 0,813 5ГТ 103-56’ Новая Игирма 1 214 01.06.07
3 Кемеровская обл. Новокуз- нецкий 0,24 53°55’ 87“ 17’ Антоново 3,7 54,3 01.06.07
4 Томская обл. Чаинский 6,787 57°59’ 82°43’ Карамзинка 4,7 206,8 01.06.07
5 Читинская обл. Акшинс- кий 23,31 50°3’ 113°4’ Нарасун 7,7 114,3 21.05.07
<5
VC
пз
Q.
го
03
CL
О»
X
и
а>
т
X
X
X
Р
і
0
1
т
>-
ГС
I
тории которого находится тепловая аномалия.
3 Район - название района субъекта РФ, на территории которого находится тепловая аномалия.
4. Плошадь кромки — оценка площади горящей кромки (пламенной фазы) очага пожара.
5. °СШ — широта центра площади, занимаемой тепловой аномалией.
6. °ВД — долгота центра площади, занимаемой тепловой аномалией.
7. Населённый пункт привязки — название ближайшего к центру тепловой аномалии населённого пункта.
8. Дистанция — расстояние от центра тепловой аномалии до ближайшего населённого пункта.
9. Азимут - азимут направления от ближайшего населённого пункта к центру тепловой аномалии.
10. Дата первого наблюдения — дата первого наблюдения тепловой аномалии в месте, где расположена наблюдаемая тепловая аномалия.
Далее подробно рассматривается назначение колонок таблицы.
Номер пожара в таблице является простым номером строки и служит для ссылок на наблюдение пожара с упоминанием документа.
Названия субъекта РФ и района субъекта служат для административной привязки обнаруженного пожара к государственным службам, ответственным за тушение пожаров и предупреждение ЧС.
Плошадь горящей кромки представляет собой приблизительную оценку площади фронтальной горящей зоны пожара. Необходимость этой оценки возникает потому, что плошали пожара регистрируются с точностью до одного пикселя. Один пиксель сканера AVHRR со спутников NOAA имеет площадь от 1,2 до 10 км-’. Понятно, что, в среднем, далеко не вся площадь пикселя занята пламенем, и даже не вся площадь пикселя находится в тлеющей фазе, и даже не весь пиксель занят очагом. Но алгоритм детектирования не может выделить какую-то часть пикселя как горящую, а какую-то — нет. Только весь пиксель считается либо горящим, либо не горящим. Очевидно, что считать весь пиксель залитым огнём нельзя. Поэтому ещё в 1980-х гг. был разработан метод оценки площади горящей зоны пожара, дающей долю площади пикселя, имеющей температуру пламени ~600 К. В методе Дозье (Dozier), предполагается, что в пикселе есть только две разные части: одна часть имеет температуру негорящего фона, другая - температуру пламени. Имея измерения радиационной температуры пикселя и его негорящих окрестностей в качестве оценки фоновых температур в нескольких диапазонах длин волн, можно оценить долю горящей плошади пикселя и температуру горения, при которой пиксель будет иметь измеренные радиационные температуры. Оценки температуры в таблице не приводятся, поскольку гораздо более чувствительны к ошибкам, чем плошади.
Данная оценка площади ни в коей мере не может считаться документально точным значением площади пожара. Это именно оценка. Её точность за-
висит от точности дистанционных измерений многих величин, от методов оценки фоновых температур, от наличия полупрозрачной облачности и прочих факторов. К тому же понятно, что пожар нельзя поделить на две части, имеющие точно две температуры - наоборот, пожар является некоторым распределением температуры по площади. Поэтому задача определения площади очага по данным измерениям является неустойчивой (т.е. имеет множество решений, очень чувствительна к исходным данным и т.п.), и точного решения не может иметь в принципе. Но возможны различные оценки площадей кромки (частные решения из множества решений), сделанные из различных предположений. Одна из оценок (по Дозье) приводится в табл.2. Необходимо также отметить, что она не может напрямую сравниваться с данными оценок плошадей пожаров службой авиалесоохраны в силу различной природы этих оценок, к тому же оценки авиалесоохраны делаются «на глаз», и потому из-за округления человеком «тяготеют» к круглым цифрам — 1, 2, 5, 10 га и так далее. Тем не менее, эта оценка имеет больше смысла для характеристики пожара, чем прямая сумма плошадей пикселей очага, которая всегда будет чрезмерно завышена.
Географические координаты центра площади, занимаемой тепловой аномалией, даются для определения местоположения очага. Под центром площади, занимаемой тепловой аномалией, понимается «центр масс» плоской фигуры, равной очертаниям очага. Точность указания географических координат зависит от точности географической привязки и составляет около 1 размера пикселя, что в случае сканера АУНЛЯ спутников ЫОАА составляет от 1,1 км в центре витка до 4,5 км на краю витка. Следует заметить, что из-за большего размера пикселя на краю витка контрастность пожаров меньше, чем в центре, а потому и вероятность их обнаружения меньше. Пропуск пожаров на краю витка не является невосполнимой потерей, поскольку эти пожары следом обнаруживаются в центре следующего витка, который почти наполовину перекрывает предыдущий. Поэтому взвешенная точность определения координат пожаров составляет около 1,6—3,5 км, географические координаты же в таблице даются с точностью до Г, что соответствует 1 миле или 1852 м вдоль меридиана и примерно в два раза меньше - вдоль параллели. Таким образом, точность представления примерно соответствует точности КИ с КА ЫОАА.
Населенный пункт привязки, дистанция и азимут пожара приводятся для оценки угрозы населенным пунктам от обнаруженной тепловой аномалии. Населённый пункт привязки выбирается, исходя из набольшей близости к центру тепловой аномалии. Точность дистанции и азимута определяется точностью географических координат пожара и населённого пункта, и поэтому она несколько хуже их. Если считать карту населённых пунктов точной, то точность определения дистанции совпадаете точностью определения географических координат очага, а точность азимута зависит от дистанции. Так, при удалении по-
Научно-технические разработки
жара на дистанцию, сравнимую с точностью координат (2 км ), точность определения азимуга составляет около 60°, а при дистанции в 10 км - уже 12°.
Дата первого наблюдения пожара соответствует дате, когда впервые в сезоне была обнаружена тепловая аномалия. Точнее, такая аномалия, которая хоть в одной точке касается наблюдаемой. Никакого ограничения по давности не делается. Это может быть пожар в том же месте трёхмесячной давности, а может быть наблюдение того же самого пожара двухдневной давности, а вчерашних наблюдений не было из-за облачности. В любом случае, если эта дата отлична от текущей, то вся строка таблицы отмечается жирным шрифтом для акцентирования внимания на этой тепловой аномалии, потому что двойная ложная тревога в одном месте - явление редчайшее. Дважды наблюдавшаяся тепловая аномалия — это практически наверняка очаг, или управляемый нефтяной или газовый факел, или постоянно горящая свалка и т.п.
В приведённом выше фрагменте тепловая аномалия № 5 впервые наблюдалась 21 мая, тогда как таблица пожаров дана за 1 июня, значит, данная тепловая аномалия наблюдалась неоднократно в течение уже I 1 суток. Более подробно историю наблюдений можно отследить по таблицам пожаров за все даты, начиная с 21 мая. Ниже приведены фрагменты таблиц из 12 документов на этот очаг, начиная с даты его первого обнаружения (табл. 3). Несмотря на вызванные облачностью двух- и
трёхдневные перерывы в наблюдениях, пожар заново обнаруживался в том же месте, но с другой площадью кромки. Далее видно, что координаты несколько различаются, может быть случайным образом из-за ошибок привязки, причём ошибка координат -Г по широте, и ~2’ по долготе, что совпадаете приведенными выше оценками. Вместе с координатами изменяются от наблюдения к наблюдению дистанция и азимут.
Для эффективной оценки угрозы населённым пунктам от природных пожаров в документе приводится третья таблица, в которую включены те же данные, что и во второй, но только для тепловых аномалий в пределах 5-километровой зоны от населённых пунктов. Повторять назначение колонок нет необходимости, поскольку они те же самые.
Последней в документе приводится сводная таблица для эффективной оценки серьёзности ситуации в субъектах РФ (табл. 4).Таблица содержит пять колонок, смысл которых следует из их названий. Числа отражают простое количество тепловых аномалий и сумму оценок площадей горящей кромки по субъектам РФ в целом, и в пределах 5-километровой зоны от населённых пунктов. В последней строке даются итоговые данные на всю обозреваемую территорию. Данная таблица может служить итоговой сводкой по космическому мониторингу лесопожарной обстановки на обозреваемой подразделением территории за прошедшие сутки.
Таблица 3
Последовательные наблюдения одного и того же очага
Дата документа № в документе Плошадь кромки, та *еш “ва Дистанция, км Азимут
21.05 20 3,46 50°01’ I13W 7,6 158,7
25.05 13 3,29 50*01’ 113W 7,0 160,3
26.05 3 10,21 50°0Г 112’59’ 7,7 174,8
29.05 5 10,06 50°01 ’ ПЗ’ОО’ 7,0 150,0
31.05 16 4,13 50°02’ 113*01’ 6,6 135,3
01.06 5 23,31 50*03’ 113°04’ 7,7 114.3
03.06 6 8,39 50*03’ 113*04’ 8,1 108,6
04.06 10 36.86 50*03' 11305’ 8,9 104,7
05.06 17 1,07 50°03’ 1I3W 10,0 106.5
07.06 17 13,28 50°0г 113°07’ 12,9 111,5
08.06 5 8,70 50*01’ 113°07’ 12.9 111,5
09.06 11 6,28 50*01’ 113*07’ 12,9 111,5
Таблица 4
*
5
VC
п:
о.
(Л
<Z
Cl
0 s
и
QJ
Т
S
1
X
о
0 I
1
SJ
го
X
Сводная таблица обстановки в субъектах за 1 июня 2007 г.
Субъект РФ Количество І Ілощаль, га. Количество в 5 км зоне Плошадь в 5 км зоне, га
Алтайский край 1 0,561 0 0
Амурская обл. 4 4,378 0 0
Иркутская обл. 1 0,813 1 0,813
Кемеровская обл. 1 0,24 1 0.24
Томская обл. 1 6,787 1 6,787
Хабаровский край 4 7,653 2 3,403
Ханты-Мансийский АО 4 1,342 0 0
Читинская обл. 1 23,309 0 0
Всего: 17 45,083 5 11,243
Использование .чИаре-фай.тв
Тогда как таблица пожаров, описанная в предыдущем разделе, является сводкой за сутки, подразделениями также готовится продукт, имеющий максимальную оперативность, поскольку составляется в первую очередь при обработке витка и служит исходной информацией для получения других продуктов. Это — графический БЬаре-файл пожаров на виток (дачее просто, 51шре-файл).
БИаре-файл содержит векторные данные о границе обнаруженных тепловых аномалий и их характеристики. Многие характеристики очага приводятся в вышеописанных таблицах, но здесь они имеют максимальную оперативность, поскольку готовы не в конце дня, а в пределах одного часа после окончания приёма витка. Распространяются БИарс-файлы в сжатом виде с использованием архиватора Т\ Р.
Наличие векторной границы очага позволяет создавать картосхемы тепловых аномалий, используя разнообразное картографическое наполнение. Помимо границ пожаров готовится яИаре-файл облачности с градациями её плотности. На рис. I приведён пример составления картосхемы с использованием нИаре-фай-лов. На данной картосхеме нанесены следующие слои:
• подложка территории РФ (бледно-зелёная);
• подложка облачности на момент наблюдения (бледно-голубая);
• гидрография, выражающаяся в масштабе карты (ярко-голубая);
• гидрография, не выражающаяся в масштабе карты, с подписями рек (синяя);
• административное деление на субъекты РФ с названиями субъектов (границы не попали в кадр, название тёмно-коричневое);
• административное деление на районы субъектов РФ с названиями районов (малиновый пунктир, тёмно-зелёные подписи);
• крупные населённые пункты (белые с чёрной границей и чёрными подписями);
• населённые пункты привязки (ярко-жёлтые с жёлтыми подписями);
• границы очагов пожаров, наблюдавшихся за пожароопасный сезон (чёрные);
• границы очагов пожаров, наблюдавшихся за текущие сутки с дистанциями и направлениями от населённых пунктов привязки (красные) с указанием характеристик пожаров:
• площадь кромки;
• удаление от н.п. привязки;
• азимут от н.п. привязки (надпись вдоль направления);
• географические координаты центра пожара;
• время наблюдения пожара;
• лесной или не лесной пожар.
Также указана дата составления картосхемы (в правом верхнем углу), номенклатура соответствующего листа карты масштаба 1:500 000 (в центре, серым цветом) и наименование подразделения, подготовившего картосхему (в левом нижнем углу).
Приведённый в примере состав картографи-
ческого наполнения был выработан в течение многолетней работы по представлению данных о пожарах. Каждый наносимый слой несёт часть информативного наполнения схемы, составляя в совокупности целостную картину лесопожарной обстановки на территории одной трапеции карты масштаба 1:500 000. Пример картосхемы включает далеко не всю имеющуюся информацию на данную территорию, такую как рельеф, видовой состав леса и т.п., благодаря чему она не перегружена информацией. Но при этом она позволяет легко оценить первоочередные факты, например:
• степень угрозы ближайшему населённому пункту;
• административная принадлежность территории к субъекту и району субъекта РФ;
• подразделение, ответственное за тушение пожара;
• подразделение, ответственное за предупреждение ЧС, профилактику среди населения;
• близость пожара к границам субъекта, государственной границе РФ: возможная угроза перехода государственной границы; возможный переход в другой район или субъект:
• возможные пути распространения пожара с учётом естественных преград (рек, озёр и т.п.);
• территория, закрытая облачностью, на которой дистанционное наблюдение пожаров невозможно.
Рис. I. Картосхема обстановки в Читинской области 2 июня 2007 г.
Приведённый пример использования shape-файла не претендует на полноту. По необходимости, на одну и ту же территорию можно самостоятельно готовить любые картосхемы, с нанесением любой необходимой информации.
Характеристики пожаров в shape-файле но сравнению с таблицей пожаров имеют некоторые отличия и дополнительные данные, рассматриваемые ниже:
• LON - долгота центра тепловой аномалии;
• LAT — широта центра тепловой аномалии;
• AREA - площадь тепловой аномалии в пикселях изображения;
• DATE — дата начала приёма витка, на котором была обнаружена аномалия;
• TIME — время начала приёма витка, на котором была обнаружена аномалия;
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
• NORAD - код NORAD КА;
• NOAA— номер спутника NOAA, если данные с КА такого типа;
• AREA_HA - площадь горящей кромки в гектарах;
• ADMINDIV — субъект РФ или иностранное государство н. п. привязки;
• REGION - район субъекта РФ н. п. привязки;
• TOWN — название н. п. привязки;
• DISTANCE - дистанция от центра пожара до н. п. привязки;
• AZIMUTH — азимут от н. п. привязки к центру пожара.
По сравнению с таблицей пожаров, дополнительно на каждый очаг указываются дата и время наблюдения, КА, данные которого использовались, и площадь в пикселях изображения. КА указывается двумя способами: кодом NORAD и номером спутника NOAA. Код NORAD универсален и не связан с какой-то конкретной серией КА, в отличие от номера спутника NOAA, поэтому следует ориентироваться на него. Следует отметить, что административная принадлежность в данных файлах относится к населённому пункту привязки, а не к пожару, поэтому может не совпадать с таковой в таблице пожаров. Площадь пожара в пикселях даётся для оценки территории, наблюдаемой как пожар на изображении, один пиксель имеет площадь от 1,2 в центре витка до 10 км2 на краю.
Использование обзорных снимков территорий
Обзорные снимки территории подготавливаются при наличии больших, долго горящих очагов пожаров, имеющих дымовые шлейфы. Небольшие очаги пожаров, наблюдаемые в течение одного, двух дней не имеют дымовых шлейфов, и поэтому визуально никак не выделяются в видимом диапазоне, почему для них обзорные снимки не делаются. Обзорный снимок представляет собой композиционное цветное изображение с синтезированными цветами. Пример картосхемы с использованием обзорного снимка и наложением дополнительных слоёв приведён на рис. 2. На данном обзорном снимке приведена сцена с тем же пожаром, что подробно рассматривался раннее.
Данная картосхема может быть сделана на основе обзорного снимка и shape-файла пожаров в сре-
Рис. 2. Обзорный снимок территории с дымовьш шлейфом в Читинской области 4 июня 2007 г.
де таких ГИС как Arc View или АгсМар. Для подготовки приведённого примера дополнительно накладывается слой административного деления на субъекты (малиновые границы и подписи), слой населённых пунктов (с жёлтыми подписями), а также название, включающее общие данные о представленном снимке и подразделении, подгоговившеем картосхему. Отдельно в слое графики нанесён овал, охватывающий основные интересующие объекты - пожары с дымовыми шлейфами - для фиксации внимания при презентации данной схемы с помощью проектора на большом экране, где видимость и чёткость изображения ухудшены.
Подобные обзорные картосхемы позволяют кроме тех же целей, что и рассмотренные выше картосхемы на основе shapc-фэйлов, извлечь дополнительную информацию о пожарной обстановке, главным образом, за счет исследования особенностей дымового шлейфа:
• документальное, визуальное подтверждение действия крупных пожаров по наличию характерного дымового шлейфа, который нельзя спутать ни с чем другим, в отличие от тепловых аномалий, которые могут и не быть лесными пожарами;
• направление дымового шлейфа указывает настоящее направление ветра в районе пожара и предположительное направление распространения пожара, путём перебрасывания горящих фрагментов растительности конвекционными потоками и ветром;
• направление и форма дымового шлейфов позволяют оценить и спрогнозировать районы сильного задымления, в которых может стать невозможным использование авиации или даже автомобильного транспорта;
• направление и форма дымового шлейфа могут помочь в установлении истинного источника задымления в данном месте, если службы МЧС на местах, обеспокоенные задымлением, не могут разыскать пожар по дыму из-за его сильного удаления или другой административной принадлежности территории;
• внешний вид облачности позволяет оценить её характер (перистая, грозовая, кучевая, фронтальная и т.п.) и спрогнозировать дальнейшее развитие метеорологической ситуации.
Несмотря на пользу, как от картосхем, так и от обзорных композиций по отдельности, эти два вида при одновременном наличии органично дополняют друг друга, предоставляя дополнительную информацию, отсутствующую в другом продукте.
Использование карт пожарной опасности
Для прогнозирования развития ситуации в 2 управлении ФГУ ВНИИ ГОЧСс 2004 г рассчитывается и рассылается «Карта показателя пожарной опасности на территорию Сибири и Дальнего Востока». Показатель пожарной опасности рассчитывается на основе метода В. Г. Нестерова с коррекцией на выпадение осадков по методике ЛенВНИ ИЛХ. В качестве исходных данных используется информация метеостанций. Картируемая территория включает данные
склона следующим образом:
V* (X У, I. а Л. *) = v„ (х У, I. о, 5)х X", (а, а>)х %„ ((, у,), (2)
где у„(х,у.1,а.у.ы.х) - нормальная скорость контура, х и у — координаты точки контура, I - время, а - угол между направлением ветра и нормалью к контуру в точке (х, у), у - угол между направлением склона и нормалью к контуру в точке (х, у), ш - скорость ветра, в - угол склона; у0(х,у.1.со,^; - скорость движения фронта пламени в направлении ветра и вверх по склону, т.е. максимальная скорость (1), и - индикатрисы нормальной ско-
рости для ветра и склона соответственно.
Один из простейших способов аппроксимации контура пожара (эллипс), для которого справедливы следующие выражения:
1-е - индикатриса радиальной
^ У-есолчр скорости,
1-е - индикатриса нормаль-
ф-2есоз(р+е2 ной скорости (3);
параметр е зависит от скорости ветра, чем больше скорость ветра, тем сильнее вытянут эллипс.
Другая известная модель распространения низового пожара, справедливая для скорости ветра до 3 м/с, выражается следующими формулами:
около 400 метеостанций. Пример карты показателя пожарной опасности приведён на рис. 3.
По смыслу, показатель пожарной опасности характеризует пригодность природных условий для возникновения лесных пожаров. В качестве основного критерия используется оценка сухости горючих материалов, которая рассчитывается на основе моделирования динамики сушки с момента последнего выпадения осадков. Результирующий показатель ранжируется по классам опасности на основе средней шкалы пожарной опасности, рассчитанной по местным шкалам пожарной опасности службы авиалесо-охраны на обозреваемый регион. Данный показатель пожарной опасности точно соответствует таковому вблизи метеостанций. Между метеостанциями он интерполируется с помощью метода Крайгинга, что и приводит к особенностям геометрии границ классов. Точность измерения метеорологических параметров определяется стандартами гидрометслужбы.
Данную карту показателя пожарной опасности следует использовать согласно ведомственным инструкциям аналогично данным гидрометслужбы и авиалесоохраны. Так, например, авиаотделения в своей практике меняют режим патрулирования в зависимости от текущих значений показателя пожарной опасности на охраняемой территории.
Прогнозирование распространения пожара
Прогнозирование распространения пожара является сложной задачей. Попытки упростить её для практического применения связаны с принятием многочисленных предположений о значениях начальных условий. Далее приведён пример такой попытки с опущением деталей и без комментариев.
В общем виде скорость распространения ЛП по многокомпонентному слою горючего материала определяется следующей формулой:
2
^<7+Фж+Ф5£>АЛт1а,Ля V»--------^--------------- (1)
1.1 ).]
Скорость распространения пожара вдоль нормали к кромке зависит от направления ветра и угла
X, ГФ.ш; = ехр {а (а) (соц -1)}
»
/ ехр{а(а>)(созр-1)} , (4)
■у/У+йГ,ЛЛ;<р('СОХр -1/
где а(а>)= 0.785ш-0.1 Оба* для ш < 3м/с.
По условиям задачи имеется неизвестный контур лесного пожара, ограниченный размерами пикселя (~1 км2), а требуется предсказать дальнейшее распространение лесного пожара. В условиях недостаточности начальных данных (неизвестность геометрии кромки), приходится значительно ограничить объёмы задачи: искать только расстояние, которое пройдет пожар в направлении наибольшей скорости распространения (по направлению ветра), при постоянной и неизменной скорости ветра, за заданное время (на ближайшие сутки). Такое решение позволит оценить максимальное расстояние распространения пожара, а расстояние распространения пожара в остальных направлениях не будет превышать максимальное.
Для решения упрощенной задачи сделаем следующие предположения:
• исходный контур - окружность малого диаметра, расположенная в центре пикселя;
• скорость распространения лесного пожара не зависит от направления (нет данных по горючему материалу, классу пожарной опасности, рельефу и т.п.);
• скорость ветра задается на высоте горения пламени и не меняется за расчетный период.
Тогда перемещение кромки пожара можно вычислить по формуле:
5 = ух,(°,и’),
где I - расчетное время, *7 - средняя скорость
Рис. 3 Картосхема распределения показателя пожарной опасности 4 июня 2007 г.
Научно-технические разработки
распространения пожара, ХД°.14') - радиальная индикатриса при ф = 0 - коэффициент учитывающий влияние ветра на скорость распространения пожара, например, (4).
На основе экспериментальных данных выведено полуэмпирическое выражение скорости распространения кромки огня:
V = У0 ■ ехр{Еусой (а. ,)}• ехр{)с<х р.,)}, (5)
где У0 - скорость распространения кромки огня при отсутствии ветра, Е - коэффициент скорости распространения огня, N - коэффициент бокового переноса огня, а — угол между нормалью к фронту распространения кромки лесного пожара и направлением ветра, V - скорость ветра.
На основе (5) для исходных данных из табл. 2 в табл. 5 посчитана скорость распространения кромки огня для заданной скорости и направления ветра, и приведена оценка распространения пожара с использованием рассчитанной скорости. В данной зависимости не учитывается влияние склона, а мо-
дель распространения соответствует эмпирическим данным распространения верховых лесных пожаров в сосковых молодняках.
В этом примере за 24 часа пожар переместится не более чем на 1,11 км в любую сторону. Для данных спутника ЫОАА это перемещение не превысит одного пикселя изображения, что меньше средней ошибки привязки. К сожалению, выше приведённый пример показывает невозможность использования прогноза распространения пожара, основанного на данных КА Г'ЮАА из-за ошибок географической привязки. По этой причине представляется целесообразным применение методов прогноза распространения только к данным КА ТЕИЛА, для которых точность привязки составляет около 400 м. Ещё более перспективным прогноз распространения пожара станет с началом реализации программы ЫА5А ЫРОЕБ. На борту КА серии ^ОЕБ будет устанавливаться радиометр УНЯБ, имеющий пожарные каналы с разрешающей способностью 400 м и обеспечивающий соответствующую точность привязки.
Таблица 5
Схема расчёта прогноза распространения пожара
5
*
5
о
03
о.
го
03
О.
О
з:
о
<1>
X
X
X
I
0
X
т
>-
03
1
Параметр Значение
Исходные данные
широта, ° 50,0000
долгота, * 113,0000
скорость ветра, м/с 1,0
угол между направлением ветра и нормалью к кромке Л П, ° 50,0
азимут ветра, гр 130,0
скорость распространения огня, м/мин 0,6
время прогноза, час 24
Промежуточные результаты скорости
максимальная скорость ЛП 0,81
скоростьЛП, м/мин 0,71
Результаты прогноза на 24 часа
широта через 24 часа, * 50,0025
долгота через 24 часа,0 113,0043
изменение широты за 24 часа, км 0,0025
изменение долготы за 24 часа, км 0,0043
расстояние за 24 часа, км 1,11
азимут направления на 24 часа ° 130,0
