ГИС-мониторинг лесных пожаров - просто космос!

29 Июля 2020

evgeniyponomarevЕсли на Кипре с апреля по сентябрь длится туристический сезон, то в России – сезон лесных пожаров. Каждый год в нашей стране регистрируется от 9 тысяч до 35 тысяч лесных пожаров площадью до 10 млн гектаров в год. Чем раньше удается зафиксировать пожар и отреагировать на него, тем меньше ущерба он принесет – природе, людям, экономике. Какие технологии для этого используются сегодня и причем тут космос, рассказывает Евгений Пономарев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории мониторинга леса Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, Федерального исследовательского центра КНЦ СО РАН (Красноярск), доцент Сибирского федерального университета (Красноярск).

Что такое мониторинг лесных пожаров?

Мониторинг лесных пожаров – это система контроля за возникновением, развитием, локализацией и тушением пожаров. Существует несколько таких федеральных систем. Одна принадлежит Рослесхозу, вторая – МЧС (там пожары рассматриваются как чрезвычайные ситуации, угрожающие населению или объектам инфраструктуры). Ну и у нас, Института леса Сибирского отделения Российской Академии Наук, есть своя система мониторинга – база данных пожаров для научных целей. Мы собираем достаточно большой объем сопроводительных данных: точка пожара, дата его регистрации, наблюдение за тем, как он развивался, когда был локализован. Для этого мы используем несколько спутников метеорологического назначения. У них есть большое преимущество: они позволяют осматривать территории с высокой периодичностью – каждые 4-6 часов. Термически активные точки – там, где горит лес, – на изображениях засвечиваются. Спутники высокого разрешения дают информацию раз в неделю или раз в две недели –для мониторинга пожаров этого недостаточно. Но везде есть и плюсы, и минусы. У метеорологических спутников низкое пространственное разрешение, и всегда есть вероятность, что самые маленькие пожары не будут зафиксированы. Но эти технические вопросы мы научились корректировать.

Когда была создана эта система?

Научная база данных пожаров нашего института существует с 1996 года. Это была первая подобная система в России. Потом, в начале 2000-х, МЧС начали использовать спутниковую информацию. ИСДМ-Рослесхоз (Информационная система дистанционного мониторинга) тоже появилась в начале 2000х. До этого в стране существовали системы наземного и авиационного наблюдения пожаров, и они достаточно эффективно работали.
Сегодня у нас в стране существует три зоны мониторинга пожаров. Это зона наземного обследования – там, где широко развита дорожная сеть, где легко можно добраться и посмотреть. Это наиболее населенные участки: европейская часть, лесные территории вдоль Транссиба. Затем, официально выделена зона авиационного наблюдения. И третья зона – это зона спутникового мониторинга: Сибирь, Дальний Восток, причем северная часть. Наземного патрулирования там не может быть потому, что это труднодоступные территории: там и население очень редкое, и дорог никаких нет. Авиационное патрулирование тоже не всегда возможно: летать туда далеко и сложно. В советское время существовали авиаотделения даже в этих северных районах Сибири, но сегодня они закрыты. И тут на помощь приходит спутник.

За чем еще, кроме пожаров, можно наблюдать с помощью космоснимков?

Спутниковый мониторинг – это современное перспективное направление. Весь мир идет к тому, что спутниковые данные должны заменить натурные наблюдения, когда ученые едут в какую-то точку, что-то измеряют и потом экстраполируют это на прилежащую территорию. Таких точек может быть одна-две-три, а со спутника мы видим их миллион на одном изображении.
Космоснимки позволяют оценить состояние лесов по различным вегетационным индексам – показателям, которые вычисляются на основе съемки в разных спектральных диапазонах и дают информацию о характеристиках растительности. Можно оценить послепожарное состояние нарушенных участков леса, процессы восстановления леса, выявить зоны, пострадавшие от насекомых-вредителей. После любого воздействия меняются спектральные характеристики лесов: скажем, опала хвоя – они будет уже совсем другими на спутниковом изображении. Вырубки тоже хорошо отслеживаются со спутников.

Как, по вашим наблюдениям, изменяется лес в последние годы? Что происходит и что будет происходить?

Лес – это живой организм, он всегда меняется. Сейчас мы наблюдаем достаточно сильное антропогенное воздействие. Это связано с тем, что осваиваются территории, на которых раньше не было человека: разрабатываются месторождения, строятся нефтепроводы, проводятся все более масштабные вырубки. Ну и пожары связаны воздействием человека. Да, лес меняется. Ненарушенных лесов практически нет. Пирологи (специалисты, изучающие пожары) утверждают, что у нас все леса – вторичны, то есть все они когда-то выгорали, отмирали. А потом это все восстанавливалось. Природа может восстановить то, что было нарушено. Другой вопрос, что сейчас воздействие человека слишком сильно, и нарушения накапливаются. Если посмотреть любой снимок Приангарья, где вырубается достаточно много леса, – вы увидите «шахматную доску»: вырубленный участок, невырубленный участок. Естественно, все это не проходит бесследно.

Есть ли, по-вашему, связь между вырубками и числом пожаров или еще какие-то закономерности?

Там, где вырубается лес, повышается уровень природной пожарной опасности, то есть предрасположенности леса к горению. Изначально этот уровень везде разный: с сосновых лесах – один, в темнохвойных – другой. Там, где происходят вырубки, как правило, остается большое количество горючего материала (веточки, порубочные остатки и т. д.). И если его правильно не утилизировать, он становится фактором повышенной пожарной опасности.
Леса, поврежденные насекомыми-вредителями, стоят сухие. Накапливается опад хвои, веточек, отпадает сухой древостой, и все это тоже способствует повышению уровня пожароопасности и может привести к возникновению крупных пожаров.

Где обычный человек, не ученый, может найти информацию о том, что происходит с лесами?

Достаточно много спутниковых данных есть в свободном доступе на ресурсах НАСА. Найти их несложно: достаточно в поисковике набрать «Satellite data», и они появятся в первых ссылках. Любой желающий, зарегистрировавшись на этих сайтах, может находить космоснимки и разглядывать их. Скажем, вас интересует конкретный участок леса возле такого-то поселка – можно попытаться его найти, и даже в определенные даты.
Существует и отечественная спутниковая информация, но тут сложнее, любому пользователю получить ее не удастся. Роскосмос предоставляет данные высокого пространственного разрешения только организациям, которые работают на уровне федеральных органов власти. Например, если у нас есть заказ от правительства Красноярского края, то мы можем запросить у Роскосмоса информацию согласно этому заказу. Просто так они ее не предоставят.
Что касается тематической информации, есть сервер Рослесхоза, где есть информация о пожарах, есть сервер МЧС. Существует ресурс kosmosnimki.ru. Ну а та информация, которую получает наш Институт леса, нигде не публикуется. Мы ее обрабатываем, наши статьи доступны, но сами спутниковые снимки мы не распространяем – это не входит в круг наших задач.

Допустим, человек нашел снимки на серверах НАСА. Сможет ли он их прочитать, или этому нужно специально учиться?

Если человек имеет хотя бы начальные географические познания, то он сможет опознать известные объекты: например, озеро Байкал, сеть рек и водохранилищ. Но, конечно, для неподготовленного глаза спутниковая информация – это красивая, но непонятная мозаичная картинка. Естественно, нужно иметь некоторый навык, чтобы уметь читать ее.
Спутники снимают в разных спектральных диапазонах, в том числе в не видимых человеческому глазу. Поэтому изображение космоснимка на компьютере имеет условные цвета. Специальное программное обеспечение позволяет преобразовывать, классифицировать характеристики отдельных пикселей и выдавать результат: например, выделять пиксели, где существует пожар, где нарушены участки леса и т. д.
Существуют специализированные курсы в образовательных учреждениях, на которых учат читать космоснимки. Есть форумы, посвященные геоинформационным технологиям: можно набрать в поисковике «GIS» и найти много и русскоязычных, и англоязычных ресурсов. Есть и каналы на youtube о работе со спутниковой информацией.

Можно ли стать вашим волонтером? Как это сделать?

У нас пока нет волонтерских программ, но над этим можно подумать. Например, спутник может дать нам карту растительности всей России. Но всегда необходимо проводить калибровку и валидацию, то есть проверку результатов обработки спутниковых данных. Тут не обойтись без хотя бы точечных обследований отдельных участков на земле. И помощь волонтеров была бы полезны. В мире это называется «citizen science» (гражданская наука) – когда не научные сотрудники, а просто люди сообщают такие-то сведения, и все это потом стекается в большую базу данных. Можно такую программу придумать.

Беседовала Наталья Захарова