История

 

Первые эксперименты по использованию космических аппаратов для обнаружения лесных пожаров проводились еще в эру зарождения пилотируемой космонавтики. Визуально определяя дым от крупных лесных пожаров, космонавты передавали на Землю приблизительную привязку. Но в те далекие годы был самый рассвет авиационной охраны лесов, на фоне которой информация, поступающая с космоса, была настолько грубой и запоздалой, что никто в лесной службе всерьез не воспринимал эти эксперименты.

 

Ни тогда, ни сейчас существенного влияния на ситуацию с обнаружением лесных пожаров подобные эксперименты принести не могли. Нужна была система, которая в регулярном режиме оперативно сканировала бы всю территорию лесного фонда, а полученная информация о лесных загораниях автоматически интегрировалась бы в информационное поле лесных пожарных служб.

 

К сожалению, начиная с 1990-х годов российских спутников с нужной аппаратурой, работающих в интересах народного хозяйства (не военных), у нас уже не было.

С 1995 года, в рамках проектов Лесной службы Российской Федерации, Министерства природных ресурсов РФ, Министерства промышленности, науки и технологий РФ, Российской академии наук при поддержке Европейской программы TACIS на базе службы авиационной охраны лесов России 'Авиалесоохрана' проводились работы по созданию элементов будущей системы спутникового мониторинга крупных лесных пожаров с применением данных зарубежных спутников.

Основным техническим исполнителем работ был Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН) при непосредственном участии специалистов ФГУ 'Авиалесоохрана'. К работам также привлекались коллективы соисполнителей: ЦЭПЛ РАН, ИСЗФ СО РАН, ФГУ СПбНИИЛХ, 'ИНФОКОМПЛЕКС' и др. С 1996 года отдельные элементы системы поэтапно вводились в опытную эксплуатацию.

 

Несмотря на низкую точность и большое количество ложных срабатываний, уже первое применение показало эффективность подобного подхода для мониторинга пожаров на удаленных и труднодоступных территориях.

 

Начиная с пожароопасного сезона 2003 года, функционировала уже целая система, которую в последствии назвали Информационной системой дистанционного мониторинга лесных пожаров (ИСДМ-Рослесхоз).

 

В 2005 году приказами Федерального агентства лесного хозяйства утверждены Регламент работы ИСДМ-Рослесхоз и Методические рекомендации по проведению космического мониторинга лесных пожаров на территории лесного фонда Российской Федерации, т.е. данные космического мониторинга стали официальными.

Часть территории, которая ранее считалась неохраняемой и где никогда не было ни наземного, ни авиационного патрулирования, была отнесена к зоне космического мониторинга, т.е. сегодня абсолютно все леса России находятся под наблюдением.

 

С 2006 года ИСДМ-Рослесхоз была введена в промышленную эксплуатацию.

 

Структура ИСДМ-Рослесхоз

 

Что же представляет собой информационная система дистанционного мониторинга? На сегодняшний момент это целый комплекс оборудования, расположенного в 8 приемных центрах по всей территории России, специалисты которых в соответствии с заключенными договорами выполняют свою часть работы по обеспечению функционирования элементов системы.

 

Управление всеми удаленными узлами системы, основная тематическая обработка происходит в Центральном узле ИСДМ-Рослесхоз (г. Пушкино, ФГУ 'Авиалесоохрана'). Сюда, кроме данных зондирования Земли (ДЗЗ), поступает также информация от субъектов Российской Федерации о лесных пожарах и ходе тушения, метеоинформация, данные грозопеленгации (система регистрации молниевых разрядов) и т.д.

 

Для обеспечения надежности и устойчивости системы имеется полнофункциональный управляющий сервер, расположенный в Москве (ИКИ РАН). Вся обработанная тематическая информация (за исключением ДЗЗ) дублируется на несколько информационных web-серверах, расположенных в каждом узловом центре ИСДМ-Рослесхоз.

 

Получение и оперативное распределение космических снимков среднего разрешения по территории Российской Федерации обеспечивается за счет функционирования узлов ИСДМ-Рослесхоз (Красноярск, Хабаровск, Иркутск, Ханты-Мансийск, Новосибирск, Саратов), которые также производят предварительную обработку ДЗЗ.

 

Вся информация (в том числе и обработанные ДЗЗ, поступающие в узлы ИСДМ-Рослесхоз) структурируется, каталогизируется и архивируется в банк данных и доступна из геоинформационной системы, интегрированной в web-интерфейс.

 

Выходные продукты в виде табличных отчетов или географически привязанных композитных изображений в ГИС-формате с атрибутивной информацией в любое время доступны зарегистрированным пользователям, например, руководителю команды тушения лесного пожара в любой точке Российской Федерации через сеть Интернет.

 

Основная информация, используемая в ИСДМ-Рослесхоз:

 

 ежедневные информационные оперативные продукты, полученные на основе данных спутников серии NOAA (прибор AVHRR) и спутников TERRA, AQUA (прибор MODIS);

 ежедекадные информационные продукты для оценки последствий действия пожаров, полученные на основе данных спутников TERRA, AQUA (прибор MODIS) и SPOT (прибор VEGETATION);

 информационные продукты на основе данных высокого разрешения спутников SPOT, LANDSAT, Ресурс ДК (единственный российский) (1-2 раза в год).

 

Реальные возможности космического мониторинга

 

Многие слышали из средств массовой информации, что технический прогресс позволяет из космоса увидеть горящую спичку или прочитать номер автомобиля. Такие приборы действительно существуют. Горящую спичку можно увидеть, если знать, где ее искать. Повышение чувствительности прибора возможно, только если существенно снизить район наблюдения. Так при разрешении 250 метров каждую точку территории можно просматривать два - три раза в сутки. Если использовать разрешение 15-20 м - один прибор может контролировать участок территории не чаще, чем раз в неделю (при условии, что нет облачности), что для обеспечения эффективной борьбы с лесными пожарами, где главный фактор успеха - время, неприемлемо. Реализация требуемой кратности осмотров при высочайшем разрешении потребует астрономических финансовых затрат. Кроме того, нужно помнить, что увидеть дым или огонь - это еще не главное.

 

Необходимо иметь прибор, который бы автоматически регистрировал места горения (загорания), т.е. обычного видимого спектра в большинстве случаев недостаточно.

 

По состоянию на сегодняшний день ИСДМ-Рослесхоз, в среднем, способна регистрировать загорания уже на площади 0,1-50 га. Точную цифру назвать невозможно, так как чувствительность применяемых алгоритмов сильно зависит не только от интенсивности горения, но и от метеоусловий. Бывали случаи, когда весной на фоне мерзлой земли ИСДМ-Рослесхоз регистрировала даже большой охотничий костер. Но бывают ситуации, когда из-за наличия плотной облачности 'пропускаются' даже крупные лесные пожары.

 

В разных регионах частота пролета используемых спутников различна, соответственно оперативность поступления информации колеблется от 4 до 12 часов, но даже это опережает классическое авиационное патрулирование. А вот точность определение координат в десятки раз хуже и колеблется от 500 м до 1000 м, завися в большей степени от угла визирования (спутник определяет координаты точки под собой точнее, чем в горизонте).

 

Отдельной задачей, которая не всегда требует оперативности - это оценка пройденной огнем площади. Практически невозможно организовать обход или облет каждого крупного лесного пожара после его ликвидации. ИСДМ-Рослесхоз способно оценить площадь пожаров от 100 до 1000 га с погрешностью менее 30%, свыше 1000 га - до 5%.

 

В системе используются две технологии. Первая - классическая, где определение площади происходит по температурным аномалиям, определение которых возможно только при отсутствии облачности в точке пожара. Другая технология основана на изменении вегетационного индекса растительности, поврежденной пожаром. Она требует существенно больше времени (от 10 дней до нескольких месяцев), но позволяет уже по прошествии пожара оценить площадь повреждений, даже если в течение всего периода его действия была облачность. Эта технология пропускает беглые весенние пожары, которые практически не наносят вреда древостою.

 

Применение ИСДМ-Рослесхоз позволяет реализовать следующие задачи:

 

 прогнозирование и мониторинг пожарной опасности;

 детектирование и мониторинг лесных пожаров в динамике;

 оптимизация затрат на мероприятия по охране лесов (в том числе маршрутов авиапатрулирования);

 оценка пройденной огнем площади;

 предварительная оценка повреждений насаждениям от пожаров (в том числе выявление погибших насаждений);

 сопоставление данных наземных, авиационных и космических наблюдений, включающая обратную связь с наземными и авиапожарными службами в регионах;

 интеграция в одном ГИС-интерфейсе комплексной информации (топоосновы, ДЗЗ и атрибутивных данных) с целью поддержки управленческих решений в области мониторинга лесопожарной ситуации.

 

Принципиально новым направлением использования ИСДМ-Рослесхоз, вызванным введением в действие нового Лесного кодекса, стало ее применение для контроля за переданными субъектам Российской Федерации полномочиями и оценки эффективности использования финансовых средств. Так, в рамках работ по выявлению фактов занижения площадей, пройденных огнем, установлено, что данные, поступающие из регионов, в 2,2 раза меньше, чем по ИСДМ-Рослесхоз.

 

Недостатки космического мониторинга

 

В какой же мере космический мониторинг может помочь решить проблему лесных пожаров?

 

Применяемые сейчас в ИСДМ-Рослесхоз алгоритмы полностью исключают ложные срабатывания. Т.е сам факт горения определяется со 100%-ой достоверностью. До 2007 года доступ к системе был открыт, в основном, только специалистам диспетчерских пунктов баз авиационной охраны лесов, которые имели достаточный опыт и подготовку для правильного понимания и использования данных ИСДМ-Рослесхоз. После того, как пароли к системе были предоставлены широкому кругу пользователей, в том числе региональным чиновникам, в ФГУ 'Авиалесоохрана' стало поступать большое количество нареканий на точность системы. Так, например, сообщалось, что часть указанных в реестре лесных пожаров в реальности отсутствуют. Детальное разбирательство большинства случаев выявило, что горения в указанных районах были, но они попадали либо на территории, не покрытые лесом, либо на леса других ведомств. Таким образом, в ИСДМ-Рослесхоз, из-за наличия в лесном хозяйстве проблемы точности границ квартальной сети и отсутствия ее электронной версии на основную часть территории, пока нет возможности из общего числа загораний выделять стопроцентные лесные пожары.

 

Зарегистрированные из космоса точки горения нельзя считать обнаружением лесных пожаров. Спектр характеристик лесных пожаров, полученных таким путем, меньше, чем при классическом авиапатрулировании. Просто увидеть загорание недостаточно, поэтому в соответствии с ГОСТом 'обнаружением' считается определение характеристик пожара с точностью, достаточной для организации работ по его тушению, что на настоящий момент времени невозможно с применением одних только данных зондирования Земли.

 

Еще долгие годы одним из самых оптимальных и эффективных методов обнаружения и борьбы с лесными пожарами будет авиационная охрана лесов, которая способна при соблюдении регламента полетов выявлять лесные пожары на площади, позволяющей ликвидировать этот пожар на минимальных площадях.

 

Перспективы ИСДМ-Рослесхоз

 

В настоящее время идут работы по внедрению в ИСДМ-Рослесхоз данных зондирования Земли разрешением до 30 м. Если организовать получение этих данных сразу с нескольких спутников (SPOT, LANDSAT, Ресурс ДК, IRS, EROS, FormaSAT, ALOS), то можно обеспечить покрытие этими данными всей территории лесного фонда с частотой несколько раз в неделю.

 

Одно из приоритетных направлений развития ИСДМ-Рослесхоз - уточнение границ лесного фонда (квартальной сети) на основе точных материалов лесоустройства.

 

Качественный скачок развития ИСДМ-Рослесхоз возможен после интеграции в ИСДМ-Рослесхоз подробной лесоустроительной информации, что позволит прогнозировать скорость распространения и возможный ущерб от лесного пожара.

 

Следующий этап - возможность выполнения расчетов предполагаемого ущерба, в том числе и с учетом прогноза распространения нескольких пожаров. Это позволит, в условиях нехватки ресурсов, установить приоритеты при разработке тактических планов тушения, т.е. выбрать пожар, который необходимо тушить в первую очередь или наоборот отказаться от его тушения из-за нецелесообразности.

 

Сегодня в России существуют разные организации, которые работают в сфере космического мониторинга и готовы предоставить космические данные о пожарах. Но коренным отличием ИСДМ-Рослесхоз является то, что она не просто источник космических данных, она - это ключевая основа существующей информационной системы в области борьбы с лесными пожарами в России, где продолжает развиваться идеология Единого информационного поля для нужд всех лесопожарных служб.

 

ИСДМ-Рослесхоз - сложный инструмент, который наиболее эффективен в комплексе с данными авиационных и наземных наблюдений. Применение этой системы не только позволит оптимизировать затраты на лесопожарные мероприятия, но и сохранить лес - наше богатство.

 

Роман Котельников,

руководитель Центра  мониторинга пожарной опасности ФГУ 'Авиалесоохрана',

Николай Коршунов,

начальник летно-производственной службы Красноярской авиабазы 'Авиалесоохрана',

кандидат сельскохозяйственных наук