Введение 4
1 Обзор предметной области 6
2 Обзор источников для сбора и получения информации 9
2.1 Обзор спутников для получения данных дистанционного зондирования... 9
2.1.1 Сканирующий спектрорадиометр MODIS 9
2.1.2 Спутник дистанционного зондирования Земли Landsat 8 12
2.1.3 Спутниковая система наблюдения SPOT 13
2.2 Обзор сайтов для заказа снимков 16
2.2.1 Сайт для поиска и заказа космоснимков kosmosnimki.ru 16
2.2.2 Сайт геологической службы США glovis.usgs.gov 17
2.2.3 Сайт EOStation-Иркутск доступа к данным космических съемок
eostation.irk.ru 19
2.3 Использованное программное обеспечение 19
2.3.1 Программный комплекс ENVI 19
2.3.2 Свободная геоинформационная система QGIS 2 1
3 Подготовка классификации изображения 23
3.1 Спектральные характеристики каналов для выделения гарей 23
3.2 Метод обработки изображений для получения маски гарей 24
4 Поиск гарей на территории Республики Бурятия 25
4.1 Подготовка снимков к анализу 25
4.2 Составление масок гарей 26
Заключение 33
Список использованных источников 3 5
Приложение А. Маска гарей части Баутовского района 37
Приложение Б. Маска гарей части Селенгинского района 38
Приложение В. Маска гарей части Баргузинского района
Данные спутниковых наблюдений весьма важны при оценке распространения лесных пожаров, выявления их очагов, анализе развития дымов от пожаров, гарей, выявлении опасности возникновения пожаров. Возможность ликвидации пожара на малой площади, особенно в условиях высокой пожарной опасности, определяется оперативностью обнаружения. Таким образом, наиболее подходящими требованиям оперативного мониторинга лесных пожаров соответствуют спутники с высоким разрешением и высокой периодичностью съемки. Основными задачами мониторинга пожаров и их последствий являются:
- определение мест возгорания;
- контроль развития пожаров;
- оценка пожарной опасности в пределах сезона;
- прогнозирование рисков возникновения пожаров в долгосрочной перспективе; оценка последствий пожаров [1].
Совмещение снимков до и после пожаров дает возможность выявить гари, определить их площади на текущее время и оценить нанесенный ущерб.
Актуальность проблемы выражается тем, что после ее изучения будут найдены меры устранения последствий воздействия лесных пожаров на окружающую среду и человека таких как: экономические: потери древесины, в том числе повреждение молодняков, ресурсов лесопользования; расходы на тушение, расчистку горельников; восстановительные работы; убытки других отраслей: прекращение авиа, ж/д, автоперевозок, и др.
Экологические: загрязнение продуктами горения воздушной среды, водной среды, почв: уничтожение кислорода, тепловое загрязнение, массовый выброс парниковых газов, изменение микроклимата, задымление и загазованность атмосферы, гибель животных и растений.
Социальные: гибель и травматизм людей, непосредственно в зоне пожара; ухудшение психофизиологических показателей населения.
Информационные: полученная информация поможет соответствующим органам информировать население о происходящих событиях связанные с лесными пожарами [1].
Цель данной работы - анализ возможности детектирования степени пожарного воздействия на растительность на основе данных ДЗ среднего пространственного разрешения.
Решаемые задачи:
- оценка спектральных различий выделяемых классов в сравнении с неповрежденными участками леса;
- разработка технологии проведения классификации участков и анализ доли площади с максимальным уровнем поражения;
- применение методики на примере пожаров Забайкалья и оценка точности определения площадных характеристик пожаров в сравнении с альтернативными данными.
Результаты, полученные в итоге данной работы, могут быть использованы для составления отчетов по площадям выгоревших территорий 2015 года, также для составления сравнительных характеристик пожаров в сравнении как с другими годами этой территории, так и в сравнении общей площадью гарей. Если продолжить заниматься этой работой в следующих годах, то можно разработать ГИС по динамике гарей на территории Бурятии по сезонам (годам).
Лесные пожары являются мощным природным и антропогенным фактором, существенно изменяющим функционирование и состояние лесов. Лесные пожары наносят урон экологии, экономике, а часто и человеческие жизни оказываются под угрозой. Для стран, где леса занимают большую территорию, лесные пожары являются национальной проблемой, а ущерб, наносимый реальному сектору экономики, исчисляется десятками и сотнями миллионов долларов в год.
Исходя из последних событий на территории Российской Федерации, а именно, пожары в Республике Хакасия, Республике Бурятия и Забайкальском крае проделанная работа несет особую актуальность в своем вопросе.
При тестировании проекта был проведен сравнительный анализ полученных данных с официальными данными МЧС России. Так, согласно данным сайту МЧС России по Республике Бурятия на 22.09.2015, когда все пожары были локализованы и больше не было обнаружено, площадь выгоревших территорий составила 22720,45 га. В ходе проделанной работы были получены результаты 24250,6 га. Данные в целом примерно равны, что говорит о правильности выполнения проекта и корректности данных. Географические координаты Республики 53° 48' 0"N, 109° 20' 0"E, снимки использованные в работе располагаются в пределах этих координат. Для корректности данных была использована классификация, с помощью которой четко были выявлены границы полигонов растительности. Разность в площадях конечного результата с официальной статистикой можно объяснить тем, что данные подсчитывались с разных снимков, а также в работе была выполнена классификация снимков, что может существенно повлиять на результат.
В результате изучения программного обеспечения, анализа спутников и подбора соответствующей дополнительной литературы были приобретены знания, на основе которых была достигнута цель проекта - выявление и подсчет площадей гарей.
В данной работе рассмотрена проблема лесных пожаров детальна: произведен обзор спутников, которые подходят для работы с пожарами; сделан обзор сайтов, с помощью которых можно получить снимки; изучено программное обеспечение, а также получен опыт работы с ним. В итоге, выявлены гари и подсчитана их площадь на территории Республики Бурятия с помощью космоснимков MODIS, представленных сайтом станции дистанционного зондирования Земли Иркутского центра, в программном обеспечении ENVI и QGIS. Подсчитаны площади гарей. Произведен сравнительный анализ с данными МЧС России, имеется небольшая разница. Произведен анализ общей работы. Конечный продукт проекта оформлен в виде ГИС, которая, в свою очередь, представлена набором тематических карт масок гарей. Атлас карт оформлен согласно гостам.
Карты сделаны со снимков, которые взяты с общедоступных сайтов, что говорит о невозможности публикации каких-либо секретных объектов и зон. Данные не несут никакой секретности так как в результате представлены только маски гарей и для наглядности отмечены населенные пункты и реки. В принципе, по нынешним российским нормам, открытыми считаются лишь карты, подробность которых не превосходит 1:100 000, если с них удалены объекты, составляющие предмет государственной тайны. Карты масштаба 1:25 000 считаются секретными. Конечный продукт представлен в масштабе 1:150 000 и по сути не несет информации о каких-либо объектах, а значит «Закон о государственной тайне» не нарушен.
1 Галеев, А.А. Сопоставление информации о лесных пожарах по данным спутниковых, наземных и авиационных наблюдений ИСДМ-Рослесхоз / А.А. Галеев , Р.В. Котельников, Ю.С. Крашенинникова. - Институт космических исследований РАН, 2010. - С 2-18.
2 Кашкин, В.Б. Дистанционное зондирование земли из космоса. Цифровая обработка изображений / В.Б.Кашкин, А.И. Сухинин. Учебное пособие. - М.: Логос, 2001. - 352 с.
3 Шишкин, И.Н. Использование геоинформационных технологий для мониторинга и оценки последствий чрезвычайных ситуаций / И.Н. Шишкин, А.А. Скугарев. Доклады ТУСУРа., 2014. - С. 276-280.
4 Швиденко, А.З. Влияние природных пожаров в России 1998-2010 г. на экосистемы и глобальный углеродный бюджет / А.З. Швиденко, А.И. Сухинин // Доклады академии наук, 2011. - С. 544-548.
5 Токарева, О.С. Обработка и интерпретация данных дистанционного зондирования земли. Учебное пособие. - Издательство ТПУ, 2010. - 125 с.
6 Волокитина, А.В. Опыт создания и использования информационной базы для прогноза поведения лесных пожаров / А.В. Волокитина, М.А.Корец // Лесное хозяйство, 2011. - С. 44-47.
7 Харук , В.И. Пространственное и временное распределение пожаров на острове Сахалин / В.И. Харук, О.Е. Якубайлик // Wildland Fire, 2007. - С.556¬562.
8 Официальный сайт МЧС по Республике Бурятия [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://03.mchs.gov.ru.
9 Официальный сайт ПО ENVI [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://www.exelisvis.com.
10 Официальный сайт ПО QGIS [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://qgis.org/ru/site.
11 Официальный сайт Glovis [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http:// glovis.usgs.gov.
12 Официальный сайт NASA [Электронный ресурс]: - Режим доступа: https: //www. nasa.gov.
13 Официальный сайт Иркутской станции сбора ДДЗЗ [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://eostation.irk.ru.
14 Официальный сайт Космоснимки [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://kosmosnimki.ru.
15 Официальный сайт Совзонд [Электронный ресурс]: - Режим доступа: https://sovzond.ru.