Алгоритм работы продукта MOD14, разработанный в рамках программы NASA EOS, ориентированный на работу с данными приборов MODIS, установленных на спутниках Aqua и Terra, позволяет производить оперативное автоматизированное выявление очагов лесных пожаров размером вплоть до десятков квадратных метров.
Обработка изображений дистанционного зондирования земли с помощью алгоритма MOD14 с целью выявления пожаров
14 Мая 2013
Пожары
Современная методика оперативного детектирования пожаров при анализе снимков зондирования Земли сводится к выявлению температурных аномалий и следов горения. В настоящее время широко применяются технологии автоматизации мониторинга пожароопасных территорий. В практике дистанционного обнаружения возгораний российскими компаниями часто используется метод анализа снимков, полученных при помощи спутников Terra и Aqua и обработанных с помощью программного обеспечения, использующего алгоритм MOD14. Пример снимка с маской MOD14, на котором видны сотни термоточек (вероятных очагов пожаров) приведен на рис. 1.
Алгорим MOD14 основан на сравнении температур каждого пикселя в двух инфракрасных спектральных каналах — 4 мкм и 11 мкм. Использование этих каналов обусловлено существованием окон прозрачности атмосферы [1]. Алгорим MOD14 подразумевает, что фоновая температура понижается с удалением от перегретой точки. В первую очередь учитывается интенсивность средневолнового инфракрасного излучения — чем выше радиояркостная температура в канале 4 мкм, тем больше вероятность пожара. В дневное время суток значение температуры территории, соответствующей одному пикселю должно быть выше порога в 312 К, а в ночное время — 305 К. Во вторую очередь учитывается разность температур в каналах 4 мкм и 11 мкм — чем она выше, тем больше вероятность пожара. В этом случае значение интенсивности сигнала в канале 4 мкм должно сильно отличаться от окружения [2].
В формализованном виде оба условия признания термоточки пожаром можно отобразить в следующем виде:
{[(T4 > T4b + pT4sdc *dT4b) или T4 > 312 К (T4 > 305 - ночью)] и
[(?T41 > ?T41b + pT41sdc *dT4b) или T41 > 20 K (10 К)]} или {T4 > 360 К (330 К)} (1), где
T4 – температура текущего исследуемого пикселя в канале 4 мкм;
T4b – средняя температура окружающих пикселей в канале 4 мкм;
pT4sdc – стандартное отклонение температуры фоновых пикселей в канале 4 мкм;
dT4b – эмпирический коэффициент (как правило, равен 3);
?T41 – разница температур пикселей в каналах 4 мкм и 11 мкм;
?T41b – разница температур фоновых пикселей в каналах 4 мкм и 11 мкм;
pT41sdc – стандартное отклонение разности температур фоновых пикселей в каналах 4 мкм и 11 мкм.
Примером программного обеспечения, использующего MOD14, является многофункциональное приложение ScanEx Image Processor, предназначенное для обработки спутниковых изображений и геопространственных данных. На рис. 2 показан интерфейс окна программы для выбора пороговых коэффициентов, отраженных в формуле 1.
В реальности на территориях с высокой лесной растительностью чувствительность указанного метода позволяет обеспечить детектирование только сравнительно крупных открытых пожаров естественного или техногенного происхождения, часто это возможно только на поздних стадиях [3].
Применение метода MOD14 показывает его эффективность и обоснованность, тем не менее, в сложных метеоусловиях недопустимо полностью исключать экспертный подход при оперативном анализе снимков с маской MOD14. Разработки в направлении автоматизации процесса детектирования пожаров являются перспективными и позволяют предположить дальнейшее развитие подобных систем.
Автор: Петренко И.А., аспирант Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения
Использованная литература:
- Шовенгердт Р.А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений. М.: Техносфера, 2010. 28 с.
- Justice C. O., Giglio L. The MODIS fire products. Remote Sensing of Environment 83(1-2), 2002. - 244-262 с.
- Галеев А.А., Барталев С.А., Ершов Д.В., Крашенинникова Ю.С., Лупян Е.А., Мазуров А.А. Построение адаптивного алгоритма детектирования пожаров, М.: ИКИ РАН, 2008. 59 с.
 |
 |
|
Возгорания на северо-западе Индии (MODIS, Aqua от 09.11.2012. © ESA. NASA/GSFC)
|
Интерфейс настройки параметров маски пожаров в программе ScanEx Image Processor
|