Способ определения пожарной опасности в лесу

 

Изобретение относится к охране лесов от пожаров, в частности к области оптимизации авиапатрулирования и планирования тушения пожаров, Цель изобретения - повышение точности и оперативности определения текущей пожарной опасности леса путем применения дистанционных методов лесной территории. Пожарная опасность леса определяется путем выполнения систематических сканерных съемок лесов в инфракрасном и радиотепловом диапазонах спектра, последующего формирования цифровых карт радиационных и радиояркостных температур, их пространственного, совмещения и вычисления пожарной опасности в каждой точке карты в виде суммы отношений произведения радиационной и радиояркостной температур, измеренных в каждом цикле съемки, к их разности. Для достижения требуемой точности и оперативности съемку производят в диапазонах длин волн 8-14 мкм и 0,3 - 3,3 см. 1 з.п.ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s А 62 С 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4665009/12 (22) 21.03.89 (46) 15.05,91. Бюл, %18 (71) Институт леса и древесикы им.В.H.Сукачева (72) А.И.Сухинин (53) 628.74 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1247020, кл, А 62 С 3/02, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЖАРНОЙ

ОПАСНОСТИ В ЛЕСУ (57) Изобретение относится к охране лесов от пожаров, в частности к области оптимизации авиапатрулирования и планирования тушения пожаров. Цель изобретения — повышение точности и оперативности определения текущей пожарной опасности леса

Изобретение относится к лесной пирологии и может быть использовано для определения пожарной опасности в лесу, а следовательно, прогнозирования возникновения и развития лесных пожаров и соответствующего планирования борьбы с ними.

Целью изобретения является повыше-ние точности оценки текущей пожарной опасности леса.

Поставленная цель достигается путем проведения периодических сканерных съемок лесной территории в инфракрасном (ИК) и радиотепловом (PT) диапазонах спектра электромагнитных волн и последующей обработке изображений. При этом двумерная регистрация излучения территории производится в ИК-диапазоне 8 — 14 мкм ввиду того, что ему соответствует максимум излучения природных образований, и в PT-диа„„Я „„1648505 А1 путем применения дистанционных методов лесной территории. Пожарная опасность леса определяется путем выполнения систематических сканерных съемок лесов в инфракрасном и радиотепловом диапазонах спектра, последующего формирования цифровых карт радиационных и радиояркостных температур, их пространственного совмещекия и вычисления пожарной опасности в каждой точке карты в виде суммы отношений произведения радиационной и радиояркостной температур, измеренных в каждом цикле съемки, к их разности. Для достижения требуемой точности и оперативности съемку производят в диапазонах длин волн 8 — 14 мкм и 0,3 — 3,3 см, 1 з.п.ф-лы. пазоне 0,3 — 3,3 см с учетом окон "прозрачности" атмосферы, поскольку на этих диапазонах волн реализуется наиболее тесная корреляция яркостной температуры с влагосодержанием основных проводников горения, а также выдерживается условие всепогодности съемки. Кроме того, укаэанные диапазоны длин волн позволяют определять пожарную опасность в случае полного задымлекия местности.

Обработка заключается в пространственном совмещении изображений, соответствующих последовательным циклам съемки, вычислении радиационной и радиояркостной температур в каждом пикселе каждого снимка и последующем вычислении показателя текущей пожарной опасности леса по формуле

1648505

15

45

1=1 где I — 1,2,..., n — 1-й цикл съемки; и — число циклов, начиная с цикла, соответствующего заданным предельным условиям; х, у — координаты, анализируемого участка местности (пиксела изображения);

Тр, Тя.— рэдиояркостная и радиационная температуры.

В целях повышения оперативности и точности определения пожарной опасности леса обработка изображений выполняется в автоматизированном режиме.

Предельные условия определяются количеством выпавших жидких осадков, сведения о которых берутся от метеостанций, а уточнение производится путем анализа кос-. мической информации. Кроме того, распределение и интенсивность выпавших осадков характеризуются путем сравнения результатов последовательных сканерных съемок в ИК и PT-диапазонах методом вычисления разностей

Тр(-q(x,y) - Tpf(x,ó) = Kp<, (2) . Тя{ -1)(х,у) - Тм(х,у) = Км.

Если Kpi и Кя превышают заданные пороговые значения, класс пожарной опасности участков местности, соответствующих этому условию, равен нулю. В этом случае .сумма П обнуляется, и счет по формуле (1) производится с очередного цикла съемки с учетом условия (2).

Теоретическое обоснование предлагаемого способа заключается в том, что температура материала Тп определяет интенсивность его высушивания, поэтому влагосодержание материала м более тесно коррелирует с Тл, чем с температурой воздуха Т>, поскольку последняя не отражает процесс радиационного теплообмена лесного горючего материала (ЛГМ) с окружающей средой. В то же время коэффициент излучения ЛГМ меньше единицы нэ 4 — 6, т.е. Тр меньше Тп также на 4 — 6ф>, следовательно Тл возможно измерять в ИК-диапазоне 8 — 14 мкм с указанной точностью.

Этому диапазону отвечает максимум излучения подстилающей поверхности и соответствует окно "прозрачности" атмосферы.

Интегрирование уравнения температурной кривой по времени позволяет вычислить текущее значение влагосодержэния материала. В связи с этим и предлагается производить суммирование температур материала. измеренных в последовательные моменты времени, как учет тепловой предыстории материала.

Таким образом, имеется воэможность прогнозировать влагосодержани при условии прогнозирования температуры ЛГМ .

Радиояркостная температура также коррелирует с влагосодержанием. При этом коэффициент излучения в PT-диапазоне варьирует в более широких пределах (0,4—

1), причем из условия формирования скинслоя излучения, а также иэ соображений всепогодности съемки PT-диапазон выбран для длин волн 0,3 — 3,3 см.

В связи с изложенным предлагается пожарную опасность выражать в виде комбинации Тр и Т по формуле (1), т.е, последняя наиболее чувствительна к изменению влагосодержания и достаточно проста для вычислений, Работы по определению П начинаются с момента схода снегового покрова в южной зоне анализируемой территории. Для этого каждый снимок переводится в цифровую карту радиационых температур, и производится суммирование температур пикселов снимка, имеющих одинаковые географические координаты, По результатам расчета ежедневно составляются картосхемы природной пожарной опасности, Для этого выделяются зоны снегового покрова для Тр 273 К и открытой от снега территории для

Тр 273 К, причем картосхема раскрашивается или штрихуется в соответствии с выбранным числом классов пожарной опасности (ПО). В этом случае каждому классу ПО соответствует свой диапазон величин П, Когда П превышает заданное значение, например соответствует второму классу, производится дополнительный анализ на предмет выпадения жидких осадков, для чего исследуется разность Кр (cM.ócëoâèå 2).

Если Kpi > Кр, где Kp — некоторое пороговое значение, то П (х, y)=0.

Полученная картосхемэ передается ежедневно по каналу связи на диспетчерские пункты подразделений авиационной охраны лесов, например, в фототелеграфном режиме, где она используется для построения оптимальных маршрутов авиапатрулирования. Карт@:хема RO может уточняться и дополняться сведениями, полученными из анализа синоптических ситуаций и картосхемы типов лесных горючих материалов.

Возможны случаи закрытия части территории кучево-дождевыми облаками на момент съемки, При этом целесообразно дополнительно анализировать снимки следующих витков, полученные в тот же день, 1648505

15 л

П (х,у) =Д, 1=.1 если

T,(< 1) -Тр Кр

һ(-1) — һ ʻ

25 П(х,у) = О, если

T,(1) -Т, >Кр

Т»(-1) — T»i > К»

Формула изобретения

1. Способ определения пожарной опасности в лесу, включающий дистанционное зондирование природных ландшафтов и текущую оценку пожарной опасности, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

Составитель Н. Мазаева

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор И. Горная

Заказ 1477 Тираж 296 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж 35. Раушская наб., 4/5 I

Производственно.-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 путем их взаимного наложения и исключения облачности или восстанавливать радиационную температуру путем привлечения данных метеостанций и приравнивания Тр к. температуре воздуха в указанных районах, поскольку Тр =Т» в случае облачности. Однако зти осложнения снимаются в случае антициклона, как наиболее опасной в пожарном отношении синоптической ситуации.

По мере оснащения спутников аппаратурой СВЧ-диапазона вычисление П может производиться по формуле (1), как более информативной.

Использование предлагаемого способа определения пожарной опасности в лесу, позволяет получить схему распределения пожарной опасности по лесной. территории с одинаковой точностью в условиях облачности или полного эадымления, следовательно, позволяет оптимизировать маршруты авиапатрулирования и повысить эффективность оперативного обнаружения лесных пожаров при одновременном сокращении числа авиапатрульных самолетов.

Повышается точность измерения ПО эа счет учета влияния солнечной радиации. Появляется воэможность зафиксировать и оценить состояние естественных преград лесному пожару. Повышается оперативность определения ПО эа счет автоматизированной обработки в центрах приема спутниковых данных. Способ позволяет также. оценить степень и распределение увлажненности сельскохозяйственных и других природных объектов. точности оценки текущей пожарной опасно-.-. сти леса, производят периодическую регистрацию инфракрасного и радиотеплового излучения территории в.-сканирующем ре5 жиме, по результатам ремстрации получают карты радиационных и рад1еояркостных температур, производят их пространственное совмещение, а текущую оценку. пожарной опасности в каждой точке местности

10 определяют по совмещенным картам путем суммирования отношения произведения радиационной и радиояркостной температур и их разнос и, причем

Зр где П (х, у) — пожарная опасность в данной координате местности;

i - 1,2,..., n — очередной цикл измерений;

Кр и K» — заданные предельные условия, 35 определяемые количеством выпавших осадков;

Тр, Т» — радиояркостная и радиационная температуры.

2. Способ по п.1, отличающийся

40 тем, что регистрацию излучения производят в инфракрасном диапазоне длин волн

8 — 14 мкм, а в радиотепловом — 0,3 — 3 3 см в соответствующих окнах прозрачности атмосферы.