Способ вычисления и картирования верхнего порога величины межпожарного интервала с детализацией в масштабе заданных или натурных таксонов Российский патент 2025 года по МПК G01J5/60 A62C3/02 

Изобретение относится к экологии и пирологии, а именно к способу вычисления и картирования верхнего значения межпожарного интервала (МПИ) с использованием возможностей геоинформационных систем (ГИС) по данным о площадях и фактических формах полигонов пожаров, зафиксированных спутниковыми средствами, за известный период времени с детализацией показателя в масштабе размеров заданных ячеек опорной сетки, предварительно выстраиваемой на территорию интересов средствами ГИС.

Согласно существующим способам межпожарный интервал определяется по временному интервалу между событиями природных пожаров на рассматриваемой покрытой лесом территории. Для определения МПИ требуются сведения о хронологиях пожаров, которые могут быть получены одним из возможных способов, например, по спилам деревьев и датировке пожарных событий по пожарным подсушинам на годичных кольцах спила, либо по фактическим данным о пожарах на территории интересов, зафиксированным специализированными службами. В связи со сложностью оценки МПИ, этот показатель известен количественно только для выборочных локальных территорий, на которых удалось достоверно установить хронологию пожарных событий. Далее, как правило, точечные данные о МПИ используются для пространственной экстраполяции единичных значений МПИ на большие территории, имеющие сходные характеристики, например, величина МПИ на обширную зону северной тайги может быть основана на данных конечного количества точечных экспериментальных измерений по пожарным отметкам на годичных кольцах деревьев, как показано в [Ivanova G.A. The History of Forest Fire in Russia // Dendrochronologia, 1998–1999, vol. 16–17, p. 147–161].

Недостатком существующего метода является то, что единичные измерения МПИ экстраполируются на большие территории, что не позволяет оценить и картировать естественную вариативность данного показателя, которая возможна в связи с локальными особенностями пожарных режимов даже в границах одной природной зоны, при этом, при экстраполяции всегда следует принимать во внимание уровень неопределенности получаемых экстраполируемых значений. Кроме того, методы, основанные на анализе пожарных отметок на спилах деревьев, являются трудоемкими и затратными, что, как правило, не позволяет собрать сведения о МПИ с детализацией, необходимой для картирования на большие территории без использования процедур пространственной экстраполяции.

В ряде публикаций по теме [Drobyshev Igor, Niklasson Mats, Linderholm Hans W. Forest fire activity in Sweden: Climatic controls and geographical patterns in 20th century //AGRICULTURAL AND FOREST METEOROLOGY, т. 154–155, 2012, стр.174–186] и [Плотникова А. С., Харитонова А. О. Картографирование пожарных циклов Печоро-Илычского заповедника // СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, т. 17, No 2, 2020 г., стр. 123–133] приводится описание технологии определения и картирования близкой по смыслу характеристики – пожарного цикла (ПЦ) исследуемого участка. Такой подход принят за прототип. Однако недостатком описанных подходов является необходимость сбора данных о пожарах из материалов наземного или авиационного обнаружения пожаров, при этом на этапе картографирования результатов вычислений ПЦ используются либо границы административных районов [Drobyshev et al., 2012], либо граница сети речных бассейнов [Плотникова, Харитонова, 2020], масштаб которых не всегда может быть соизмерим с масштабом пожарного воздействия или с необходимой детализацией пространственного распределения показателя МПИ. В рассмотренных примерах существует необходимость применять процедуру экстраполяции данных об МПИ или ПЦ, которая, как правила сопряжена известной долей неопределенности результата. Кроме того, в табличных данных о пожарах не отражается пространственное расположение и фактическая форма полигона пожара, что может быть получено только по материалам спутникового мониторинга.

В предлагаемом способе вычисления и картирования верхнего значения МПИ по данным о зафиксированных площадях и полигонах пожаров, зафиксированных дистанционными методами за известный период времени, такие недостатки отсутствуют, так как детализация значений показателя выполняется с использованием возможностей геоинформационных систем в масштабе размеров заданных ячеек регулярной, вычисление верхнего значения МПИ основывается на фактических данных о площадях пожаров и формах полигонов пожаров, фиксируемых доступным и наименее затратным методом дистанционного мониторинга, при этом при картировании пространственной вариативности МПИ на большие площади территории интересов не требуется применения методов экстраполяции, так как масштаб задаваемой сети выбирается с учетом зафиксированного распределения пожаров. Суть верхнего значения МПИ – это минимальный временной интервал, в течение которого вся площадь данной ячейки регулярной сети будет пройдена пожарами.

Техническим результатом изобретения является совокупность значений верхнего значения МПИ для района интересов с детализацией в масштабе размеров заданных ячеек регулярной опорной сетки на территорию интересов и данные о пространственной вариативности верхнего значения МПИ по данным о площадях и фактических формах полигонов пожаров, зафиксированных спутниковыми средствами, за известный период времени в ячейках регулярной сетки в формате карты–схемы на территорию интересов без использования процедуры экстраполяции.

Технический результат достигается тем, что верхнее значение МПИ вычисляется по данным о площадях пожаров, получаемых на основе спутникового детектирования площадей и фактических формах полигонов пожаров для заданной территории, при этом сначала на территорию интересов средствами ГИС строится опорная сетка регулярных ячеек заданного размера в соответствии с требуемым масштабом детализации, далее определяется суммарная площадь всех пожаров за рассмотренный период (Т) в каждой ячейке сетки, далее вычисляется процент площади каждой ячейки сетки (S_%), пройденной пожарами, далее на основе этих параметров для рассматриваемой территории рассчитывается верхнее значение МПИ для каждой ячейки сети как отношение известного периода времени Т к приведённой величине (S_% / 100%). Величина МПИ не определена при условии равенства нулю параметра S_%. Далее средствами ГИС значения МПИ во всех ячейках опорной сетки визуализируются цветовым градиентом на карте–схеме для района интересов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что вычисление и картирование верхнего значения МПИ выполняется на основе данных о площадях и формах полигонов пожаров, зафиксированных спутниковыми средствами, с построением с использованием возможностей геоинформационных систем для предварительного построения опорной сетка регулярных ячеек заданного размера в соответствии с требуемым масштабом детализации МПИ и дальнейшим вычислением МПИ за известный период времени с детализацией показателя в масштабе размеров заданных ячеек опорной сетки на территорию интересов, при этом способ не требует процедуры экстраполяции МПИ при необходимости картирования показателя на район интересов большой площади.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. представлен фрагмент регулярной сетки ячеек (1–6), в которых истинные площади и пространственное расположение полигонов пожаров, регистрируемых дистанционными средствами, показаны серыми многоугольниками, на основе чего вычисляется процент площади каждой ячейки S_%, пройденной пожарами за рассматриваемое время, из чего определяется верхнее значение МПИ в каждой ячейке регулярной сетки.

Сущность изобретения заключается в том, что верхний порог величины МПИ вычисляется с использованием возможностей геоинформационных систем по данным о площадях пожаров, получаемых на основе спутникового детектирования площадей и фактических формах полигонов пожаров для каждой ячейки регулярной сетки, предварительно построенной на территорию интересов, при этом сначала определяется суммарная площадь всех пожаров за рассмотренный период (Т) в каждой ячейке сетки, далее вычисляется процент площади каждой ячейки сетки (S_%), пройденной пожарами, далее на основе этих параметров для рассматриваемой территории рассчитывается верхнее значение МПИ для каждой ячейки сети как отношение известного периода времени Т к приведённой величине (S_% / 100%), при этом величина МПИ не определена при условии равенства нулю параметра S_% и далее значения МПИ во всех таксонах визуализируются цветовым градиентом на карте–схеме для района интересов средствами геоинформационных программных продуктов, что не требует процедуры экстраполяции МПИ и обеспечивает требуемую степень детализации результата уже на предварительном этапе подготовки опорной сетки с заданным размером ячеек.

Способ осуществляется следующим образом.

Для района интересов осуществляется сбор данных о площадях и фактических формах полигонов пожаров, зафиксированных спутниковыми средствами за известный период T, в любой из доступных баз данных спутникового мониторинга, что обеспечивает наиболее полные сведения о пожарах большинства территорий за период спутникового мониторинга.

В границах района интересов программными средствами ГИС строится регулярная сетка с заданным размера ячеек, сопоставимым с масштабами пожарного воздействия на растительность и обеспечивающим требуемую степень детализации результата уже на предварительном этапе подготовки опорной сетки. Далее для каждой ячейки сетки по данным о площадях и фактических формах полигонов пожаров, зафиксированных спутниковыми средствами, определяется суммарная площадь пожаров за известный период T и вычисляется процент площади ячейки опорной сетки, пройденной пожарами (S_%) за этот период T. Далее на основе этих параметров для рассматриваемой территории рассчитывается верхнее значение МПИ для каждой ячейки сети как отношение известного периода времени Т к приведённой величине (S_% / 100%). Величина МПИ не определена при условии равенства нулю параметра S_%. Полученные значения МПИ присваиваются в качестве атрибутивной информации ячейкам векторного слоя опорной сетки. Далее средствами геоинформационных систем значения МПИ во всех ячейках заданной сетки визуализируются цветовым градиентом в формате карты-схемы МПИ для района интересов.

Способ обеспечивает по сравнению с существующим следующие преимущества:

– используются данных о площадях и фактических формах полигонов пожаров, зафиксированных спутниковыми средствами, что обеспечивает наиболее полные сведения о пожарах большинства территорий за период спутникового мониторинга;

– количественная оценка верхнего значения МПИ может быть получена для каждой ячейки опорной сетки, что обеспечивает требуемую степень детализации результата уже на предварительном этапе подготовки опорной сетки с заданным размером ячеек;

– для картирования пространственной вариативности МПИ на район интересов не требуется применять процедуру экстраполяции данных;

– способ позволяет отразить пространственную вариативность показателя МПИ;

– способ реализует возможность автоматического вычисления МПИ для любого района интересов при проведении оперативного спутникового мониторинга пожаров.

Изобретение относится к области пирологии и касается способа вычисления и картирования верхнего значения межпожарного интервала (МПИ). При осуществлении способа верхнее значение МПИ вычисляется с использованием возможностей геоинформационных систем (ГИС) по данным о площадях и фактических формах полигонов пожаров, получаемых на основе спутникового детектирования пожаров для каждой ячейки опорной сетки, предварительно средствами ГИС накладываемой на район интересов. При этом определяют суммарную площадь всех пожаров за рассмотренный период (Т) в каждой ячейке опорной сетки и вычисляют процент площади каждой ячейки (S_%), пройденной пожарами. Далее на основе этих параметров для рассматриваемой территории рассчитывается верхнее значение МПИ для каждой ячейки сети как отношение известного периода времени Т к приведённой величине (S_% / 100%). Далее средствами ГИС значения МПИ во всех ячейках заданной сетки визуализируют цветовым градиентом в формате карты-схемы МПИ для района интересов. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения значений МПИ с высокой степенью детализации. 1 ил.

Способ вычисления и картирования верхнего значения межпожарного интервала (МПИ) на основе сведений о площадях пожаров на территорию интересов, отличающийся тем, что используются сведения о площадях и фактических формах полигонов пожаров, зафиксированные спутниковыми средствами, а верхнее значение МПИ вычисляется с использованием возможностей геоинформационных систем по данным о площадях и фактических формах полигонов пожаров, получаемых на основе спутникового детектирования пожаров, для каждой ячейки опорной сетки, предварительно средствами ГИС накладываемой на район интересов, при этом сначала определяется суммарная площадь всех пожаров за рассмотренный период (Т) в каждой ячейке опорной сетки, далее вычисляется процент площади каждой ячейки (S_%), пройденной пожарами, далее на основе этих параметров для рассматриваемой территории рассчитывается верхнее значение МПИ для каждой ячейки сети как отношение известного периода времени Т к приведённой величине (S_% / 100%), величина МПИ не определена при условии равенства нулю параметра S_%, далее средствами геоинформационных систем значения МПИ во всех ячейках заданной сетки визуализируются цветовым градиентом в формате карты-схемы МПИ для района интересов.