Способ определения пожарной опасности в лесу Советский патент 1991 года по МПК A62C3/02 

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 повышение точности оценки текущей пожарной опасности леса.

Поставленная цель достигается путем проведения периодических сканерных съемок лесной территории в инфракрасном (ИК) и радиотепловом (РТ) 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 РТ-диапазоне 0,3 - 3,3 см с учетом окон прозрачности атмосферы, поскольку на этих диапазонах волн реализуется наиболее тесная корреляция яркостной температуры с влаго- содержанием основных проводников горения, а также выдерживается условие всепогодности съемки. Кроме того, указанные диапазоны длин волн позволяют определять пожарную опасность в случае полного задымления 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

00

СЛ

СП

(1)

Т pi (х, у) ТЯ| ( х. у ) ,1 Т pi (х,у)-ТЯ|(х,у)

где I - 1,2,..., п - 1-й цикл съемки;

п - число циклов, начиная с цикла, соответствующего заданным предельным условиям;

х, у - координаты анализируемого участка местности (пиксела изображения);

Тр, Тя - радиояркостная 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 космической информации. Кроме того, распре- деление и интенсивность выпавших осадков характеризуются путем сравнения результатов последовательных сканерных съемок в ПК и РТ-диапазонах методом вычисления разностей

ТР(мХх,у)-Тр|(х,у)Кр|,-(2)

Тя(м)(х.У) ТЯ|(х,у) КЯ|.

Если КР| 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 тем- пература материала Тп определяет интенсивность его высушивания, поэтому влагосодержание материала (о более тесно коррелирует с Тп, чем с температурой воздуха Тв, поскольку последняя не отражает процесс радиационного теплообмена лесного горючего материала (ЛГМ) с окружающей средой. В то же время коэффициент излучения ЛГМ меньше единицы на 4 - 6%, т.е. Тр меньше Тп также на 4 - 6%, следовательно Тп возможно измерять в ПК-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 влагосодержания материа- ла. В связи с этим и предлагается производить суммирование температур материала, измеренных в последовательные моменты времени, как учет тепловой предыстории материала.

Таким образом, имеется возможность прогнозировать влагосодержанио при условии прогнозирования температуры ЛГМ . Радиояркостная температура также

5 коррелирует с влагосодержанием. При этом коэффициент излучения в РТ-диапазоне варьирует в более широких пределах (0,4 - 1), причем из условия формирования скин- слоя излучения, а также из соображений

10 всепогодности съемки РТ-диапазон выбран для длин волн 0,3 - 3,3 см.

В связи с изложенным предлагается пожарную опасность выражать в виде комбинации Тр и Тя по формуле (1), т.е. последняя

15 наиболее чувствительна к изменению влагосодержания и достаточно проста для вычислений.

Работы по определению П начинаются

20 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

25 снимка, имеющих одинаковые географические координаты. По результатам расчета ежедневно составляются картосхемы природной пожарной опасности. Для этого выделяются зоны снегового покрова для Тр

30 273 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 клас35 су ПО соответствует свой диапазон величин П,

Когда П превышает заданное значение, например соответствует второму классу, производится дополнительный анализ на

40 предмет выпадения жидких осадков, для чего исследуется разность Кр( (см.условие 2). Если КР| Кр, где Кр - некоторое пороговое значение, то П (х, у)0.

Полученная картосхема передается

45 ежедневно по каналу связи на диспетчерские пункты подразделений авиационной охраны лесов, например, в фототелеграфном режиме, где она используется для построения оптимальных маршрутов

50 авиапатрулирования. КартЬсхема ПО может уточняться и дополняться сведениями, полученными из анализа синоптических ситуаций и картосхемы типов лесных горючих материалов.

55Возможны случаи закрытия части территории кучево-дождевыми облаками на момент съемки. При этом целесообразно дополнительно анализировать снимки следующих витков, полученные в тот же день,

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 «То в случае облачности. Однако эти 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 задымления, следова- тельно, позволяет оптимизировать маршруты авиапатрулирования и повысить эффективность оперативного обнаружения лесных пожаров при одновременном сокращении числа авиапатрульных самолетов. Повышается точность измерения ПО за счет учета влияния солнечной радиации. Появляется возможность зафиксировать и оценить состояние естественных преград лесному пожару. Повышается оперативность опре- деления ПО за счет автоматизированной обработки в центрах приема спутниковых данных. Способ позволяет также оценить степень и распределение увлажненности сельскохозяйственных и других природных объектов.

Формула изобретения

1. Способ определения пожарной опас- ности а лесу, включающий дистанционное зондирование природных ландшафтов и текущую оценку пожарной опасности, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности оценки текущей пожарной опасности леса, производят периодическую регистрацию инфракрасного и радиотеплового излучения территории в сканирующем режиме, по результатам регистрации получают карты радиационных и радиояркостных температур, производят их пространственное совмещение, а текущую оценку пожарной опасности в каждой точке местности определяют по совмещенным картам путем суммирования отношения произведения радиационной и радиояркостной температур и их разности, причем

П(х,у)2

Т PI (х. у) ТЯ| ( х. у )

,Ј, Тр, (х,у)-Тя|(х,У)

если

{

Tp(i-i) -ТР| КР Тя(|-1)-ТЯ1 КЯ

и П(х.у)

: 0, если

jTp(i-i)-Tp, Kp Тя((-1)-ТЯ1 Ж,

Жя

где П (х. у) - пожарная опасность в данной координате местности;

i 1,2 п - очередной цикл

измерений;

Кр и Кя - заданные предельные условия, определяемые количеством выпавших осадков;

Тр, Тя - радиояркостная и радиационная температуры.

2. Способ по п.1,отличающийся 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.

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 радиояркост- ных 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.