ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В СФЕРЕ ЗАЩИТЫ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА

Космический мониторинг

В современной практике Российской Федерации дистанционное наблюдение за лесными массивами из космоса интегрировано в общую систему государственной инвентаризации лесов. Согласно Постановлению Правительства РФ от 26 июня 2007 г. № 407, ключевой задачей такого мониторинга является своевременное обнаружение и фиксация изменений в лесном фонде, вызванных разрушительным воздействием огня.

Использование спутниковых данных позволяет не только контролировать качество противопожарных мероприятий и оперативность ликвидации возгораний, но и проверять их соответствие утвержденным региональным планам, а также проектам освоения участков и лесохозяйственным регламентам. Космические методы незаменимы для оценки масштабов нанесенного ущерба и организации надзора за удаленными территориями. Технология позволяет идентифицировать очаги площадью от 10–15 гектаров, при условии отсутствия плотной облачности. На основании Приказа Рослесхоза от 09.07.2009 № 290, земли лесного фонда распределены по типам наблюдения на следующие категории:

• наземный мониторинг;
• авиационный контроль;
• дистанционный (космический) мониторинг первого и второго уровней.

В процентном соотношении распределение мониторинга земель лесного фонда представлено на диаграмме 1.

Диаграмма 1. Диаграмма распределения лесного фонда по способам мониторинга 

К первому уровню космического мониторинга причисляют отдаленные участки лесного фонда, где плановое авиационное патрулирование не предусмотрены. На данных территориях также не устанавливаются границы зон наземной или авиационной охраны. Несмотря на это, в случае обнаружения возгораний для их ликвидации могут привлекаться авиационные подразделения и соответствующая техника. При достижении критических показателей пожарной опасности или масштабном распространении огня на охраняемые массивы рекомендуется проводить патрульные полёты авиации. Второй уровень космического мониторинга охватывает наиболее труднодоступные и удаленные лесные зоны, также не включенные в сетку авиапатрулирования. Ключевое отличие заключается в том, что активные меры по тушению здесь предпринимаются исключительно при возникновении прямой угрозе для населённых пунктов или промышленным объектам.

Данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) являются основой в отечественной информационной системе дистанционного мониторинга лесных пожаров Рослесхоза (ИСДМ-Рослесхоз). Данная распределенная платформа аккумулирует сведения из различных каналов такие как метеопрогнозы, отчеты наземных и авиационных патрулей региональных ведомств, а также результаты спутниковой съемки. В современных условиях ИСДМ-Рослесхоз обеспечивает аналитическую поддержку по следующим ключевым направлениям:

• верификация данных о лесных пожарах и уровне пожарной опасности, поступающих от исполнительных органов субъектов РФ;
• информационное сопровождение процессов маневрирования силами и средствами пожаротушения;
• надзор за тем, как региональные власти реализуют делегированные полномочия в сфере защиты лесов;
• мониторинг и анализ экологических и экономических последствий природных пожаров.

В момент создания системы использовались данные, полученные с помощью аппаратуры MODIS, установленных на спутниках Terra и Aqua, что давало возможность обновлять информацию о состоянии лесного фонда до шести раз в сутки. Со временем система ИСДМ-Рослесхоз интегрировала данные и других спутниковых систем. С течением времени функционал платформы расширился за счет интеграции новых спутниковых систем, включая отечественные аппараты и зарубежные системы с открытым доступом к данным. Значимым этапом стало решение геологической службой США о свободном распространении данных спутников Landsat в 2009 году, а также инициатива Роскосмоса по предоставлению бесплатного доступа к российским снимкам для ведомственных нужд. Благодаря этому в ИСДМ появилась возможность массово верифицировать границы выгоревших площадей, используя снимки высокого разрешения. Так, в 2013 году, было уже уточнено более 80% площадей, пройденных лесными пожарами, детектированными по спутниковым данным. Благодаря привлечению ресурсов более чем 15 космических аппаратов, частота мониторинга отдельных зон достигает более 20 раз в сутки. [3].

Применение беспилотников

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) считается новейшим направлением в авиации. Несмотря на то, что беспилотные технологии существуют уже давно, долгое время они оставались прерогативой военно-промышленного комплекса из-за своей сложности и высокой стоимости. Но за последнее десятилетие ситуация в корне изменилась. Глобальный прогресс в микроэлектронике и совершенствование навигационных систем (ГЛОНАСС/GPS) способствовали появлению легких, компактных и экономически доступных дронов. Фактически, беспилотники перешли из категории спецтехники в разряд бытовых гаджетов.

По прогнозу Teal Group, опубликованном в 2004 году, в ближайшие десять лет основными рынками сбыта гражданских беспилотных летательных аппаратов станут лесное хозяйство и контроль государственных границ. Данные направления подразумевают постоянный надзор за протяженными линейными и масштабными площадными объектами.

В настоящее время прогресс в разработке гражданских беспилотных систем идет быстрыми темпами, и появилась новая индустрия услуг. БПЛА считаются перспективным инструментом в сферах, предполагающих монотонную работу или сопряженных с риском для жизни человека. Динамичный рост мирового рынка и практический опыт использования беспилотников ведущими странами, подтверждает эффективность их применения в широком спектре гражданских задач. (Диаграмма 2).

Диаграмма 2. Прогноз европейского рынка не боевых и коммерческих БПЛА до 2015 г.

по классам решаемых задач

Внедрение беспилотных технологий в практику ликвидации лесных пожаров позволяет детально исследовать зону возгорания для оперативной координации наземных групп. С высоты отчетливо просматривается направление распространения огня, что помогает определить в каких направлениях следует тушить пожар, чтобы локализовать возгорание как можно быстрее. Среди ключевых достоинств эксплуатации БПЛА в лесопожарном мониторинге выделяются:

1. БПЛА может взлетать в любой точке и не требует наличия аэродрома или посадочной площадки;
2. Предполётная подготовка занимает несколько минут;
3. Использование беспилотника намного дешевле, чем использование самолетов или вертолетов.

При использовании БПЛА, помимо визуального мониторинга, возможно применение его совместно с алгоритмами искусственного интеллекта (ИИ), машинного обучения (МО) и глубокое обучение по средствам нейросетей. Кроме того, оснащение БПЛА различными передовыми сенсорами значительно расширяет их возможности. К подобным датчикам относят лидары, визуальные, инфракрасные и монокулярные камеры. Установленный на беспилотнике тепловизор позволяет обнаружить пожар на самых ранних стадиях, когда огонь ещё не виден невооружённым глазом. Разницу между обычным и тепловизионным изображением можно увидеть на рисунке 1.

Рисунок 1. Съёмка с БПЛА в видимом и тепловом ИК диапазонах

Модели, обученные на изображениях с БПЛА, рекомендуются для обнаружения лесных пожаров. Однако ключевая проблема заключается в обнаружении дыма и отличии его от густого тумана или облаков. Визуальное сходство этих явлений часто приводит к ложным срабатываниям моделей мониторинга. [2]. Алгоритмы машинного обучения способны распознавать закономерности и корреляции в данных, которые можно использовать для прогнозирования вероятности возникновения лесных пожаров, распространения огня или уязвимости отдельных регионов к пожарам. Эти прогнозы затем ложатся в основу стратегических управленческих решений и планирования оперативных мероприятий по пожаротушению. [1].

Очевидно, что интеграция современных методов статистического моделирования дает возможность глубже понять механизмы взаимодействия огня, людей и экосистем. Итогом применения таких аналитических подходов должно стать сокращение времени реагирования на новые пожары и создание более совершенной архитектуры их ликвидации.

Заключение

Цифровизация в лесном хозяйстве является важным аспектом на пути к эффективной охране лесного фонда. Наибольшее развитие получили средства дистанционного зондирования Земли по средствам спутниковое мониторинга. Благодаря большому количеству спутников передающие свои данные, позволяет не оставить без внимания обширные территории лесного фонда Российской Федерации. Полученные данные аккумулируются в едином центре ИСДМ-Рослесхоз, позволяющий анализировать оперативную информацию для определения реакции на возникающие угрозы.

Также перспективным направлением, в сфере охраны лесного хозяйства, является применение беспилотных летательных аппаратов. Локальное патрулирование с помощью беспилотников оснащёнными специализированными датчиками и камерами, позволяет координировать работу пожарных служб. Широкое распространение применения БПЛА помогла бы региональным службам решить проблему более эффективного реагирования в случаи ЧС в отдалённых областях РФ.