В 2013 году в региональном пульте диспетчерского управления Лесопожарного центра агентства лесного хозяйства Иркутской области была создана региональная информационная система мониторинга лесных пожаров, состоящая из:

1. Системы централизованного сбора и отображения информации объектов противопожарного обустройства лесов
2. Рабочего места ГИС мониторинга пожарной опасности в лесах Иркутской области

Система обеспечивает информационную поддержку работ по: противопожарному обустройству лесов, разработке планов тушения лесных пожаров, а также обнаружению и тушению лесных пожаров. В процессе разработки системы был решен ряд научно-технических задач:

• Создание базы данных по противопожарному обустройству лесов (ПРОЛ) на основе лесного плана Иркутской области и инструмента для  заполнения и редактирования объектов ПРОЛ.
• Проведение анализа пожарной опасности лесов Иркутской области.
• Анализ существующего противопожарного обустройства лесов субъекта.
• Оценка сил и средств, привлекаемых для тушения лесных пожаров.
• Разработка алгоритма определения возникающей угрозы населенным пунктам.
• Разработка алгоритма распространения отдельного лесного пожара (с учетом всех влияющих на распространения лесного пожара данных), расчета сил и средств, необходимых для его тушения через определенные промежутки времени.
• Разработка алгоритма прогнозирования горимости на территории области  на период до пяти суток.
• Расчет кратности авиационного и наземного патрулирования в зависимости от горимости и класса пожарной опасности (КПО), расписания патрулирования и необходимого количества техники и десантных групп для выполнения этих работ.

Разработан программно-аналитический комплекс на базе Mapserver и ArcGIS ArcMap, позволяющий:

• Выводить на экран компьютера и печать план противопожарного обустройства лесов Иркутской области.
• Выводить на экран компьютера и печать пожарную обстановку в Иркутской  области.
• Выводить на экран компьютера и печать данные о распределении земель лесного фонда субъекта по классам природной пожарной опасности по кварталам с указанием местоположения существующих объектов противопожарного обустройства лесов, границ лесничеств и участковых лесничеств, гидрографии, дорожной сети и населённых пунктов.

Ниже приводится краткое описание основных модулей и элементов информационной системы.

1. Система централизованного сбора и отображения информации объектов противопожарного обустройства лесов

Картографический Веб-сервис обеспечивает ввод специалистами лесничеств субъекта информации по каждому арендатору, информации о фактически проведенных мероприятиях противопожарного обустройства через единый картографический интерфейс. Созданная база данных используется при принятии оперативных решений по маневрированию сил и средств борьбы с лесными пожарами в субъекте.

Данные в системе противопожарного обустройства лесов:

• Линейные объекты (противопожарные дороги, разрывы и просеки, минерализованные полосы)
• Точечные объекты (ПСПИ, ПХС, водоемы, аншлаги, вертолетные площадки и др.)
• Арендаторы на уровне кварталов
• Границы квартальной сети (по материалам субъекта)
• Топографические основы 1:1 млн. и 1:200 тыс. масштаба
• Другая дополнительная информация по требованию субъекта
• из ИСДМ*: сцены LANDSAT, гари и пожары прошлых лет по данным ДЗЗ

* Информационная система дистанционного мониторинга лесных пожаров (ИСДМ-Рослесхоз)

Возможности картографического интерфейса Веб-сервиса для ввода объектов ПРОЛ

Использование спутниковых изображений высокого разрешения позволяет более точно проводить границы лесопожарных просек, минерализованных полос, лесопожарных дорог и разрывов. На рисунке ниже изображены примеры линейных объектов противопожарного обустройства и панхроматический снимок, полученный в зимний период. После рисовки объекта на карте необходимо ввести информацию об объекте в атрибутивную таблицу.

Преимущество использования космической информации при нанесении объектов ПРОЛ

На следующем рисунке изображены линейные объекты, нанесенные на карту лесничества без контроля их местоположения на снимках. Видно, что дороги и противопожарные просеки отличаются по формам от отображенных на снимках дорог и вырубок (желтые стрелки), что искажает реальную ситуацию на местности. Созданная система позволяет визуально контролировать ошибки ввода данных.

2. Рабочее место ГИС мониторинга пожарной опасности в лесах субъекта

ГИС с серверов ИСДМ получает оперативно данные о текущей горимости лесов и синоптической обстановке (спутниковые изображения, данные метеонаблюдений и грозопеленгации), обеспечивающие  в комплексе с противопожарным обустройством лесов поддержку принятия управленческих решения при борьбе с лесными пожарами.

Данные в ГИС мониторинга пожарной опасности в лесах:

• Классы природной пожарной опасности поквартально
• Маршруты наземного и авиапатрулирования
• Населенные пункты, подверженные угрозе от лесных пожаров
• Границы лесничеств, участковых лесничеств, урочищ (дач, технических участков) и квартальной сети (по материалам субъекта)
• Зоны мониторинга, границы авиаподразделений
• Объекты противопожарного обустройства
• Действующие очаги пожаров, зарегистрированные субъектом (карточки пожаров)
•  из ИСДМ: оперативные метеоданные (КПО), грозы и действующие очаги пожаров, гари прошлых лет по данным ДЗЗ, пролеты MODIS и сцены LANDSAT, моделирование распространение отдельных пожаров, данные профилактических выжиганий

ГИС модули и инструменты обеспечивают:

• отображение текущих и архивных данных наземных, авиационных и спутниковых наблюдений
• пространственную интерполяцию классов пожарной опасности по условиям погоды, осадков и температуры для назначения полетов и прогнозирования движения облачного покрова и выпадения осадков
• пространственную интерполяцию вероятности возникновения лесных пожаров с учетом текущей и прогнозной пожарной опасности
• пространственную интерполяцию плотности грозовых разрядов
• контроль динамики распространения крупных лесных пожаров и выявление причин их неконтролируемого распространения
• моделирование распространения отдельного лесного пожара, расчета сил и средств, необходимых для его тушения
• подкачку спутниковых изображений различного пространственного разрешения MODIS (250 м), LANDSAT (30 м), Канопус-В (2 м)
• автоматизированное уточнение площадей пожарищ и гарей с использованием спутниковых данных высокого пространственного разрешения LANDSAT
• оценку последствий и ущерба от лесных пожаров (запаса погибших древостоев)

Общий вид инструментов в ГИС

Оценка и прогноз пожарной опасности Иркутской области

В ГИС автоматизирована технология оперативного построения карт классов пожарной опасности по условиям погоды, осадков и температуры воздуха, получаемых из ИСДМ Рослесхоз. Это позволяет планировать и оптимизировать авиапатрулирование, наращивать силы и средства для лесничеств с высоким классом пожарной опасности.

Оценка вероятности возникновения пожара

Для оценки вероятности используется биномиальный закон распределения случайной величины или его аппроксимация по закону Пуассона. На регулярной сети оценивается количество пожаров с интервалом в 10 дней в течение всего вегетационного сезона. Используются многолетний период наблюдений за пожарами за 15 последних лет. Расчет числа пожаров выполняется для пяти классов пожарной опасности по условиям погоды с использованием ПВ-1 (показатель влажности лесной подстилки). На текущий день на основе данных о классах пожарной опасности с метеостанций определяется вероятность возникновения пожара. Затем средствами ГИС формируются интерполяционные карты вероятности возникновения лесных пожаров.

Интерфейс и инструменты контроля динамики распространения лесного пожара

Ежедневный анализ каждого крупного лесного пожара позволяет оценивать его состояние, наличие или отсутствие сил и средств с учетом погодных условий борьбы с огнем. На основе этих данных определяется категория состояния пожара и причина его перехода в крупный пожар, а также причина его неконтролируемого распространения. Это позволяет оценить эффективность проведенных мероприятий по борьбе с лесным пожаром и внести корректировки в работу противопожарных служб.

Моделирование распространения лесного пожара

Используется адаптированная к российским условиям модель пожара системы Canadian Forest Fire Behavior Prediction System (CFFBPS) Канадской лесной службы. Модель имитирует поведение пожара с помощью системы эмпирических зависимостей, выражающих скорости распространения фронта пожара от ветра, влажности и характеристик лесных горючих материалов (ЛГМ). Влажность топлива в модели рассчитывается с учетом влажности и температуры воздуха, а также выпавших осадков. Моделирование осуществляется на регулярной сетке с разрешением 250 м. Входные данные о начальной форме пожара и типе ЛГМ для моделирования получаются по данным MODIS (пожары, карта растительности). Также используется цифровая модель рельефа CGIAR-SRTM.

Уточнение площадей пожаров по спутниковым данным

В ГИС автоматизирована система уточнения площадей пожаров по спутниковым данным высокого разрешения (30 м). Достаточно навести курсор на контур пожарища и выделить небольшой ее участок. После этого алгоритм обучается и методом локально-адаптивного анализа спектральных расстояний между объектами на изображении настраивается на выделение контура пожарища. В результате автоматически заливается объект на изображении. Процедуру можно повторять до получения удовлетворительного результата.

Это позволяет контролировать и уточнять информацию о пройденных пожарами площадях при ежедневном отчете субъекта в федеральное агентство лесного хозяйства (Рослесхоз).

Направление ведут: Ершов Д.В., Ковганко К.А., Шуляк П.П.