Обзор открытых источников для картографирования пожарного режима пойменных ландшафтов

Данные дистанционного зондирования Земли из космоса широко применяются для картографирования выгоревших площадей в различных типах ландшафтов. Архив спутниковых изображений различного разрешения с разных сенсоров и космических аппаратов доступен с 1970-х годов прошлого века. Начиная с миссий Landsat 4 и 5 спутниковые изображения имеют достаточное пространственное, спектральное и временное разрешение для решения большинства задач мониторинга пожарного режима. Пятидесятилетний открытый архив спутниковых данных создает предпосылки для ретроспективного анализа состояния ландшафтов и факторов, влияющих на него.

Перед картографированием пожарного режима на основе экспертного дешифрирования или классификации спутниковых изображений рекомендуется проведение исследований особенностей пространственно-временного распределения выгоревших площадей на основе готовых информационных продуктов детектирования пожаров [1]. В настоящее время доступно четыре основных источника, полученных на основе обработки данных спутниковой системы MODIS (MCD64A1, FireCCI51, FIRMS), VIIRS (FIRMS) и Landsat (GABAM) [2, 3]. На рисунке представлен пример ошибки определения пожаров в дельте Дона на основе использованных продуктов.

Рис. Визуализация выгоревших площадей в дельте Дона согласно основным источникам информации о пожарах

Данные FIRMS являются результатом детектирования тепловых аномалий, которые затем объединяются в контуры пожаров. Остальные продукты основываются на классификации спутниковых изображений на основе анализа изменений спектральных свойств, которые характерны для тепловых аномалий. Указанные продукты имеют разное пространственное и временное разрешение: GABAM – 30 м, ежегодный продукт, FireCCI51 – 250 м, MCD64A1 – 500 м (оба продукта ежедневные) и FIRMS – 1000 (MODIS) или 375 м (VIIRS) с обновлением несколько раз в сутки.

Данные FIRMS могут быть получены в формате векторного точечного слоя, в атрибутах которого будут содержаться сведения о дате и времени детектирования тепловой аномалии, ее яркость и интенсивность излучения, достоверность, спутник и сенсор, размер пикселя на местности, версия продукта и время суток получения данных. Также возможна загрузка информационного продукта MCD14ML, на базе которого строится архив FIRMS в формате текстового файла. Данные детектирования активного горения демонстрируют недоучет площадей крупных травяных пожаров, характерных для пойменных ландшафтов [4, 5]. Также бывают случаи завышения площадей небольших пожаров из-за низкого разрешения данных тепловых каналов MODIS (1 км). Данные доступны с 2001 г. (MODIS) или с 2012 г. (VIIRS) по настоящее время.

Данные MCD64A1и FireCCI51 представляются в формате геопривязанного растра, в каждой ячейке которого указан номер дня в году, когда был зафиксирован пожар. Обработка исходных данных MODIS разрешения 250-500 м заключается в определении изменения спектральных характеристик гарей, идентифицированных по данным тепловых аномалий. Далее осуществляется картографирование выгоревших площадей на основе метода расширения региона от кластера тепловых аномалий до контура всего пожара. Данные FireCCI51 имеют архив с 2001 по 2020 гг., MCD64A1 – c 2001 г. по настоящее время.

Информационный продукт GABAM имеет самое высокое пространственное разрешение – 30 м/пикс., т.к. основан на данных Landsat за период 1984-2020 гг. Недостатком спутниковых данных относительно высокого пространственного разрешения является низкое временное – 8-16 дней у изображений Landsat. К тому же из-за неисправности сканера Landsat-7 с 2003 г. отмечены артефакты в виде полос.

В основе метода лежит классификация композитных изображений с включением различных вегетационных индексов (NDVI, NDWI, NBR и др.). Данные GABAM обновляются ежегодно, из-за недостаточного временного разрешения исходных спутниковых изображений невоз- можно определить дату пожаров.

В результате исследования проведен обзор доступных информационных продуктов детектирования выгоревших площадей на основе спутниковых данных для изучения пожарного режима в пойменных ландшафтах. Ни один из изученных продуктов в отдельности не обеспечивает достаточную точность картографирования пожаров, также объединение всех данных не позволяет избежать недоучета площади гарей и избавиться от ложных определений. Наилучшим соотношением точности, пространственного и временного разрешения обладают данные MCD64A1 и FireCCI51. Аналогичные выводы получены и для ландшафтов Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги [6].