Введение к работе
Актуальность темы;
С. начала 70-х годов нашего столетия дистанцимшое зондирование Земли стало ыстро развиваться как единое многодисциплинарное направление прикладных и еоретических научных исследований. Дистанционные измерения применяются сегодня при ешении многих задач в геологии, географии, лесном и сельском хозяйстве, океанологии, кеанографии, строительстве, ледовой разведке и т.д. В настоящее время неуклонно озрастает их роль в решении экологических проблем, при построении экологических и кологоэкономических моделей, синтезе систем сбора и обработки информации об кружающей среде (систем мониторинга).
Одним из наиболее перспективных направлений практического использования [ЄТ0ДОВ дистанционного зондирования является проблема определения состояния лесных есурсов (степени антропогенных воздействий (Харук В.И., 1993), уровня фунтовых вод, ысоты древостоя, биомассы (Борисов АН., Кашкин В.Б., Хлебопрос Р.Г., 1984) и т.д.) целью прогнозирования динамики их развития и планирования использования. В оследние годы работы по использованию дистанционных методов в интересах лесного азяйства и экологии заметно активизировались в связи с развитием международных мггактов и созданием в России сети станций приема дашых с экологических спутников ли NOAA/AVHRR. В рамках конверсии ведутся разработки специализированных тупиковых систем для пожарного мониторинга лесов (Азметов Р.Р, 1995). Для зіработки обоснованных и рациональных требований к техническим характеристикам хмических средств наблюдения необходима разработка прикладных моделей, тисывающих процессы пожарного созревания лесов, методов и алгоритмов оценки эжарной опасности (ПО) по данным дистанционных измерений.
Среди задач, которые могут быть решены с использованием дистанционных мето-эв, особо выделяется проблема оценки ПО в лесу. Под термином "пожарная опасность" знимается угроза возникновения пожара, выраженная его вероятностью (Н.П. Курбат-ий, 1972). Определение классов ПО является одной из наиболее ответственных операций практике охраны лесов от пожаров, поскольку от нее зависит объем весьма дорого-оящих работ по авиационному патрулированию. Применяемые в настоящее время методы ієнки класса ПО, основанные на данных метеостанций и ретроспективной статистике )жаров, достаточно грубы, особенно в условиях Сибири и Дальнего Востока, где сеть ятеостанций редка, вследствие чего класс ПО оценивается для больших территорий, без іета разнообразия местных условий. Использование дистанционных методов позволило бы шить проблему более подробной и достоверной оценки ПО на охраняемой территории.
Исследования (Э.Н. Валендик, АИ. Сухинин, 1980) показали, что дистанционная енка непосредственно влагосодержания лесных горючих материалов (ЛГМ) связана со [ачигельными трудностями, которые вызваны экранирующим влиянием крон деревьев на лучение слоя (Чухланцев АА, Шутко AM., 1982), большим разнообразием и малой іученностью электрофизических свойств лесной растительности. В то же время, наблюде-и показывают, что с ростом пожарной зрелости слоев ЛГМ изменяются статистические рактеристики полей излучения лесных массивов. Поэтому возникает проблема косвенной ;енки пожарной зрелости лесного горючего по статистическим характеристикам радио-
тепловых полей. Исследованию ряда задач, связанных с данной проблематикой, посвящена настоящая работа.
Цель работы состоит в разработке, исследовании и практическом использовании ме тодов и алгоритмов тематической обработки результатов дистанционного зондирования лс сов для оценки опасности возникновения пожаров и создании на этой основе специали зированного программного комплекса. При этом рассматривались следующие задачи:
1). Статистическое исследование пространственной структуры полей собственног излучения лесных массивов на различных частотах радиодиапазона для определени состояния лесных горючих материалов.
2). Исследование особенностей полей радиотеплового излучения лесных массивов различные периоды пожарной зрелости ЛГМ с целью разработки способов определени текущей ПО лесов и диагностических параметров лесных пожаров с летательных аппаратоЕ
3). Разработка метода, позволяющего выбирать оптимальные с точки зрени соотношения затрат на получение информации и ее ценности, характеристики разрешени бортовой аппаратуры и маршруты движения летательных аппаратов при зондированиі полей природных объектов.
4). Разработка, исследование и практическое использование математического і программного обеспечения наземной и бортовой автоматизированных систем мониторинг. ПО леса;
Научная новизна.
В результате проведенных исследований решен комплекс вопросов по проблем) мониторинга состояния лесных ресурсов.:
1). Разработан и защищен авторским свидетельством способ определения текущее ПО леса, включающий прием и регистрацию радиотеплового излучения лесной территории распознавание аномально влажных элементов лесного ландшафта, анализ полученныз результатов измерений;
2). Разработан и защищен авторским свидетельством способ определена диагностических параметров лесных пожаров с летательных аппаратов;
3). Разработана рекуррентная процедура нелинейной фильтрации, позволяющая надежно распознавать участки теплового поля лесного массива, соответствующие заведомс негорючим элементам лесного ландшафта, участкам различных уровней пожарной зрелости и местам возгораний;
4). Получены необходимые условия выбора маршрутов движения летательного аппарата, оптимальных с точки зрения минимума затрат и максимальной точности восстановления параметров теплового поля лесного массива;
Практическая ценность и реализация результатов исследования: Предлагаемые в работе алгоритмы позволяют осуществлять тематическую обработку и интерпретацию результатов дистанционного зондирования лесов.
Настоящая работа выполнялась в рамках проекта "АСНИ-ЛЕС" подсистемы "ПРОГНОЗ" целевой комплексной научно- технической программы ГКНТ, Госплана СССР и АН СССР О.Ц.027 (постановление от 12.12.1980 г. N 474/250/132), вошла в нее в качестве отдельного блока и была принята в опытную эксплуатацию в ИЛиД СО АН СССР, была продолжена в проекте № 3.13 "Разработка математических методов,
лгоритмов и программных средств для региональных систем управления охраной лесов от южаров" Государственной научно-технической программы "Российский лес". Работа была юддержана Красноярским фондом іиуки (граігг 4F0230).
Практическое применение разработанных алгоритмов при создании серийной ипаратуры позволит повысить эффективность авиационной охраны лесов и создаст >еальные предпосылки для оперативного обнаружения пожароопасных участков с целью іроведения профилактических мероприятий. Некоторые результаты работы могут оказаться юлезными также при создании систем зондирования тепловых полей различных объектов. 3 частности, для контроля и прогноза динамики состояния ледовых полей, торфяников, еотермальных процессов, сельскохозяйствешіьіх угодий и т.п.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:
на Всесоюзной выставке достижений народного хозяйства, 1986 г., Москва;
на Всесоюзном научно-техническом совещании по оперативному управлению охра-юй лесов, август 1984 г., Красноярск;
на Всесоюзных научно-технических совещаниях в Петрозаводске (апрель 1985 г., Ентябрь 1986 г.);
на Всесоюзном научно-техническом совещании по механике реагирующих сред, ревраль 1988 г., Красноярск;
на Краевой научно-технической конференции "Научный поиск молодежи - лесной іромьгшленности края", апрель 1984 г., Красноярск;
на Всесоюзной школе- семинаре "Анализ и моделирование эколого- экономических истем, 1991 г., Иркутск;
на Международной научной конференции "Сопряженные задачи физической меха-гики и экология", февраль 1994, г. Томск.
на ежегодных научно-технических конференциях КГТА, 1980-93 гг.
на Межрегиональной конференции "Проблемы информатизации региона", ноябрь 995 г., Красноярск;
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 статей, получено два авторских видетельства.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, включения и трех приложений. Работа изложена на 155 страницах, сопровождается 37 исунками, библиография содержит 179 наименований.
