Спутник и волонтер: помогаем тушить лесные пожары, не выходя из дома

Инструкция по дистанционному мониторингу лесных пожаров для волонтеров, активистов и журналистов Фото: Мария Васильева / Greenpeace.

Каждый год Россия оказывается в огне – горят поля, леса и торфяники. Сил государственных служб на то, чтобы справиться с пожарами, часто не хватает. И на помощь приходят добровольные лесные пожарные. Тушить пожары могут все желающие старше 18 лет, которые прошли подготовку. Но выезд в лес – лишь часть работы добровольцев, хоть и самая заметная. Есть много задач, которые можно выполнять удаленно. Одна из них – дистанционный мониторинг пожаров. 

Торфяные пожары самые затяжные и самые трудоемкие в тушении: на квадратный метр горящего торфа нужно использовать не менее тонны воды. Из-за них случаются лесные пожары, а города оказываются в дыму. Именно для того, чтобы обнаружить торфяные пожары, и нужен дистанционный мониторинг. Добровольцы анализируют данные по термоточкам – сравнивают координаты тепловых аномалий, которые регистрирует спутник, с картой осушенных торфяников. Если термоточки попали на территорию осушенного торфяника, скорее всего, там случился травяной пожар, который мог перейти в торфяной. 

С помощью спутниковых данных можно узнавать и о лесных или травяных пожарах, важно только научиться дешифровать местность на снимках. Еще можно получать данные об уже сгоревших территориях и считать их площадь. А анализ данных в ретроспективе помогает понять, когда в конкретном регионе происходит пик пожаров, и быть готовым к этому моменту.

Получать информацию с космических спутников может каждый пользователь Интернета. Доступ к космическим снимкам спутников свободный. Нужно лишь научиться ими пользоваться. Как мониторить природные пожары, не выходя из дома, и помогать добровольцам, – в инструкции, которую подготовила команда Greenpeace России. Полная версия инструкции выложена по ссылке

Воспользоваться этим алгоритмом также могут журналисты и активисты, которые освещают проблему природных пожаров.

О том, как еще данные помогают журналистам и активистам проводить расследования, 4 сентября 2020 года будут рассказывать спикеры на онлайн-конференции «Сетевой сентябрь». Регистрируйтесь, чтобы вдохновиться опытом коллег.

Какие бывают снимки

Мониторить природные пожары можно с помощью космических снимков со спутников, доступ к которым может получить каждый. В отличие от карт, спутниковые снимки имеют множество преимуществ. Одно из самых главных – это «картинка», максимально приближенная к реальности. Все картографические материалы, которыми сейчас возможно пользоваться (то есть карты высокого качества и детализации), во многом уже стали иметь существенные расхождения с тем, что можно увидеть на месте. Это не только застройка природных территорий и развитие дорожных сетей, но и зарастание полей лесом, изменение гидрографии и другое. 

Разные спутниковые снимки, как правило, имеют разный срок давности съемки от одного дня до трех лет, но обновляются регулярно. При этом важно помнить, что и спутниковые снимки не отражают действительность на 100%. Например, на снимках сверхвысокого разрешения (снимках с максимальной детализацией), сделанных три года назад, можно не увидеть, что в реальности канава пересохла, мост обвалился, дорогу размыло.

Пример снимка высокого и среднего разрешения. Скриншот Sentinel.
Пример снимка высокого и среднего разрешения. Скриншот Sentinel.

Спутниковые снимки условно делятся на три категории:

  • снимки высокого и сверхвысокого разрешения, оперативно предоставляются пользователям на платной основе и могут стоить очень дорого, но через несколько лет после съемки попадают в бесплатный доступ. Доступ к мозаикам спутниковых снимков высокого и сверхвысокого разрешения предоставляют такие службы как Яндекс, Bing, Google;
  • снимки среднего и высокого разрешения (Landsat, Sentinel) общедоступны, но пролет этих спутников не покрывает всю поверхность Земли за сутки, поэтому в открытом доступе снимки появляются с периодичностью примерно раз в 1-2 недели;
  • снимки низкого разрешения (MODIS, VIIRS) также общедоступны и в открытом доступе появляются ежедневно.

В пожарной картографии используются спутниковые снимки всех категорий. Для работы на выездах, как правило, снимки используются как подложка, то есть основа, на которую накладывается вся остальная собранная информация. На сегодня нет единого источника спутниковой информации, который мог бы быть применим на территории всей страны.

На разные участки лучшее качество снимков может быть у разных компаний, предоставляющих подобную информацию. Самые часто используемые для мониторинга – Яндекс, Google, Bing, USGS, NASA. Безусловно, источников гораздо больше, но в этой инструкции мы опишем только некоторые из них. Более подробно о спутниках, системах мониторинга и их истории можно прочитать на Лесном форуме Greenpeace.

Что такое термоточки 

Одним из источников информации о возникновении пожаров являются термоточки. Термоточка – это зарегистрированное в момент пролета спутника значительное повышение температуры на поверхности земли в сравнении с соседними участками. Спутники позволяют обнаруживать пожары площадью от долей гектара до нескольких десятков гектаров, в зависимости от интенсивности горения и состояния атмосферы. В основном используются данные со спутников Terra и Aqua и Suomi NPP, пролет которых осуществляется до шести раз в сутки. 

Термостойки. Изображение Greenpeace.
Термостойки. Изображение Greenpeace.

Небольшие и только начинающиеся пожары под густыми кронами, торфяные пожары без высокой температуры на поверхности или костры спутники обнаружить обычно не в состоянии. Как правило, наличие термоточек говорит либо о наличии техногенного источника огня (факелы сжигания газа, разогретая от производства инфраструктура заводов), либо об интенсивном лесном, травяном или тростниковом пожаре.

Количество термоточек, динамика, с которой они появлялись, и их расположение дают возможность предположить, что стало причиной возникновения пожара, какие будут преобладать горючие материалы и как будет пожар развиваться дальше, учитывая естественные и искусственные преграды. Подобные наблюдения позволяют собирать статистику по территориям с разными климатическими и лесорастительными условиями и прогнозировать развитие пожарной обстановки. Так, например, каждую весну на территории России можно наблюдать волну поджогов травы, часть которой перерастает в лесные пожары, а часть – в торфяные.

Мониторинг термоточек и сопоставление их с космическими снимками дают возможность:

  • оперативно – в течение суток – узнавать о пожаре на природной территории, «не выходя из дома»;
  • делать предположение о виде – травяной, лесной, торфяной – и размере пожара;
  • предполагать пути развития пожара (с учетом прогнозов погоды);
  • оценивать угрозы населенным пунктам, объектам инфраструктуры, ценным природным территориям;
  • следить за динамикой пожара;
  • принимать решение о необходимости участия добровольцев в тушении.

Инструменты для дистанционного мониторинга пожаров

Для того чтобы получить информацию о пожаре, нужны сведения о термоточках, спутниковые снимки высокого разрешения, кадастровые границы и прогноз погоды. Все эти сведения возможно найти в Интернете в бесплатном доступе. 

Fires.ru 

Один из самых простых и распространенных ресурсов производства компании «Сканэкс». 

Скриншот Fires.ru.
Скриншот Fires.ru.

Возможности ресурса

  • Отображение термоточек на территории России за каждый день с 2010 года. В верхнем правом углу страницы можно выбрать нужную, за которую вы хотите посмотреть термоточки. Термоточки отображаются все, зарегистрированные в этот период. К сожалению, невозможно определить только область, которая вас интересует, поэтому рекомендуется иметь хорошее соединение с Интернетом. Термоточки отображаются красно-оранжевыми кружками с цифрой внутри. Эта цифра – количество пожаров в данной точке. При приближении кружки разбиваются на отдельные пожары.
  • Космоснимки – слои космических снимков спутников MODIS в привычном для нас цвете и канале SWIR (FalseColor) с разных спутников. Автоматически всегда подключена подложка СКАНЭКСа.
  • Дополнительная информация: границы федеральных особо охраняемых природных территорий (ООПТ), административные границы субъектов, статистика по регионам. 

Также на сайте есть функция отрисовки полигонов с автоматическим подсчетом площади – можно обвести нужный объект и сразу узнать его размер. При обновлении страницы все внесенные пользователем данные автоматически сбрасываются. Для работы с этим инструментом нужен только браузер и интернет-соединение. Никаких дополнительных программ устанавливать не надо.

NASA

Eodis Earth Data – ресурс, который принадлежит государственному агентству NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США). Для начала работы нужно пройти по прямой ссылке на Active Fire Data – данные системы (термоточки) FIRMS сенсоров MODIS и VIIRS. Более подробно о системе FIRMS можно узнать тут.

Загрузка данных NASA в Google Earth.
Загрузка данных NASA в Google Earth.

На сайте представлены несколько форматов файлов. Для последующей обработки нам понадобятся файлы формата KML. Прокрутив вниз страницы, вы увидите варианты территорий, на которые можно скачать термоточки. Выберите Russia and Asia.

Сайт предлагает скачать термоточки за 24 или 48 часов. При ежедневном мониторинге достаточно скачивать только за сутки, чтобы избегать повторения термоточек за один и тот же день и неправильных выводов о динамике пожара. При необходимости скачать термоточки за неделю выберите вкладку формата SHP (Shapefile), кликните напротив Russia and Asia-7d. Воспользуйтесь любым конвертором из формата .shp в .kml.

С 2016 года NASA предлагает к скачиванию не только термоточки сенсора MODIS, но и VIIRS (Suomi-NPP и NOAA-20). Так как это разные спутники с разными характеристиками, то для наиболее полной картины лучше скачивать термоточки и MODIS, и VIIRS.

Для просмотра и анализа скачанных термоточек понадобится программа Google Earth PRO. В нее нужно загрузить файл с термоточками. Google Earth Pro дает возможность пользоваться снимками высокого разрешения. При приближении к термоточке возможно различать населенные пункты, лес, поля и даже мелкие канавы, грунтовые дороги, вплоть до одиноко растущих деревьев. С помощью функции «Добавить точку» или «Добавить полигон» можно отмечать важные объекты, обводить территории – создавать свои слои контуров, подобно слоям осушенных торфяников и ООПТ. 

Для отслеживания ситуации с торфяными пожарами воспользуйтесь Google Earth Pro и слоем торфяников, созданным сотрудниками российского отделения Greenpeace. Сопоставьте термоточки с контурами торфяников. Контур торфяника – это полигон, отрисованый по его границам. На сегодня слой содержит контуры торфяников преимущественно на Европейскую часть России. Слой постоянно обновляется. Скачать слой можно тут.

По аналогии со слоем торфяников, вы можете создать любые контуры в Google Earth Pro. Например, это могут быть контуры региональных ООПТ или подведомственных вам населенных пунктов. Загрузив слой в программу и пересекая его с ежедневными данными о термоточках, вы можете сэкономить время, фокусируя внимание на нужных вам участках. 

Обратите внимание на дополнительные функции Google Earth Pro.

  • Снимки за разные годы: воспользовавшись функцией «Показать исторические фотографии», на некоторых территориях можно наблюдать природные и техногенные изменения, анализируя, в каком состоянии территория может находится сейчас. 
  • Возможность подгрузки любых слоев, наложения карт и снимков, редактировании информации.
  • Банк фотографий: при подключении слоя Google «фотографии» можно найти иллюстрацию нужной территории, что позволит получить дополнительное представление о местности.

ИСДМ-Рослесхоз 

Российскую информационную систему дистанционного мониторинга ИСДМ-Рослесхоз можно найти на сайте Авиалесоохраны. Это единственный официальный государственный источник информации о пожарах на территории России. Если вы хотите сопоставить действия или информацию профильных служб, то необходимо обращаться именно к ИСДМ-Рослесхоз.

Скртншот ИСДМ-Рослесхоз.
Скртншот ИСДМ-Рослесхоз.

Эти данные формируются на основе спутниковых данных, считаются автоматически, и все профильные ведомства имеют к ним доступ. Для того чтобы воспользоваться картой ИСДМ-Рослесхоз, необходима авторизация на сайте Госуслуги. 

Одна из любопытных функций – возможность просматривать площадь, пройденную пожаром за определенный период. Выберите вкладку «Природные пожары» в левом поле карты. Выберите дату или нужный период, поставьте галочку напротив «Пожары», в разворачивающемся меню под этой категорией поставьте галочку на «Показывать активную область пожара», включите все виды пожаров (лесные и не лесные). Теперь можно увидеть контуры – это и есть искомая площадь.

При наличии термоточек за сегодняшний день и контура площади, пройденной огнем за предыдущие дни, можно спрогнозировать развитие пожара с учетом прогноза погоды, например, по территории, пройденной огнем, пожар не пойдет снова или будет продвигаться значительно медленнее. Для более удобной работы с картами в разделе «Картография» можно подключить названия городов, границы субъектов и масштаб. Используйте и другие разделы для аналитической работы. 

При сравнении официальных сводок с данными ИСДМ-Рослесхоз можно делать предположения о дальнейшем развитии пожарной ситуации. Если в сводке не фигурируют пожары, отображенные на ИСДМ-Рослесхоз, можно предположить, что на них пока не выделено адекватное количество сил и средств для тушения и, возможно, там необходима помощь добровольцев.

Сводки Авиалесоохраны

Сводки за последние несколько дней можно найти на этой странице, нажав на ссылку «Подробнее» рядом с нужным днем. Если же необходимы данные за более ранние дни, можно перейти по ссылке «Архив новостей» с правой стороны в блоке «Новости и информация».

Скриншот Авиалесоохрана.
Скриншот Авиалесоохрана.

В сводках есть необходимая информация:

  • о площади активного тушения;
  • о площади пожаров-отказников (региональные власти имеют право не тушить лесные пожары в зонах контроля, потому что эти возгорания не угрожают населенным пунктам и объектам экономики. – Прим. ред.);
  • о введенных режимах ЧС или ОПР (особого противопожарного режима).

Данные формы 4-ИСДМ

Форма 4-ИСДМ – это сводный отчет о лесных пожарах в зоне авиационного мониторинга и космического мониторинга первого уровня. Как правило, именно данные формы 4-ИСДМ применяются для публикаций со словами «на сегодня в регионе сгорело столько-то гектаров» или «режим ЧС объявлен в таком-то регионе, потому что пожары уже действуют на площади столько-то гектаров». Эти данные общедоступны, но найти их без инструкции достаточно сложно. 

Скриншот ИСДМ-Рослесхоз.
Скриншот ИСДМ-Рослесхоз.

Например, чтобы посмотреть статистику за текущий год, нужно зайти на сайт «ИСДМ-Рослесхоз». Затем перейти в раздел «Отчетность», на вкладке «Информация по регионам» первой в списке будет нужная форма. Останется только выбрать нужные данные, например, площади действующих пожаров или площадь выгорания за выбранный промежуток времени.

Анализ количества термоточек

Есть отдельная специальная платформа, на которой можно сравнивать количество термоточек за разные периоды, как на территории всего мира, так и в рамках разных регионов России. С помощью этого инструмента можно не только посмотреть динамику пожаров, но и визуализировать ее в виде графиков.

Скриншот инструмента Greenpeace.
Скриншот инструмента Greenpeace.

Например, для того чтобы посмотреть количество термоточек в 2019 году в Амурской области и сравнить его со средним значением за все предыдущие годы, нужно в списке регионов выбрать «Amur Oblast». Затем выставить нужный год (по умолчанию стоит текущий) и отметить галочку «Среднемноголетние значения», чтобы на картинке было два графика. 

World View

Еще один ресурс NASA – World View – дает возможность дважды в сутки просматривать свежие космоснимки на всей территории планеты. Возможно подключение данных сенсоров MODIS и VIIRS. При больших и затяжных пожарах благодаря World View возможно наблюдать за шлейфами дыма. В зависимости от наличия рядом населенных пунктов, федеральных трасс и прогноза погоды, возможно составлять рекомендации для населения по поведению в зоне сильного задымления. 

На снимке выше видно, что дым затягивает столицу Забайкальского края – Читу. При отсутствии смены ветра становится важным увезти из зоны задымления детей, больных и пожилых людей. Несмотря на то, что спутники пролетают ежедневно, из-за наличия облачности на поверхности Земли может быть ничего не видно.

Ресурсы, предоставляющие снимки хорошего качества без облачности, – это результат подбора из множества снимков с наименьшей облачностью. В реальности же, если на World View проследить на десяток дней назад, то будет видно, что редко бывает хорошая видимость.

Ресурс World View можно использовать для первого примерного подсчета площади пожара, пока не появилось свежих снимков более высокого разрешения. Снимки MODIS можно перенести в Google Earth, сохранив привязку по координатам.

Sentinel Hub 

Cайт Sentinel Hub предлагает в бесплатном доступе снимки среднего и высокого разрешения. На главной странице сайта есть много рекомендаций по работе с ресурсом, но все на английском языке. Для просмотра снимков надо пройти по ссылке.

Скриншот Sentinel Hub.
Скриншот Sentinel Hub.

В верхнем правом углу введите населенный пункт, который вас интересует или ближайший к нужной вам территории. В поле слева выберите раздел «Search», отметьте спутники (в первую очередь – Sentinel-2 и Landsat-8). Укажите интересующий период, нажмите «Search». Посмотрите найденные снимки, выберите тот, который наименее облачный и наиболее свежий по отношению к интересующей вас дате. Подождите, пока снимок подгрузится. 

Воспользуйтесь разными каналами, чтобы лучше различать объекты на снимке. Например, для обнаружения более четкой границы пожара или выгоревших территорий используйте канал SWIR. Площадь пожара можно подсчитать, скачав снимок с Sentinel Hub и открыв его в Google Earth Pro (так же, как и снимок World View). 

Как и зачем узнавать категорию земель

Все земли в нашей стране разбиты на разные категории: по типу использования, собственности. В зависимости от категории земель за тушение пожаров на этих территориях отвечают разные ведомства. Проще говоря, земли можно разделить на три категории. За земли лесного фонда несет ответственность лесная охрана. За земли ООПТ и все остальные – земли населенных пунктов, промышленности, сельскохозяйственного назначения – ответственность лежит на МЧС. Важно отметить, что ведомство ответственно за организацию тушения пожаров на таких землях, но не обязано делать это именно своими силами.

Зная, к какой категории относится земля, можно узнать, кто будет отвечать за организацию тушения пожара, на сайте какой структуры можно найти информацию о пожаре и с кем выстраивать коммуникацию при принятии решения о выезде на пожар.

Границы региональных ООПТ можно найти на сайтах региональных органов управления лесами, иногда в Лесных планах региона. Список ссылок на источники данных об ООПТ регионального и местного значения можно найти тут. Скачать слой федеральных ООПТ с расширением KML для просмотра в Google Earth Pro можно по ссылке

Теперь надо определить, относится ли земля к лесному фонду – зона ответственности региональной лесной охраны. Основной источник данных о лесах в регионах – это схемы лесохозяйственных регламентов (растровые картинки). Список ссылок на источники информации о лесохозяйственных регламентах и Лесных планах субъектов можно найти по ссылке (если сайты органов управления лесами не открываются, обратите внимание на «Зеркало всех доступных данных по субъекту»). 

Это растровые данные, карты и схемы без геопривязки. Для определения границ с использованием схем лесохозяйственных регламентов нужно понять, какое лесничество вам нужно, найти схему этого лесничества, визуально сравнить, входит ли искомый объект в какой-либо квартал лесничества. Для более точного определения, найти опорные точки (дороги, реки, озера), которые одинаково точно читаются как на схеме лесохозяйственного регламента, так и на космоснимке.

Растровый снимок можно попробовать «привязать» в программе Google Earth Pro. То есть картинку можно наложить на «поверхность» Земли и, соотнося опорные точки, расположить схему лесохозяйственного регламента так, чтобы она максимально соответствовала расположению объектов на спутниковом снимке. Обратите внимание, что точность такой привязки условна и имеет большие погрешности. Такой способ подходит на редкие территории, когда нет возможности воспользоваться другими оцифрованными вариантами.

Если «привязка» условна или нет возможности «привязать» снимок, то опирайтесь на опорные точки. Например, на снимке ниже видна характерная череда озер, которая легко идентифицируется и на схеме лесохозяйственного регламента, и на спутниковом снимке.

Здесь видно, что термоточка попадает в границы 10-го квартала, следовательно, это пожар в границах земель лесного фонда и отвечают за нее сотрудники участкового лесничества «КП Беклемишевское» Беклемишевского лесничества. Часто границы кварталов проходят по рекам, канавам, дорогам или границам – это помогает сориентироваться.

На ряд регионов можно уже найти оцифрованные данные. Для определения границ лесного фонда и ООПТ можно воспользоваться сайтом «Ценные леса России», созданным командой Всемирного фонда дикой природы (WWF). Перечень регионов, для которых есть оцифрованные данные лесных кварталов, можно посмотреть тут.

Скриншот «Ценные леса России».
Скриншот «Ценные леса России».

Укажите в окне со слоями лесохозяйственное деление, чтобы увидеть границы и номера лесных кварталов. Кликнув на нужное место, можно узнать название лесничества, участкового лесничества, номер и площадь квартала. Если у вас есть уже контур пожара и вы хотите понять, попадает ли он в лесной фонд, то на этот сайт можно добавлять данные для анализа.

Использование подобных ресурсов существенно может сократить время первичного анализа ситуации, но это не исключает использование Лесного плана региона и схем лесохозяйственных регламентов лесничеств. В некоторых регионах органы управления лесным хозяйством субъекта имеют свои сайты, где тоже можно
найти карты с информацией о кварталах, лесничествах, землях ООПТ. Например, такой сайт есть у Комитета лесного хозяйства Московской области.

Еще о категориях земель можно узнать на сайте Росреестра – Публичной кадастровой карте. На сегодня не по всем кадастровым участкам есть информация, большая часть земель лесного фонда на карте отсутствует, на многие территории вообще нет информации. При этом, имея удобный интерфейс и поиск по населенным пунктам, сайт может быть способом определения административных границ, но требует дополнительного поиска информации по границам других категорий земель.

Несмотря на возможность визуального дешифрирования лесорастительного покрова по снимкам высокого разрешения, кадастровые границы необходимы не для определения вида пожара, а для определения ответственных за него. Важно помнить, что нельзя ставить знак равенства между лесным покровом и землями лесного фонда.

Порядок дистанционного мониторинга 

Итак, после того как вы изучите все инструменты, примерный порядок действий для качественного дистанционного мониторинга пожаров может быть таким.

  • Ежедневный просмотр термоточек, скачанных с Nasa и открытых в Google Earth Pro.
  • При попадании термоточек на важную для нас территорию – поиск свежих снимков на Sentinel Hub, чтобы посмотреть детальнее на выгоревшую территорию.
  • При крупных пожарах – просмотр на World View, составление прогноза задымления населенных пунктов. 
  • Определение категории земель и ответственных за тушение этого пожара.
  • Поиск информации о выделенных силах на тушение.
  • Запрос информации у государственных служб.
  • Принятие решения о реагировании.
  • При необходимости подсчет примерной площади пожара и сравнение его с официальными данными.

Ограничения дистанционного мониторинга

  • Обновление высокодетальных снимков происходит раз в несколько лет.
  • Ежедневные данные спутников Terra и Aqua имеют общую погрешность до 1 километра.
  • Спутники регистрируют не все пожары, а только те, которые были во время его пролета. Пожар может существовать и без наличия зарегистрированных термоточек – действовать между пролетами спутника, или сильная облачность может не дать возможности спутнику зарегистрировать его.
  • Костры и торфяные пожары, как правило, спутниками не регистрируются.
  • Обзору могут мешать дым или облака. 

Если вы хотите мониторить лесные пожары, присоединиться к добровольцам или узнать больше информации по этой теме, советуем изучить сайт Добровольных лесных пожарных