Система виявлення загоряння лісових масивів і раннього оповіщення

МАГІСТЕРСЬКА ДИСЕРТАЦІЯ

Леонова Дмитра Владиславовича

  • 1. Тема дисертації Система виявлення загоряння лісових масивів і раннього оповіщення

науковий керівник дисертації: Редько Ігор Володимирович, професор,

затверджені наказом по університету від «05» листопада 2020 року №  3241-с

  • 2. Термін подання студентом дисертації: 15 грудня 2020 року
  • 3. Об’єкт дослідження: Система спостереження за лісовими пожежами
  • 4. Предмет дослідження: методи підвищення якості та швидкості виявлення та попередження пожеж в лісових масивах та зменшення ціни таких спостережень
  • 5. Перелік завдань, які потрібно розробити:1. Аналіз пожеж та їх причин 2. Огляд лісових пожеж у США 3. Аналіз систем виявлення пожеж 4. Аналіз світових рішень по боротьбі з пожежами 5. Вивчення побудови mesh-мережі 6. Розгляд технології LPWAN 7. Розробка системи моніторингу за лісовими масивами 8. Розробка пристрою моніторингу 9. Написання програмного забезпечення
  • 6. Орієнтовний перелік графічного (ілюстративного) матеріалу: Презентація у форматі PowerPoint.
  • 7. Орієнтовний перелік публікацій: публікацій немає, акт впровадження.

ВСТУП

Актуальність теми. Лісові пожежі – явище досить поширене: іноді для запалення дерева досить іскри, удару блискавки. Враховуючи, що в багатьох країнах бур’яни не викопували на полях для знищення, а підпалювали, пожежна небезпека лавиноподібно зростає.

Приборкання стихії, що розбушувалася ускладнюється у випадку сухої та вітряної погоди і температури навколишнього середовища більшої за 22 градуси по Цельсію. Це призводить не тільки до прямих втрат цінної сировини, але й до серйозних проблем з екологією у регіоні стихійного лиха. Таким чином, навіть після ліквідації наслідків стихії регіон буде відновлюватися не один рік, на що підуть чималі кошти.

Лісовою пожежею називають неконтрольоване, стихійне поширення вогню, що призводить до часткового або повного вигорання рослинності, родючого ґрунту і спричиняє загибель мешканців лісу, які не встигли покинути зону ураження вогнем.

Абсолютно всі лісові пожежі надзвичайно небезпечні, оскільки вогонь займається дуже швидко, і, незважаючи на постійний моніторинг легкозаймистих ділянок, на момент виявлення стихійного лиха, пожежа часто встигає захопити значну територію. Особливо небезпечними є пожежі під час посухи, вони охоплюють сотні тисяч гектарів і знищують ліси та орні землі.

Г остро стоїть питання раннього виявлення і попередження про сприятливе середовище для загоряння. На даний момент існують наступні варіанти виявлення лісових пожеж:

  • 1. Наземний моніторинг
  • 2. IP-відеоспостереження і відеоаналітика
  • 3. Аналіз інформації з космосу

Кожен із запропонованих методів має або низьку ефективність, або захмарну вартість його експлуатації, що призводить до неможливості або високої вартості спостережень за великими лісовими масивами. І при цьому вони не забезпечують реальної профілактики пожежонебезпеки. Можливим рішенням будуть сітчасті системи з датчиків вимірювання температури, вологості і випромінювання, які зможуть аналізувати отримані дані і вчасно попередити про небезпеку пожежі.

В основі передачі даних за технологією LPWAN на фізичному рівні PHY лежить властивість радіосистем – збільшення енергетики, а значить і дальності зв’язку при зменшенні швидкості передачі. Чим нижче бітова швидкість передачі, тим більше енергії вкладається в кожен біт і тим легше виділити його на тлі шумів в приймальні частини системи. До переваг LPWAN відносяться, зокрема:

  • • Велика дальність передачі сигналу у порівнянні з іншими бездротовими технологіями, що використовуються для телеметрії GPRS або ZigBee, досягає 1015 км [1].
  • • Низький рівень споживання енергії у кінцевих пристроїв, завдяки мінімальним витратам енергії на передачу невеликого пакета даних.
  • • Висока проникаюча здатність радіосигналу в міській забудові при використанні частот суб-гігагерцового діапазону.
  • • Висока масштабованість мережі на великих територіях [1].
  • • Відсутність необхідності отримання частотного дозволу та плати за радіочастотний спектр, внаслідок використання неліцензійних частот (ISM band)

Таким чином mesh-мережа вимірювальних пристроїв з використанням технології LPWAN є безумовно перспективною, енергоефективною і високоефективною системою виявлення і профілактики лісових пожеж.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження проводилися у рамках НДР “Модель редукційного середовища програмування” № реєстрації в НДІЕМСТ КПІ ім. Ігоря Сікорського – ДР № 0120U101752

Об’єктом дослідження є система передачі на базі технології LPWAN та mesh-мереж.

Предметом дослідження є збільшення ефективності системи за рахунок методів передачі інформації з низьким енергоспоживанням, зменшення часу повідомлення про небезпеку пожежі та зменшення загальної вартості спостереження за лісовими масивами.

Мета і задачі дослідження. Метою є створення на базі технології LPWAN та mesh-мереж системи профілактики та моніторингу пожежонебезпечних явищ, що матиме змогу розгортатися на великих площах лісових масивів.

Основні завдання, що поставлені в роботі для досягнення кінцевої мети:

  •   Здійснити первинну класифікацію причин займання лісових масивів та вплив полум’я на вимірювані характеристики температури, вологості та освітлення
  • •  Провести огляд інформації про лісових пожеж у світі, спричинених руйнувань та завданих збитків різним державам у різних кліматичних зонах
  • • Дослідити системи виявлення пожеж, що вже існують на ринку та проведено аналіз світових рішень по боротьбі з пожежами
  • • Провести патентний пошук відносно існуючих рішень
  • •  Аналіз позитивів та основних системних недоліків цих рішень
  • •  Дослідити побудову mesh-мережі та запропоновано топологію мережі на їх основі для вирішення задачі моніторингу великих площ території
  • • Провести дослідження технології LPWAN та порівняльну характеристику з іншими методами передачі даних
  • •  Розробити архітектуру системи моніторингу за лісовими масивами та на основі неї створити репрезентативний приклад реалізації сенсору температури, вологості і освітлення для спостереження за станом навколишнього середовища
  • •  Розробити стартап-проект.

Наукова новизна одержаних результатів:

  • •  Запропоновано архітектурне рішення системи спостереження за лісовими масивами
  • •  Розроблено топологію mesh-мережі, що вирішує проблему розгортання системи на великих площах
  • •  Розроблено протокол доставки повідомлень від віддалених датчиків моніторингу до пристрою концентратора
  • •  Проведено порівняльний аналіз технологій передачі даних відносно швидкості передачі та радіусу роботи
  • •  Розроблено приклад структурно-функціональної організації системи спостереження за лісовими масивами з прив’язкою до конкретної території

Практичне значення      отриманих результатів визначається

запропонованою архітектурою системи виявлення загоряння лісових масивів і раннього оповіщення, що забезпечує можливість розгортання пристроїв моніторингу на великих площах без потреби підключення до інтернету та енергомережі. Розроблено схемотехнічне рішення пристрою спостереження.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та двох додатків. Загальний обсяг дисертації становить 102 сторінок, в тому числі 85 сторінки основного тексту, 16 рисунків, 18 таблиць, список використаних джерел із 22 найменувань.

РОЗДІЛ 1. ПОЖЕЖІ

1.1 Пожежа

Пожежа на неосвоєних територіях або у сільській місцевості часто є незапланованим, небажаним, неконтрольованим стихійним лихом в районі з великою концентрацією потенційного палива – трави, дерев, торф’яників, тощо. Залежно від типу наявної рослинності, лісовий вогонь також можна класифікувати більш конкретно як лісову пожежу, вогонь з щіткою, пожежа в кущах (в Австралії), пожежа в пустелі, пожежа на траві, пожежа на пагорбах, торф, пожежа на прерію, пожежа рослинності, або вельд-вогонь. При цьому, розглядати незапланованість та неочікуваність пожеж як їх незмінний атрибут теж не зовсім вірно. Пожежа в дикій природі це більш широкий термін, який включає, зокрема передбачувану пожежу, т.з. зустрічний вогонь, тощо.

Викопне деревне вугілля свідчить про те, що пожежі почалися незабаром після появи наземних рослин 420 мільйонів років тому. Поява лісових пожеж протягом історії земного життя викликає припущення, що вогонь повинен мати виражений еволюційний вплив на флору та фауну більшості екосистем. Земля -це сама по собі легкозаймиста планета завдяки своєму покриву багатою вуглецем рослинністю, сезонним сухим кліматом, атмосферним киснем та широко розповсюдженими блискавками та вулканічними спалахами.

Лісові пожежі можна охарактеризувати з точки зору причини займання, їх фізичних властивостей, наявного горючого матеріалу та впливу погоди на пожежу. Лісові пожежі можуть завдати шкоди майну та життю людей, хоча природні пожежі можуть мати благотворний вплив на місцеву рослинність, тварин та екосистеми, які еволюціонували внаслідок пожежі. Поведінка стихійних явищ та важкість пожежі зумовлені комбінацією таких факторів, як доступне паливо, фізичні умови та погода. Аналіз історичних метеорологічних даних та національних пожежних записів на заході Північної Америки показує значимість клімату у великих регіональних пожежах у вологі періоди, коли продукуються величезні об’єми потенційного палива, або посуху та потепління, що забезпечують сприятливу пожежонебезпечну погоду.

1.2. Лісові пожежі та причини їх виникнення

Лісові пожежі – це часте природне чи техногенне явище для багатьох частин світу. Вразливі райони в основному розташовані в помірному кліматі, де плювіометр досить високий, щоб забезпечити значний рівень рослинності, але літо дуже спекотне і сухе, створюючи небезпечний об’єм потенційного палива. Глобальне потепління сприятиме збільшенню кількості та важливості цих катастроф. Кожного сезону не тільки тисячі лісових гектарів знищуються внаслідок пожеж дикої природи, але й знищуються активи, майно, державні ресурси та споруди. Більш того, пожежники та цивільне населення зазнають ризику, щороку страшні жертви втрачають людські життя.

Незважаючи на те, що за останні десятиліття було досягнуто прогресу в галузі боротьби з пожежами, все ще існує потреба в посиленні спроможності реагування на катастрофи, включаючи системи раннього попередження та вдосконалення обміну даними в режимі реального часу на всіх етапах та рівнях схеми моніторингу лісів . Технологічні досягнення стають ключовою силою, що рухає продуктивні зміни в боротьбі з пожежами в дикій природі. Останні події в галузі інформаційно-комунікаційних технологій вже мають величезний вплив для розвитку систем раннього виявлення лісових пожеж.

Пожежа в дикій природі – це неконтрольоване явища, яке виникає переважно в лісових районах, хоча може також вразити і прилеглі міські або сільськогосподарські райони. Серед основних причин лісових пожеж людські фактори, навмисні чи випадкові, є найбільш звичними. Очікується, що кількість та вплив лісових пожеж зростатимуть як наслідок глобального потепління. Для боротьби з цими стихійними явищами необхідно застосовувати комплексний, багаторівневий підхід, що базується на постійному відслідковуванні у динаміці ситуації та негайному реагуванні на негативні зміни. У цій роботі описується ієрархічна бездротова мережа датчиків, спрямована на раннє виявлення пожежі в небезпечних районах, інтегрована з центрами управління пожежогасіння, географічними інформаційними системами та симуляторами пожежі. Ця конфігурація була успішно випробувана у двох моделюваннях пожежі, в яких задіяні всі ключові чинники в операціях з пожежогасіння: пожежні команди, системи зв’язку та повітряні, координаційні та наземні засоби.

Лісові пожежі можуть, як показує практика спостережень, спалити мільйони гектарів землі з дуже високою швидкістю їх поширення та величезними втратами. Середня швидкість розповсюдження пожежі сягає приблизно 20 км, що значно не дає шансу врятуватися людині без швидкісних засобів пересування – мотоцикла, автомобіля, тощо.

При цьому, заради справедливості необхідно відзначити, що природні пожежі при всій їх катастрофічності відіграють важливу роль у природі . Спалюючи мертві речовини або ті, що розкладаються, вони повертають в грунт поживні речовини. Вони також діють як дезінфікуючий засіб, виводячи з екосистеми рослин-паразитів та шкідливих комах.

Лісові пожежі розріджують лісові навіси та підліски, дозволяючи сонячному світлу досягати лісової підстилки та вирощувати саджанці нового покоління. Насправді деякі види дерев, покладаються на вогонь, щоб їх насіння навіть відкрилося.

Щодо ж передумов виникнення пожеж, то Агенція з охорони навколишнього середовища класифікує їх як стихійні лиха, лише у 10-15 % відсотків випадків, коли пожеж відбуваються самі по собі в природі. Інші від 85 до 90 відсотків спричинені людськими причинами, включаючи пожежі в таборах та сміття, викинуті сигарети та підпали.

Природні стихійні пожежі можуть спалахувати під час сухої погоди та посухи. У цих умовах звичайно зелена рослинність може перетворитися на сухе горюче паливо; сильний вітер швидко поширює вогонь; а тепла температура сприяє горінню. З такими обставинами для спустошення території бракує лише іскри – у вигляді блискавки, підпалу, збитої лінії електропередач, палаючого багаття або сигарети..

Для горіння лісової пожежі повинні бути наявні природні або техногенні умови: паливо, кисень та джерело тепла. Пожежники називають ці три елементи пожежним трикутником.

Паливо – це будь-який легкозаймистий матеріал, що оточує вогонь, включаючи дерева, траву, щітку і навіть будинки. Чим більшим є потенційне паливне навантаження в регіоні, тим потужнішою може бути пожежа. Наприклад, найбільш схильний до пожеж у США штат Каліфорнія втратила 259 148 акрів продуктивних угідь у 8 194 пожеж у 2019 році.

Повітря постачає кисень, який потрібен горінню. Джерела тепла допомагають розпалити лісовий вогонь і довести паливо до температури, досить гарячої для займання. Блискавка, палаючи багаття або сигарети, і навіть сонце можуть забезпечити достатньо тепла, щоб розпалити лісовий вогонь. Такі теплові петлі, як взаємовплив трьох основних факторів будь-якої пожежі тому повинні бути об’єктами особливої уваги у будь-якій розроблюваній системі попередження та моніторингу пожежонебезпечних явищ.

Боротьба з пожежею полягає у нівелюванні одного чи декількох факторів теплового трикутника. Одним з традиційних методів є гасіння існуючих пожеж водою та розпиленням антипіренів. Пожежники також іноді працюють у командах, які часто називають “гарячими пострілами” , щоб очистити рослинність із землі навколо вогню і стримати розповсюдження пожежі, лишивши її потенційного палива. Отримані таким чином ділянки території називаються протипожежними . Пожежники можуть також застосовувати контрольоване горіння, створюючи зворотні вогні , щоб зупинити пожежу.

1.3 Огляд лісових пожеж 2020 року

У 2020 році сезон лісових пожеж у США, що триває з червня по вересень, був особливо руйнівним. Це літо було найгарячішим за останній рік, а посуха в Каліфорнії тривала аж до вересня. Це призвело до того, що до кінця червня Каліфорнійський департамент лісового та протипожежного захисту реагував на майже вдвічі більшу кількість пожеж, ніж за весь сезон 2019 року.

Збитки, спричинені вогнем в США, значно зросли за останні два десятиліття. В середньому з 2000р, щорічно 72400 лісових пожеж очищали приблизно 7 мільйонів гектарів земель США, що вдвічі перевищує площу, що була випалена лісовими пожежами в 1990-х роках. У 2015 році найбільший сезон лісових пожеж, зафіксований в історії США, спалив понад 10 мільйонів гектарів землі.

Очікується, що з часом клімат буде змінюватись і це призведе до того, що більша частина США стане більш спекотно та посушливою, через це очікується зростання ризику пожежі. У той же час, населення Сполучених Штатів зростає, а люди все частіше приїжджають у сільські та пустельні райони і це може призвести до ще більших проблем з вогнем та підвищенню ризику виникнення пожеж.

Каліфорнія, Орегон та Вашингтон переживають сезон пожеж історичних масштабів. Цього року, в результаті стихійних пожеж, загинуло щонайменше 40 людей та знищено понад 7000 споруд, спаливши понад три мільйони гектарів у трьох штатах.

Пожежа Зогг у окрузі Шаста спалила близько 52 000 гектарів. Як повідомляє Cal Fire, внаслідок пожежі загинули троє людей та знищено 146 споруд, а також були віддані накази про евакуацію понад тисячі людей.

Північний комплекс, який поглинув вогонь, горів більше місяця після того, як в нього вдарила блискавка 17 серпня.

Окрім блискавок, драйвером вогню може бути і вітер, що спричинив швидке розповсюдження вогню у невеликих гірських громадах, таких як Беррі-Крік, ця пожежа призвела до знищення понад 2000 споруд та будинків та спалення понад 300 000 гектарів землі.

Поширюючись на кордоні між Каліфорнією та Орегоном, вогонь, якай назвали «Слейтерів» розпочався 7 вересня і з часом злився з меншим «Диявольським» вогнем. Він спалив понад 154 000 гектарів. В цій пожежі загинули двоє людей поблизу міста Щасливий табір, звідки жителям було наказано евакуюватися. Ось чому критично важливо зрозуміти, як починаються пожежі, як їх зупинити та що робити, коли вони трапляються.

1.4. Методи зменшення збитків при пожежі

Лісові пожежі спустошують все, що трапляється на їх шляху. У 2018 році найбільш руйнівна каліфорнійська пожежа усіх часів призвела до 85 смертей та стала найдорожчим у світі стихійним лихом того року, збитки від неї перевищили 16 мільярдів доларів. Хоча вогонь важко зупинити, існує багато правил, що допоможуть обмежити руйнування та збитки від пожежі.

До пожежі:

  • • Якщо ви знаєте, що пожежа рухається до вашого району, найкраще що можна зробити це – негайно піти.
  • • Якщо ви мешкаєте в небезпечному для районі, найкраще заздалегідь підготуватися на випадок виникнення пожежі. Потрібно заздалегідь розробити план евакуації та зібрати сумку з усім необхідним.
  • • Приберіть грилі, цистерни з пропаном або інші легкозаймисті матеріали, які можуть бути у вашому дворі.
  • •  Закрийте всі двері та вікна, після чого наповніть раковини, ванни та інші ємності водою, щоб у вас була можливість протистояти вогню.
  • • Перекрийте постачання природного газу, пропану або мазуту.
  • • Купуючи житло в пожежонебезпечному районі, намагайтеся уникати місцевості на крутих схилах, що заповнені легкозаймистою рослинністю. Хоча деякі люди побоюються, що будинки біля чагарників частіше горять, але це залежить від рослинності та самої місцевості. Частіше, ландшафт без рослинності може бути ідеальною злітно-посадковою смугою для вітрів, що приносять жар, або розпечене вугілля, що є однією з найбільших загроз для будинків під час пожежі.
  • • Змочування даху може допомогти зменшити ризик потрапляння вогненебезпечних частинок у повітря. Насправді, деякі люди у пожежонебезпечних районах навіть встановлюють для цієї мети спеціальні прилади на даху.
  • • Якщо ви не можете піти, коли наближається вогонь, наберіть до служби порятунку. Тоді надіньте маску для обличчя, або краще, респіратор N95, який допоможе зменшити потік диму та небезпечних частинок до легенів.

Протягом пожежі:

  • • Якщо ти все ще можеш піти, піди.
  • • Слухайте екстрені сповіщення.
  • • Якщо ви не можете піти, затримайтесь всередині будівлі. В іншому випадку, йдіть до найбезпечнішої будівлі чи кімнати з найнижчим рівнем задимленості. Низько присідайте щоб дихати більш чистим повітрям. Якщо у вас немає маски, дихайте через мокру тканину.
  • • Якщо пожежа настигла вас надворі, спробуйте знайти водойму, щоб сховатись в ній. Якщо це неможливо, знайдіть западину з найменшою кількістю рослинності і ляжте в неї, прикриваючись мокрими ковдрами, одягом або грунтом, якщо це можливо.

Після пожежі:

  • • Не повертайтеся, доки вам не накажуть це зробити.
  • • Послухайте владу, перш ніж пити воду з району де виникла пожежа.
  • • Уникайте гарячих, задимлених або обвуглених предметів.
  • • Надішліть повідомлення друзям і родичам, але не телефонуйте. Лінії можуть бути зайняті.
  • • Носіть маску та зафіксуйте матеріальні збитки.
  • • Остерігайтеся ризику затоплення, оскільки дерева та захисна рослинність могли бути знищені, оголюючи пухкий ґрунт.

РОЗДІЛ 2. СИСТЕМА ВИЯВЛЕННЯ ПОЖЕЖ ТА АНАЛІЗ СВІТОВИХ РІШЕНЬ

2.1. Моніторинг лісових пожеж

Найбільш традиційний метод виявлення пожеж – це візуальне виявлення людьми зі спеціалізованих конструкцій – вишок. Даний метод використовується понад сто років з невеликими удосконаленнями, пов’язаними з використанням засобів зв’язку (рації, стільниковий зв’язок та ін.) І оптичними пристроями візуального контролю (біноклі, підзорні труби та ін.).

В ідеальному варіанті виявлення пожежі відбувається наступним чином: на спеціалізованій вишці (призначений для тривалого перебування на ній людини) на спеціальному майданчику знаходиться спостерігач, який візуально оцінює небезпеку.

Додатково на майданчик наносять азимутальне коло для визначення напрямку. При візуальному виявленні пожежі спостерігач за допомогою азимутального кола визначає напрямок на пожежу, і повідомляє його в центр контролю за допомогою засобів зв’язку. З центру контролю визначають, з якою ще вишки може бути виявлена ця пожежа і зв’язуються з іншими спостерігачами, що так само виявляють пожежу і визначають напрямок до неї. Після чого в центрі контролю, використовуючи відомі напрямки з вишок, розраховують місцезнаходження пожежі і вживають заходів для її ліквідації.

До переваг даного методу можна віднести збережену до сьогоднішніх днів інфраструктуру вишок, що може бути використана, простоту методу і досить високу оперативність (при наявності сприятливих погодних умов та достатньої кількості спостерігачів на вишках).

Детальніше варто зупинитися на недоліках методу. Основними недоліком даного способу виявлення є необхідність постійного використання людської праці в кожній точці розташування вишки, протягом всього часу пожежонебезпечного сезону (для забезпечення оперативності) і обмеження території моніторингу кількістю встановлених вишок. В даний час цей метод практично не використовується через відсутність достатньої кількості фахівців на місцях. Для прикладу можна навести Житомирську область, в якій в 80-х роках минулого століття для оперативного виявлення пожеж працювало близько 6000 лісничих, зараз їх менше 600 чоловік. Крім того, на точність і своєчасність виявлення пожежі сильно впливає людський фактор (людина може втомитися, заснути), контролювати таку велику кількість людей на величезній території практично неможливо. В описаному методі так само неможливо автоматизувати процес виявлення і доставки інформації.

Істотним недоліком є висока вартість вишки, тому що вишка повинна бути спеціально обладнана для постійного перебування на ній людини. Для прикладу вартість вишки призначеної тільки для розміщення обладнання становить 500$ за метр висоти, вартість пожежної вишки становить понад 1200$ за метр. З цієї причини пожежні вишки не оновлюється вже більше 15-20 років, і більшість з них вже не можуть бути використані через аварійний технічний стан.

Не варто забувати і про спосіб виявлення пожежі за допомогою місцевого населення, що при сьогоднішньому розвитку мобільного зв’язку, досить часто може бути ефективним.

Розглянемо наступний метод виявлення пожеж – виявлення пожеж з повітря, за допомогою літальних апаратів.

Пілот на літальному апараті (легкий літак, вертоліт) з певною періодичністю облітають пожежонебезпечну територію, при візуальному виявленні пожежі штурман визначає її координати і передає в центр контролю інформацію про неї.

Основною перевагою даного методу є можливість моніторингу будь-якої, навіть найвіддаленішої та дикої території. Основним недоліком є дуже висока вартість льотної години, для прикладу льотна година літака Ан-2 (основний літак, який використовується для виявлення лісових пожеж) коштує близько 800$. Даний літак уже давно знято з виробництва і його все частіше замінюють вертольотом Мі, вартість льотної години якого становить понад 1600$. Крім того, необхідний спеціально навчений персонал, що безпосередньо і визначають маршрут польоту, візуально виявляють місця загоряння і визначають координати. Неможливо так само вести безперервний моніторинг великої території, що може бути причиною пізнього виявлення пожежі.

Пілоти літального апарату (легкий літак, вертоліт) з певною періодичністю облітають пожежонебезпечну територію, при візуальному виявленні пожежі штурман визначає його координати і передає в центр контролю інформацію про місцезнаходження епіцентру полум’я.

Деяку популярність зараз набирають безпілотні літальні апарати, використання яких може трохи знизити вартість льотної години, але не позбавляє від проблеми несвоєчасного виявлення. Крім того, якщо літаки і вертольоти загального призначення можуть використовуватися для інших цілей, то «безпілотники» не можуть бути використані для будь-чого іншого, що перекладає всі витрати (придбання, обслуговування, ремонт, ПММ) на служби, котрі займаються моніторингом лісових пожеж. Для прикладу тільки вартість безпілотного літака імпортного виробництва складає близько $ 1000000.

Система супутникового моніторингу працює наступним чином, спеціалізовані супутники, що знаходяться на не геостаціонарних орбітах, виконують знімки земної поверхні в ІК-діапазоні (з подальшою передачею на наземну станцію). На основі різниці температури поверхні землі і температури вогню, можливо визначити епіцентр пожежі. Картинка передається в спеціальні центри, звідки зацікавлені користувачі можуть отримувати всі дані через мережу Інтернет. До переваг даного способу варто віднести автоматизацію процесу отримання даних, дистанційність, можливість проводити моніторинг будь -якої ділянки місцевості, легкий доступ до інформації через мережу Інтернет [5].

Основною особливістю відеосистеми моніторингу є високий ступінь автоматизації і можливість використовувати дешеві і прості вишки. Існуючі системи представляють поворотні камери, що встановлюються на вишках з виводом відеозображення на пульт оператора, який повинен знаходитися поряд з постом відеомоніторингу, даний підхід не дозволяє визначати координати пожежі (неможливість визначення напрямку з двох точок, що знаходяться у різних місцях). Масштабувати таку систему також не представляється можливим, замовнику в кожній точці моніторингу необхідно тримати людину, яка буде здійснювати візуальний контроль.

Істотними недоліками методів спостереження, що використовуються в даний час є неможливість раннього виявлення, автоматизації процесу моніторингу і визначення місця розташування вогню.

Але при всіх недоліках супутниковий моніторинг необхідний в разі великих лісових територій і відсутності можливості моніторингу іншими способами (вартість супутникового моніторингу також невисока)

2.2. Раннє виявлення та перевірка лісових пожеж за допомогою оптичних датчиків диму, газу та мікрохвиль

Група компаній, дослідницьких інститутів та університетів спільно працюють над розробкою інтегрованої, але модульної системи. Комплексний підхід до раннього виявлення та придушення лісових пожеж базується на адекватній комбінації різних систем виявлення залежно від ризику пожежі, розміру території та присутності людей, пов’язаних з адекватною логістичною інфраструктурою, навчанням за допомогою моделювання та інноваційною технологією гасіння. Як і у випадку стихійних пожеж, за великими територіями слід контролювати лише технології дистанційного зондування (наприклад, системи на базі відео), які можуть адекватно виконувати раннє виявлення. Для зменшення помилкових тривог безпілотний літальний апарат (БПЛА), обладнаний газовими датчиками та тепловою камерою, летить до потенційної пожежі, щоб вказати походження повідомленої хмари. БПЛА може також використовуватися як розвідник для пожежників. Після успішного гасіння пожежі безпілотник може бути використаний як пожежна охорона, щоб зменшити ризик повторного займання вогню. В якості інструментів контролю мікрохвильовий радіометр, який виявляє гарячі точки також при недостатній видимості (через димові хмари та під поверхнею землі), датчики газу, диму та теплова камера встановлені на вежі. У цій роботі представлено дослідження системи раннього виявлення лісових пожеж на основі внутрішніх (проведених у пожежній лабораторії Університету Дуйсбург-Ессен) та зовнішніх випробувань. Описано комерційний високочутливий аспіраційний димовий детектор, два датчики газу (H2 і CXHX), мікрохвильовий радіометр та алгоритми виявлення. Представлено загальний огляд проекту та платформ перевізників.

Швидке та ефективне виявлення є ключовим фактором боротьби з лісовими пожежами. Щоб уникнути неконтрольованого широкого розповсюдження лісових пожеж необхідно виявити вогонь в ранньому стані та запобігти розповсюдженню. Важливо перенести потрібне пожежне обладнання та залучити кваліфікованих спеціалістів якомога швидше до місця пожежі. Необхідно адекватне матеріально-технічне забезпечення, необхідна інфраструктура для достатнього забезпечення засобами пожежогасіння та технічного обслуговування, а також постійного моніторинг поширення вогню. Крім того, підготовка персоналу є важливою складовою для успішної боротьби з лісовими пожежами. Комплексний підхід до виявлення та ліквідації лісових пожеж базується на поєднанні різних систем виявлення залежно від ризику пожежі, розміру території та присутності людей, що складається з усіх необхідних частин, таких як ранні виявлення, методи дистанційного зондування, матеріально-технічне забезпечення та навчання за допомогою моделювання та протипожежних машин.

Несуча платформа для системи виявлення у разі раннього виявлення пожежі – це автономно літаючий відео дрон з можливістю самостійної навігації на будь-якій території. AirRobot AR100-B пропонує бюджетну альтернативу звичайному повітряному спостереженню пілотованим вертольотом. БПЛА дозволяє пожежній охороні отримати максимальну обізнаність про ситуація та події під час їх місії. Він може бути використаний для підтвердження сигналу тривоги, виявленого відеосистемою, а також проводити розвідку, допомагаючи знаходити гарячі точки, особливо вночі, поки не літають літаки для пожежогасіння.

Якщо пожежні гази подаються до детектора за допомогою повітряного потоку, вони аналізуються за допомогою різних напівпровідникових газових датчиків. Проникний захисний ковпачок з спеченого металу захищає елементи датчика від забруднення пилом і вологою. Таким чином на масив датчиків не впливають неприємні аерозолі, такі як пил, бруд, туман або конденсуюча вода.

Система датчиків використовується для перевірки неоднозначної ситуації, виявленої системою на базі відео, а також для спостереження за погашений вогонь. Тому датчики повинні бути широко захищені від таких порушень, як пара, туман, забруднення пилом та конденсатна вода, яка зазвичай змушує відеосистеми подавати помилкові тривоги.

Різниця від звичайних установок у промислових приміщеннях або в приватних будинках полягає в розбавленні та екстремумі турбулентність, спричинена вітром. Датчики повинні бути досить чутливими для виявлення навіть дуже низьких концентрацій диму. Для цього використовуються газові датчики або їх комбінація разом із аспіраційною системою. Але ця програма вимагає інший спосіб тестування під час розробки алгоритму порівняно зі стандартизованими методами тестування на дим детектори, встановлені в будинках. Для досягнення мети виявлення лісових пожеж у дуже ранній стан важливо розуміти фаза займання лісової пожежі.

Основна увага приділяється ранньому виявленню димових пожеж з метою зменшення пошкодженої ділянки до мінімуму. Великий і лісові пожежі високої інтенсивності широко не піддаються контролю та викликають дуже високий ризик. Зменшити помилкові тривоги, особливо навряд чи доступна місцевість, така як лісова пожежа в горах, БПЛА з дистанційним управлінням може полетіти до місця, де є пожежа передбачається підтвердити, що походження диму, швидше за все, є пожежа. 10 та 11 показують датчик та температуру газу дані, виміряні під час льотних випробувань за допомогою безпілотника AirRobot, а також сигнал тривоги Sgas, T. Алгоритм виявлення та поріг тривоги був адаптований до ситуації.

Запропонований мікрохвильовий радіометр виявляє випромінювання вогню на частоті 22,3 ГГ ц. Відповідно до закона Планка чорне тіло сягає його максимум потужності випромінювання в інфрачервоній області. З припущенням, що вогонь має подібні характеристики, як a чорний корпус, широке використання звичайних ІЧ-камер у програмах виявлення пожежі є обґрунтованим. У було показано, що виявлення пожежі можливо також за допомогою мікрохвильових датчиків. Крім того, хороша передача ормаліз в дим, пил і туман типово для датчиків, що працюють в області нижчих ГГц. Фон – довжина довжини хвилі, яка призводить до меншого поглинання і розсіювання на частинках матеріалів з меншими діаметрами порівняно з інфрачервоним світлом. Ця характеристика мікрохвилі можна використовувати для виявлення гарячих точок в заповнених димом середовищах. Крім того, після гасіння лісової пожежі, часто виникають і поширюються гарячі точки під поверхнею землі. Це дуже часто призводить до повторного займання вогню. Мікрохвильовий радіометр дозволяє виявляти гарячі точки, навіть якщо вогонь покритий тонкими шарами листя.

2.3. Нові рішення для раннього виявлення лісових пожеж

Пожежа здатна забрати людські життя, завдати шкоди здоров’ю, знищити будівлі і природні ресурси.

Лісові пожежі, посуха і аномальна спека, які охопили Московський регіон влітку 2010 р, привернули увагу не тільки російських, але і зарубіжних фахівців. Деякі західні кліматологи вважають, що всьому виною згубна для навколишнього середовища діяльність людини.

За даними вчених, влітку 2010 р температура повітря в Москві і області перевищила норму більш ніж у три рази.

Небезпека пожеж полягає в тому, що вони мають властивість збільшуватися в масштабах, охоплюючи нові площі та поширюючись на найближчі об’єкти. Для ефективної боротьби з ними недостатньо мати велику кількість протипожежної техніки. Необхідні заходи щодо попередження пожеж та застосування технічних засобів, що дозволяють виявити пожежу в ранній – димної фазі.

Якщо в приміщеннях завдання виявлення загорянь вирішуються спеціальними датчиками, в тому числі оптичними, то на відкритій місцевості і тим більше в лісах ця задача набагато складніше. Це пов’язано зі складною обстановкою – зміною напрямку вітру, зміною погоди і часу доби.

Причини виникнення пожеж заслуговують на окрему увагу. У більшості випадків це необережне поводження з вогнем та легкозаймистими рідинами, нехтування заходами пожежної безпеки або зовсім відсутність протипожежних засобів Людина є однією з основних причин виникнення пожеж – недбалість і відсутність почуття відповідальності призводять до згубних наслідків.

Проте людини можна контролювати і попередити про можливу пожежної небезпеки. Складніше в ситуаціях, коли пожежі виникають з вини природних катаклізмів. Як боротися з природними причинами виникнення пожеж? Сонячна активність і електричні розряди блискавки є неконтрольованими природними явищами і являють собою велику небезпеку. Проблема полягає ще і в тому, що місце, де відбудеться загоряння, практично неможливо точно визначити. Густа гущавина лісу не дозволяє проводити візуальний контроль і виявляти момент загоряння.

Виявлення пожежі: традиційні методи

Ефективність заходів по ліквідації пожежі залежить від трьох чинників:

  • – оперативність виявлення пожежі;
  • – швидкість реакції і доставки пожежної техніки до місця пожежі;
  • – узгодженість і ефективність дій пожежних служб.

Супутниковий і авіа моніторинг – Лісові пожежі, як правило, виявляють або по задимлення (супутникові знімки, наземні спостереження), або за допомогою ІК-датчиків, встановлених на повітряних судах, які здійснюють регулярні польоти потенційно небезпечних територій. Практика показує, що, незважаючи на спроби впровадження систем виявлення лісових пожеж, при витратах значних коштів на вирішення цього завдання до теперішнього часу проблема з великим рахунком залишається невирішеною. У 201 2 м, ще до приходу літа, на території Росії зафіксовані десятки лісових пожеж.

Застосування алгоритму технології комп’ютерного зору в системі дистанційного моніторингу лісових пожеж дозволить в реальному часі в автоматичному режимі виявляти загоряння і попереджати про них оператора

Описані вище методи виявлення загорянь мають ряд недоліків, які необхідно компенсувати за допомогою впровадження нових технічних засобів.

Пожежа помітний із супутників, коли охоплює досить значну площу. Час реагування на тривожні повідомлення становить від декількох годин до доби. Не можна виключати погодний фактор. У хмарну погоду супутник може не забезпечити виявлення; при ясному небі існує ймовірність того, що сонячне світло “заглушить” ІК-сигнал від пожежі.

Візуальний моніторинг Традиційно використовують для виявлення лісових загорянь застосовується і візуальний моніторинг, при якому спостерігач за допомогою азимутального кола повинен визначити напрямок місця загоряння і передати ці дані в центр контролю. Далі в центрі контролю встановлюється, з якою вишки можна підтвердити виявлення цієї пожежі, проводиться зв’язок з іншим спостерігачем, який повинен підтвердити виявлений пожежа і визначити його напрямок. Потім в центрі контролю за допомогою карти встановлюється місцезнаходження передбачуваного пожежі та вживаються заходи щодо його ліквідації.

Аналізуючи традиційну практику виявлення лісових пожеж, стає очевидною необхідність застосування засобів, що дозволяють виявляти пожежа на ранній стадії з метою підвищення пожежної безпеки, мінімізації можливих збитків і скорочення ресурсів, що витрачаються на ліквідацію пожеж.

Сьогодні все частіше йдеться про відеомоніторингу, який є логічним розвитком і автоматизацією візуального моніторингу, на жаль, в ряді випадків згадка відеомоніторингу різними виробниками програмного забезпечення та обладнання відеоспостереження є бажанням “відкусити” частину цього ринку.

Для підтвердження заявлених функцій і характеристик систем замовнику слід проводити запуск пілотних проектів та проведення тестових випробувань. Тільки такий підхід може дати впевненість в тому, що встановлюється система здатна вирішувати поставлені перед нею завдання.

Раннє виявлення, пожежна відеоаналітика, в даний час вже встановлені і успішно експлуатуються відеосистеми дистанційного моніторингу лісових пожеж на основі систем відеоспостереження з комп’ютерним зором. Такі системи дозволяють на ранній стадії виявляти і оперативно реагувати на осередки задимлення і загоряння в лісах.

Основні переваги виявлення загоряння на основі систем відеоспостереження з комп’ютерним зором такі:

  • – виявлення загоряння відбувається в момент його виникнення;
  • – виявлення вогню і диму здійснюється на відкритих просторах;
  • – передача відеоінформації з місця виявлення загоряння проводиться автоматично в реальному часі;
  • – напрямок вогнищ загоряння визначається в залежності від напрямку оптичної осі відеокамер – завдяки цьому можна розрахувати відстань до вогнищ загоряння;
  • – в системі застосовується самодиагностика працездатності, передбачена можливість перевірки спрацювань шляхом “тестових займань”;
  • – можливе застосування бездротових каналів зв’язку (наприклад, 3G); можлива передача даних у єдиний моніторинговий центр.

Системи дистанційного моніторингу лісових пожеж на основі систем відеоспостереження з комп’ютерним зором складаються з вузлів моніторингу -керованих високошвидкісних купольних відеокамер, зазвичай встановлюються на вишках (провайдерів зв’язку, операторів стільникового зв’язку, телевізійних, освітлювальних і т.д.), і локальних моніторингових центрів. У ці центри надходить інформація від відеокамер.

Як детектор загоряння і задимлення використовується поворотна відеокамера, яка виконує панорамне сканування в автоматичному режимі з можливістю ручного управління.

В даний час на ринку вже представлені системи, що забезпечують автоматичне виявлення загорянь по відеозображення. Такі системи широко застосовуються для раннього виявлення загорянь всередині приміщень, а також на відкритих просторах і неодноразово демонструвалися на форумі All-over-IP.

Застосування алгоритму технології комп’ютерного зору в системі дистанційного моніторингу лісових пожеж дозволить в реальному часі в автоматичному режимі виявляти загоряння і попереджати про них оператора.

Такі системи дозволяють визначати місця виникнення загорянь, а також оперативно і правильно направляти пожежні розрахунки При автоматичному виявленні загорання або задимлення система визначає координати місця виникнення пожежі та зазначає їх на відео аналітичній карті місцевості.

Широке впровадження відео системи дистанційного моніторингу лісових пожеж на основі системи відеоспостереження з комп’ютерним зором дозволить оперативно реагувати на виникнення пожеж, істотно знизити ризик надзвичайних ситуацій в лісосмузі, дасть можливість скоротити час реагування і ефективно протидіяти збільшенню масштабів загорянь.

2.4. Система виявлення потенційно небезпечних об’єктів «Лісовий Дозор»

Нижегородська компанія «ДіСіКон» розробила інформаційну систему моніторингу лісу «Лісовий Дозор» для попередження та раннього виявлення лісових пожеж. Також у 2016 році вони стали переможцями першого регіонального конкурсу «ІТ-проект року 2016», посівши перше місце в номінації «Кращий IT-проект для забезпечення безпеки».

Система «Лісовий Дозор» використовує таку перевагу методу візуального моніторингу як раннє виявлення і виключає його недоліки, завдяки чому має можливість використання будь-яких вишок, автоматизації та мінімізації кількості людей, що беруть участь в процесі моніторингу. Крім того, система «Лісовий Дозор» – це інформаційна система, в яку легко можуть бути інтегровані дані, що надходять з різних джерел (систем супутникового моніторингу, від населення та ін.) На відміну від космічного авіа моніторингу, система «Лісовий Дозор» дозволяє здійснювати моніторинг в реальному часі 24 години на добу 7 днів на тиждень. До того її експлуатація істотно дешевше використання авіації і оперативніше супутникового моніторингу.

Найбільш докладно зупинимося на процесі автоматизації процесу виявлення потенційно небезпечних об’єктів, так як саме він забезпечує можливість роботи одного оператора з великою кількістю точок моніторингу (15-20), якщо це необхідно.

Досвід показує, що відеозображення, одночасно передаються з 4 камер, забезпечують надійну роботу оператора (ця ідея реалізована в системі “Лісовий Дозор”). Однак очевидно, що при більшій кількості камер оператор не зможе оперативно здійснювати моніторинг фізично.

Виходячи з реальних характеристик системи визначено, що на огляд користувачем однієї камери йде 10 хвилин. Відповідно в 4-екранному режимі за 10 хвилин оператор огляне 4 камери.

Якщо число камер в системі досягає 20-ти, то для виявлення пожежі користувачеві буде потрібно близько 40 хвилин (при безперервному спостереженні). Але оператору необхідно відпочивати і виконувати інші операції (визначати координати і т. п.). Досвід показує, що до згаданих 40-ка хвилин цей крок додає ще 20 хвилин. Ці розрахунки підтверджуються результатами реальної роботи системи. Таким чином, отримуємо еталонне значення: один оператор системи “Лісовий Дозор» протягом години може здійснювати моніторинг з 20 точок навіть без автоматизації процесу виявлення ПОО (по відеоданих-ним).

Що стосується автоматизації процесу пошуку ПНО на відеозображенні, то вона дозволяє або збільшити кількість камер на одного оператора, або зменшити час, необхідний для виявлення ПНО, або полегшити роботу оператора.

Очевидно, що ці параметри залежать один від одного: наприклад, неможливо збільшити кількість камер на одного оператора, не збільшивши час, необхідний на огляд.

В даний час в системі “Лісовий Дозор» починає активно використовуватися модуль автоматичного пошуку диму, який призначений для виявлення потенційно небезпечних об’єктів на відео зображенні. Його суть полягає в запуску спеціального модуля, що формує список потенційно небезпечних об’єктів, виявлених системою.

При такому режимі роботи користувачу не треба стежити за всіма камерами по черзі – достатньо лише своєчасно переглядати список виявлених об’єктів.

Тестування системи на великому архіві відеоданих (більше 10000 записів) показало наступне.

Кількість необхідної для аналізу користувачем інформації зменшується в 5 разів, так як система вже відфільтровує велика кількість відеоданих, на яких немає нічого, вартого уваги. Фактично вищезгаданий алгоритм призначений для фільтрації даних, які не цікаві оператору – це дозволяє йому зосередитися на аналізі більш суттєвої інформації.

Виходячи з простого розрахунку видно, що кількість камер на одного оператора при колишній навантаженні може становити 100 одиниць. Це вже є істотним показником, але потенціал подальшого поліпшення параметра зберігається.

Використання даного режиму роботи не означає, що система покаже оператору тільки дані, де реально є дим (система не може гарантувати повну відсутність помилкових спрацьовувань). Досить велика кількість відеоданих нічого очікувати утримувати ПНО, але з новим режимом цих даних буде в 5 разів менше, ніж без нього. У перспективі планується збільшити це значення до 100 разів.

Подальші плани розробки і автоматизації в рамках системи “Лісовий Дозор”:

  • – Велика автоматизація процесу визначення координат.
  • – Велика автоматизація процесу побудови маршрутів патрулювання.
  • – Поліпшення характеристик системи виявлення ПНО на відеозображенні.
  • – Автоматизація зв’язків між різними стадіями процесу, що забезпечує максимальне розвантаження оператора і залишає на нього тільки процес прийняття рішення.

Всі ці поліпшення вже включені в план розробки. Усі замовники, які використовують сервіс “Лісовий Дозор”, отримають доступ до всіх нововведень без будь-якої додаткової плати.

2.5 Центральна база авіаційної охорони лісів

Федеральне бюджетна установа «Центральна база авіаційної охорони лісів” Авіалісоохорона »»: 30 червня 2014 відзначила свій 65-річний ювілей. Щороку з цих 65 років є яскравою сторінкою історії не тільки лісового господарства.

Основа становлення авіаційної охорони лісів була закладена вітчизняної лісової наукою ще на початку XX століття, коли був чітко сформульований головний принцип ефективної боротьби з лісовими пожежами: для зменшення наслідків і витрат на гасіння необхідно забезпечити їх виявлення і ліквідацію на самих ранніх стадіях. У нашій країні з її величезними важко доступними лісовими просторами реалізація цього принципу стала можливою тільки завдяки застосуванню авіації. Перший політ з метою виявлення лісової пожежі відбувся в Горьківської області 7 липня 1931 на літаку У-2. Ця дата вважається днем народження авіалісохорони. У 30-ті роки ХХ століття виникли унікальні професії: льотчик-спостерігач і парашутист-пожежник. Професія десантник-пожежник з’явиться пізніше, в середині XX століття з впровадженням в авіалісохорону вертольотів. Слід зазначити, що авіаційна охорона лісів була припинена в роки Великої Вітчизняної війни. У 1944 році був збільшений парк повітряних суден, що охороняється площа лісів і чисельність особового складу.

У 1949 році Міністерством лісового господарства СРСР за розпорядженням Ради Міністрів були створені 7 госпрозрахункових баз авіаційної охорони лісів: Центральна, Північна, Уральська, Західно-Сибірська, Іркутська, Якутська і Приморська. Усі наступні утворення нових авіабаз відбуватиметься за рахунок розукрупнення раніше створених.

У 1958 році на Центральну базу авіаційної охорони лісів було покладено забезпечення централізованого керівництва і координація роботи всієї системи авіаційної охорони лісів Радянського Союзу.

Завдяки ентузіазму, самовідданій праці працівників авіалісохорони була створена одна з найефективніших в світі систем охорони лісів. Налагоджувалися і зміцнювалися міжнародні зв’язки з багатьма зарубіжними країнами. Багато технологій, що використовуються в даний час іншими російськими відомствами, почали застосовуватися саме в авіалісохороні, розроблялися за активної участі її фахівців. Це і штучне викликання опадів, і десантування людей на спускових пристроях з бортів вертольотів, і використання літаків-танкерів, і водозливних пристроїв.

У 2005 році за технічними завданнями та при безпосередній участі фахівців Центральної бази авіаційної охорони лісів запрацювала інформаційна система дистанційного моніторингу ІСДМ-Рослесхоз, що дозволяє проводити моніторинг лісових пожеж та лісопожежної обстановки в масштабах всієї країни в режимі реального часу. Унікальною особливістю ІСДМ-Рослесхоз є інтеграція в одному ГІС-інтерфейсі комплексної інформації: картографії, даних космічного зондування землі (супутникової зйомки), метеоінформації, даних про блискавичних розрядах, про розташування спеціалізованих установ з охорони лісів, а також оперативної і статистичної звітності суб’єктів Російської Федерації і архівної тематичної інформації.

В результаті адміністративної реформи 2006 року, спрямованої на розширення прав суб’єктів Російської Федерації, повноваження з охорони лісів від пожеж були передані регіонам. З метою забезпечення контролю федерального центру за лісопожежною обстановкою в Росії і надання допомоги регіонам, в 2011 році Федеральним агентством лісового господарства в структурі Центральної бази авіаційної охорони лісів був створений резерв парашутно -десантної пожежної служби, а в 2012 р – Федеральна диспетчерська служба лісового господарства .

Федеральна диспетчерська служба лісового господарства, і парашутно-десантна пожежна служба ФБУ «Авіалесоохрана» входять до складу функціональної підсистеми охорони лісів від пожеж та захисту їх від шкідників (РСЧС ліс) Єдиної державної системи попередження і ліквідації надзвичайних ситуацій.

В рамках диспетчеризації лісового господарства вертикаль проходження інформації про площі, динаміці розвитку лісових пожеж, вжиті заходи до ліквідації починається з диспетчерських служб лісництв, звідки дані надходять в регіональні диспетчерські служби лісового господарства, передають увесь потік інформації в Федеральну диспетчерську службу, де забезпечується контроль не тільки за горимо лісів Росії, але і за достовірністю представленої регіонами інформації. Такі можливості Федеральна диспетчерська служба лісового господарства має завдяки роботі інформаційної системи дистанційного моніторингу – ІСДМ-Рослесхоз.

У 2012 році на базі Федеральної диспетчерської служби лісового господарства почала працювати Пряма лінія лісової охорони. Тепер за єдиним безкоштовним номером будь-яка людина може повідомити оператору Прямої лінії про всі події або порушення в лісі -пожежі, рубки, звалища, незаконні споруди, осередки шкідників. Отримана інформація негайно передається фахівцям всіх зацікавлених відомств.

На основі постійного аналізу та прогнозування лісопожежній обстановки, що проводяться Федеральної диспетчерською службою, і звернень Урядів регіонів за допомогою в стабілізації обстановки, Федеральне агентство лісового господарства приймає рішення про застосування для боротьби з пожежами команд парашутно-десантної пожежної служби ФБУ «Авіалісоохорона».

У період з 2011 по 2018 роки парашутисти-пожежні і десантники-пожежники федеральної авіалісохорони надавали дієву допомогу в гасінні лісових пожеж в умовах НС регіонах Далекосхідного, Сибірського, Уральського, Північно-Західного, Центрального, Південного округів. В ході ліквідації лісових пожеж запобігли перехід вогню на населені пункти і об’єкти економіки, в т.ч. великі лінії електропередач, сховища паливно-мастильних матеріалів, аеропорти.

У 2016 році ФБУ “Авіалісоохорона” були повернуті повноваження з проведення вибухових робіт і робіт зі штучного викликанню опадів з метою гасіння лісових пожеж. Проведення даних робіт розпочато з 2017 року і здійснюється за рішенням Федерального штабу з координації діяльності по гасінню лісових пожеж.

Важливим напрямком роботи «Центральної бази авіаційної охорони лісів» є підготовка фахівців для контролю лісопожежної обстановки і боротьби з лісовими пожежами. У структурі установи працює авіаційний навчальний центр, який здійснює підготовку за більш, ніж 10 програмами, в т.ч. льотчиків-спостерігачів, інструкторів парашутно-десантної пожежної служби, керівників гасіння лісових пожеж. В роботі авіаційного навчального центру використовуються інноваційні технології. Так, тренажерна підготовка льотчиків-спостерігачів проводиться на комплексному тренажері вертольота Мі-8 МТВ, оснащеного програмно-апаратним забезпеченням, що дозволяє моделювати сценарії розвитку лісових пожеж і роботу водозливного пристрою.

Площа лісового фонду Росії становить понад 1,1 млрд га. У зоні активної охорони знаходиться більше половини площі. Моніторинг та гасіння лісових пожеж наземними методами забезпечується на площі близько 90 млн га. Інша частина, а це майже 500 млн. Га. знаходиться в зоні відповідальності авіаційної охорони лісів. Важливо розуміти, що крім традиційно враховується економічного доходу ліс приносить безцінний екологічний дохід, виробляючи кисень, утилізуючи вуглекислий газ, регулюючи водостоки і клімат. Тому ефективно працююча Авіалесоохрана – один з важливих факторів стійкого розвитку держави і суспільства в цілому, як заставу екологічної та економічної стабільності.

2.6. Перша Українська система

Під час тестування система виявляла пожежі у лісах України. Лельчицкий район – самий лісистий край Білорусі. Це одна з причин, по якій тут проходить обкатку унікальна система раннього виявлення пожеж.

На пожежно-хімічної станції ГЛХУ «Мілошевічскій лісгосп» панує пожвавлення. У невеликому черговому приміщенні йдуть останні приготування. Фахівці проводять наладку, звіряють параметри. Називаються цифри, координати, звучать малозрозумілі для непосвяченого людини терміни.

Суть експерименту проста. У кількох місцях лісництв буде влаштовано загоряння. Працівники лісгоспу розкладуть багаття, щоб дим піднявся вище верхівок дерев. Завдання системи – помітити, розпізнати його і подати сигнал. Все під суворим контролем. На кожній точці задимлення виставлені пожежні пости.

Камера відеоспостереження переводиться в режим патрулювання, в якому вона автоматично обертається навколо своєї осі на 360 градусів. Аналіз кожного кадру займає приблизно 20 секунд. Хроніка огляду безперервно фіксується в електронному журналі, дані якого зберігаються на сервері. Поки все спокійно: багаття під наглядом лісників розпалюються, але дим ще не піднявся на достатню висоту.

Замовником нової системи виступило РУП «Белгослес». А безпосередньо впровадженням займається Гомельське ТДВ «Нові технології». Директор фірми Ігор Талуть пояснює, в чому новизна проекту, що не має аналогів в ближньому зарубіжжі:

Перш за все, унікальна сама ідея – використовувати штучний інтелект для пожежної охорони лісу. Виявивши на горизонті завісу, нейронна система здатна аналізувати її складу, визначаючи чи дійсно це дим, туман або пил. Принцип дії той же, що і у комп’ютерної системи розпізнавання осіб. Якщо, наприклад, ви наділи перуку, приклеїли бороду, то, на погляд іншої людини, зовні змінилися. Однак нейросеть буде ідентифікувати вас інакше: по висоті скул, розрізу очей і іншим геометричним характеристикам особи. Швидше за все, для неї ви залишитеся колишнім. Наша розмова перериває звуковий сигнал. Одночасно з ним на моніторі з’являється повідомлення: «Виявлено задимлення». Система розпізнала білясту завісу, котра піднімається над кронами дерев. Через хвилину співрозмовник показує свій телефон, на який система надіслала фотокадр. Такі повідомлення при виявленні пожежі отримуватимуть і керівні працівники лісгоспу.

Через деякий час виявлений ще один стовп диму. На третій точці вогонь запалювати не стали. Піднявся сильний вітер – вирішили не ризикувати. До слова, коли випробування йде повним ходом, у вартівні оживає радіостанція. На зв’язку – повітряний патруль «Беллесавиа», який з неба помітив дим над лісом. Пілотів запевнили, що ситуація під контролем.

Поруч з новими моніторами тулиться ще один – менше розміром і старше віком. Це пристрій колишньої системи, яка також непогано проявила себе і як і раніше залишається в справі. Правда, тепер їй відводиться другорядна дублююча роль. Одна електронна «голова» добре, а дві, як відомо, краще. Увагу привертає настінна карта із зазначенням азимутів обертання старих камер. У центр кожного кола вбитий гвоздик, до якого прив’язана мотузка з грузиком на кінці. За допомогою цих схилів обчислюється квартал, в якому відмічено загоряння. Втім, тепер ці маніпуляції ні до чого – нова система видає потрібні дані на монітор. Вогнище спалаху визначається з точністю до півтора кілометрів. Для тисяч гектарів лісових угідь це хороший показник.

Тепер обчислювати вогнище загоряння по карті вже не доведеться. Як свідчить практика, новий помічник лісників здатний виявляти задимлення в радіусі 50 км від вишки. Гострота зору залежить від ландшафту місцевості, погодних умов, технічних параметрів обладнання. Під час роботи в тестовому режимі не обійшлося без дрібних нюансів. Одного разу густий туман взяли за дим пожежі. Але одне з головних достоїнств системи якраз і полягає в здатності вчитися на своїх помилках. Відеозапис, яка спровокувала помилкове спрацьовування, буде проаналізована і внесена в пам’ять машини. Більше конфуз не трапиться.

Власне, в тестовому режимі система вже довела свою ефективність і навіть виявила кілька пожеж. У тому числі на території України, кордон з якою пролягає через угіддя лісгоспу впродовж 84 кілометрів. До речі, нерідко пожежі приходять з того боку. У таких ситуаціях лісова охорона Мілошевічского лісгоспу поспішає на виручку, оперативно і без зайвих формальностей перетинаючи кордон. Угода про такий порядок досягнуто на міждержавному рівні. Допомога добрих сусідів в подібних ПП ніколи не буває зайвою. Інтерес нашого боку також очевидний: краще допомогти українським колегам здолати вогонь на їх території, ніж потім гасити у себе. Три роки тому один з сильних пожеж вдалося зупинити біля самого кордону. А їх у 2015 році було чимало.

Проблема забезпечення безпеки лісів для нас більш ніж актуальна, -зізнається директор ГЛХУ «Мілошевічскій лісгосп» В’ячеслав Беруся. Особливо в такі посушливі роки, як нинішній. У сухому лісі пожежа поширюється за лічені хвилини, а то й секунди. За півгодини може запросто згоріти декілька сотень гектарів лісу, особливо якщо вогонь йде по верху. А гасіння боліт і торфовищ часом триває не одну добу. Тому складно переоцінити значимість раннього виявлення вогнищ загорянь.

Поки нововведення впроваджується в двох лісгоспах – Мілошевічском і Поліському, що знаходиться в сусідньому Столінського районі. Стратегічний задум – підключити до системи всі лісові господарства країни. Це підвищить надійність контролю, виключивши горезвісний людський фактор. Людям залишиться лише оперативно реагувати і перемагати пожежа до того, як він набере силу.

Хоча, звичайно ж, одними лише технічними засобами проблему не вирішити. Багато що залежить від поведінки тих, хто ходить в ліс. Лісівники наголошують: рівень свідомості та культури громадян в останні роки стає вище однак працювати ще є над чим.

Завантажити дисертацію можна за посиланням

https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/38461/1/Leonov_magistr.pdf

Loading