Шестнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»
XVI.B.271
Корреляция спутниковых и видео данных для оперативного мониторинга вулканической активности Камчатки
Мельников Д.В. (1), Маневич А.Г. (1), Гирина О.А. (1)
(1) Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, Россия
В настоящее время применение web-камер является неотъемлемым инструментом для анализа вулканической активности. Они могут дополнять своей информацией сейсмический, спутниковый, визуальный мониторинг. Web-камеры используются для наблюдений за многими действующими вулканами мира, однако в большинстве случаев они используются лишь для качественного мониторинга, позволяя выявлять пепловые шлейфы и термальные аномалии. В ряде публикаций (Lovick et. al, 2008; Patrick et. al., 2010) были продемонстрированы алгоритмы обработки изображений, полученных с web-камер, для количественного анализа вулканических событий. Описанный выше алгоритм был локализован для работы с web-камерами Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН установленными в пос. Ключи, которые ведут непрерывную съёмку вулканов Шивелуч и Ключевской. Для обработки использовались только ночные снимки, на которых можно фиксировать свечение горячего вулканического материала в инфракрасном диапазоне (от 700 до 1000 нанометров). Частота съёмки камер составляет 1 кадр/мин. Разработанный авторами компьютерный алгоритм автоматически выбирает ночные снимки, конвертирует их в 256 градаций серого цвета, или яркости (значение 0 представляет чёрный цвет, а значение 255 — белый). Основой для анализа данных являются методы статистической обработки изображений. Для каждого снимка определялось среднеквадратичное отклонение (градаций серого) – показатель рассеивания значений случайной величины относительно её математического ожидания, которое позволяет оценить, насколько значения во множестве могут отличаться от среднего значения. В результате мы можем получить количественные характеристики интенсивности свечения термальной аномалии в пределах активной части вулкана.
Следующим шагом стала попытка провести корреляцию полученных данных со спутниковой информацией. Для этой задачи был выбран сенсор AHI, установленный на геостационарном спутнике Himawari-8. Спутник позволяет производить съемку поверхности Земли каждые 10 минут, что значительно повышает информативность наблюдений за активными вулканами. В России данные Himawari-8 получает и обрабатывает ДЦ "НИЦ "Планета" (Хабаровск). С использованием возможностей объединенной системы работы с данными НИЦ "Планета" и Центра коллективного пользования "ИКИ-Мониторинг", информация, получаемая на основе данных Himawari-8, интегрирована в информационную систему “Дистанционный мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил” (VolSatView) (Гордеев и др., 2016; Лупян и др., 2014, 2015). Обработка данных AHI полностью производилась в системе VolSatView. Для каждого спутникового снимка автоматически определялась яркостная температура (в диапазоне 3.9 мкм) над действующим вулканом.
Результат совместной обработки спутниковых данных и информации с web-камер показал очень хорошую их корреляцию по определению интенсивности термальной аномалии для извержений вулканов Шивелуч и Ключевской. Показано, что увеличение временной детализации данных позволяет выделять этапы подготовки и развития эруптивной деятельности; улучшать информативность оперативного мониторинга текущих извержений вулканов. Представленные два метода обработки и анализа дистанционных данных (спутниковых и web-камер) могут использоваться как самостоятельно, так и совместно, дополняя друг друга.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 16-17-00042).
Ключевые слова: Himawari-8, Камчатка, вулкан, мониторинг, web камера, VolSatView
Литература:
- Гордеев Е.И., Гирина О.А., Лупян Е.А., Сорокин А.А., Крамарева Л.С., Ефремов В.Ю., Кашницкий А.В., Уваров И.А., Бурцев М.А., Романова И.М., Мельников Д.В., Маневич А.Г., Королев С.П., Верхотуров А.Л. Информационная система VOLSATVIEW для решения задач мониторинга вулканической активности Камчатки и Курил // Вулканология и сейсмология, 2016. № 6. С. 1-16.
- Лупян Е.А., Милехин О.Е., Антонов В.Н., Крамарева Л.С., Бурцев М.А., Балашов И.В., Толпин В.А., Соловьев В.И. Система работы с объединенными информационными ресурсами, получаемыми на основе спутниковых данных в центрах НИЦ “Планета” // Метеорология и гидрология. 2014. № 12. С. 89-97.
- Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А., Балашов И.В., Барталев С.А., Ефремов В.Ю., Кашницкий А.В., Мазуров А.А., Матвеев А.М., Суднева О.А., Сычугов И.Г., Толпин В.А., Уваров И.А. Центр коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ИКИ РАН для решения задач изучения и мониторинга окружающей среды // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 263-284.
- Lovick, J., Lawlor, O., Dean, K., & Dehn, J. Observation of volcanoes through webcams: Tools and techniques. In AGU Fall Meeting Abstracts. 2008.
- Patrick M. R., Kauahikaua J. P., & Antolik, L. MATLAB tools for improved characterization and quantification of volcanic incandescence in Webcam imagery: Applications at Kilauea Volcano, Hawaii. US Geol. Surv. Tech. Methods. 2010. Vol. 13. P. 1-16.
Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга
102