Исследование видимости пламени сквозь кроны деревьев с малых высот

Обнаружение возгораний в лесах с помощью оснащенных съемочной аппаратурой беспилотных летательных аппаратов находит все большее распространение в практике мониторинга пожаров (Yuan et al., 2017). Однако, например, автоматическое детектирование пламени малого размера в видимом диапазоне электромагнитного спектра оказывается реализуемым лишь в определенном диапазоне условий освещения, геометрии визирования, параметров растительности (Мателенок, 2020). При этом, как показывает анализ состояния проблемы, влиянию структуры полога леса на возможность обнаружения возгораний в начальной стадии их развития уделено недостаточно внимания. Настоящая работа направлена на получение оценок видимости возгораний через полог леса при различных значениях параметров его структуры.
На основе данных о расположении фитоэлементов в пространстве из нескольких источников были созданы упрощенные и фотореалистичные виртуальные модели деревьев. Далее модели были использованы в сериях численных экспериментов по анализу видимости возгораний при различных вариантах геометрии визирования. Для трех видов деревьев лиственных пород (Acer campestre, Betula pendula, Populus tremula) получены оценки видимости пламени. Выполнены калибровочные тесты по анализу видимости в условиях отсутствия преград между пламенем и сенсором, а также при наличии преград определенной формы. Полученные результаты удовлетворительно согласуются с результатами моделирования распространения прямого излучения источника с помощью закона Ламберта-Бера. Как показали эксперименты, видимость пламени в значительной степени зависит от сомкнутости крон, которая определяет относительный вес таких факторов, как ориентация фитоэлементов и длина пути излучения в пологе. Так, при практически полностью сомкнутых кронах и зондировании в надир пламя с большей вероятностью детектируется через полог, сформированный Acer campestre, чем Betula pendula. При съемке с углов около 35 град. от горизонта доли достигающего сенсора излучения будут практически идентичными для изученных пород, что также соответствует существующим представлениям о характере распространения света в пологе (Тооминг, 1977).
На следующем этапе исследования численные эксперименты будут дополнены анализом видимости пламени в условиях реального лесного массива.
Работа выполнена при поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых и по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации (проект МК-1004.2020.5).