Реализация веб-инструмента для анализа снимков спутников Landsat с целью мониторинга возникновения очагов лесных пожаров на территории Мурманской области

Особенности арктической зоны не являются препятствием для регулярного возникновения пожароопасных ситуаций. Территория Кольского полуострова, расположенная в Арктической зоне, обильно покрыта лесами разного вида, что значительно утяжеляет выполнение задачи по локализации возгорания привычными методами обнаружения. Следовательно, использование данных спутниковых наблюдений имеет решающие значение для управления политикой сохранения окружающей среды и людских жизней.
Для решения задачи мониторинга возникновения очагов возгорания лесных пожаров на территории Мурманской области были использованы спутники Landsat-8 и 9, которые предоставляют 11-ти канальные данные в формате GeoTIFF размером 7600 × 7600 пикселей. Каждый мультиспектральный пиксель соответствует 30 метрам пространственного разрешения.
В рамках проведенного исследования были разработаны серверное приложение с веб-интерфейсом, включающее в себя следующие модули: получения актуальных данных, предобработки изображений, анализа, подготовки к отображению и отображения очагов.
Получение актуальных данных основано на machine-to-machine applicational programming interface. В результате работы модуля происходит скачивание крайних доступных инфракрасных снимков области интереса. Далее модуль предобработки разбивает полученные снимки на фрагменты 256/256 пикселей, исключая области с отсутствующими данными для дальнейшего анализа. Во время работы модуля анализа, полученные ранее фрагменты преобразуется в бинарные маски с помощью обученной сверточной нейронной сети (CNN). При наличии горящих пикселей, информация об фрагменте передаётся модулю подготовки к отображению. Так как итоговые маски пожаров не сохраняют геопривязку, модуль находит локальные координаты горящих пикселей на маске и создаёт соответствие с геокоординатами на соответствующем фрагменте. Как итог – собирается файл, содержащий в себе массив координат, которые в дальнейшем считываются и отображаются в веб-интерфейсе.
Была проведена апробация веб-инструмента на реальных архивных данных по произошедшим пожарам на Кольском полуострове, предоставленных МЧС России по Мурманской области за 2020 – 2022 года, результаты показали что 34% произошедших за три года лесных пожаров могли быть обнаружены раньше, чем это произошло в реальности. Опытная эксплуатация веб-инструментария началась 18 июня 2024 года. С момента запуска приложение беспрерывно работает в автономном режиме, выполняя задачи получения и обработки крайних доступных спутниковых данных дважды в сутки. В процессе своей работы с 18 июня 2024 года по 05 сентября 2024 года было обнаружена 661 термальная точка, что соответствовало 149 очагам возгорания лесных пожаров.
Дальнейшая работа предполагает адаптацию инструментария к использованию данных с российских спутников.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-17-20021, https://rscf.ru/project/24-17-20021/ и Минобрнауки Мурманской области согласно Соглашения от 03.05.2024 № 199.