Оптимизация технологии расчета и аннотации пожаров в системах мониторинга с использованием растрового подхода

Использование спутниковых данных для формирования оценок пройденных огнем площадей на сегодня является одной из традиционных задач спутникового мониторинга. Такие задачи решаются, в частности, в интересах ИСДМ-Рослесхоз (Балашов и др, 2022), систем Вега-Про и Вега-Science (Лупян и др., 2021), сервиса Вега-Лес (Балашов и др.,2020), ИАС Углерод-Э (Балашов и др., 2024) и других. В основе метода лежит оценка площадей пожаров по геометрической площади их полигонов, сформированных последовательным объединением геометрий отдельных пикселей термических аномалий по всем сеансам наблюдения. Далее для получения оценок в разрезе тематических карт — лесов, типов территорий, территориального деления и др. — используются алгоритмы аннотации, то есть пересечения полигонов пожаров с геометриями тематических карт (Лупян и др., 2017) При росте площадей пожаров существенно растет их геометрическая и топологическая сложность, что приводит к росту вычислительных затрат при расчете накопленных контуров пожаров. Рост временных затрат фактически может остановить оперативное ведение баз данных пожаров, а пересчет многолетних рядов занимает неприемлемое время. Одним из решений является использование растровых подходов как к формированию полигонов пожаров, так и при выполнении их аннотации.
Формирование полигонов пожаров. Входной информацией служат объединенные полигоны горения в отдельном сеансе наблюдения (fsnaps) и уже существующие полигоны пожаров. Ключевой подход — использование растровых слоев, получаемых путем растеризации fsnaps и пожаров, с кодированием их идентификаторов в значениях пикселей совместно с другими данными для связи между объектами. Такие пиксельные матрицы применяются для формирования сводных матриц новых состояний пожаров, включая случаи объединения отдельных пожаров в один (слияние). Процесс выполняется итеративно для обработки всех новых данных о горении и обновления всех активных пожаров. Для поддержки слияния используются методы буферных зон и учета соседних пожаров совместно с исходными fsnaps. Далее матрицы векторизуются, и результат вместе с идентификаторами и атрибутивной информацией помещается в базу данных полигонов пожаров.
Аннотация пожаров. Основой расчета площадей пожаров в разрезе тематических карт на основе растрового подхода является метод формирования зональной статистики. Все тематические слои и полигоны пожаров проходят растеризацию в единой проекции и разрешении для формирования пиксельных матриц. Необходимая атрибутивная информация кодируется в виде «составных» значений пикселей. По полученным матрицам формируется статистика по каждому значению пикселя, представляющая долю площади пожара в классах тематических карт. На основе этой информации рассчитываются площади пожаров в разрезе тематических карт, помещаемые в базу данных результатов аннотации. Программная реализация выполнена на основе библиотек GDAL и NumPy для языка Python.
На текущий момент блоки на основе предложенных схем интегрированы в подсистему оценки пройденных огнем площадей сервисов Вега и применены для пересчета многолетних данных в сервисе Вега-Лес. Реализованные растровые подходы позволили существенно снизить временные затраты на расчет и аннотацию крупных пожаров.
В настоящем докладе приводится обзор схем формирования полигонов пожаров и их аннотации, а так же полученные оценки точности методов.
Работа выполнена в рамках темы МОНИТОРИНГ госрегистрация № 126031818938-6; использованы ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019) и УНУ «Вега-Science» (Лупян и др., 2021).