Sisteme de detectie a incendiilor de padure

Sisteme de detectie a incendiilor de padure

Incendiile de padure distrug cateva sute de hectare de padure si alte tipuri de vegetatie in toata lumea in fiecare an. In zona boreala Eurasiatica suprafata medie distrusa intr-un an este de 10 milioane de hectare. Pierderile provocate de incendii sunt asociate mai ales cu suprafata incendiata, valoarea lemnului ars, cat si impactului asupra naturii, infrastructurii si populatiei.

In SUA au loc anual aproximativ 100.000 de incendii pe o suprafata totala de peste 4 milioane de hectare. Rezulta pierderi de lemn in valoare de 4 miliarde de dolari. In multe din cazuri, costul total, incluzand reabilitarea solului, are o valoare mai mare decat cea a lemnului pierdut. Costul asociat gazului degajat si distrugerii stratului de ozon si ecosistemului nu poate fi calculat cu exactitate.

Senzorii de infrarosu de la bordul satelitilor aflati pe orbita sunt folositi pentru a colecta date statistice despre incendii, dar nu si pentru controlul acestora. De cand satelitii orbitali acopera partea de nord a Pamantului de mai multe ori pe zi, datele culese de acestia pot fi folosite pentru a detecta incendiile din padurile boreale. Radiometrele de la bordul satelitilor NOOA si ERS-2 sunt folosite pentru a detecta incendiile din Finlanda. Alarmele de incendiu prin telefax sunt transmise automat catre centrele de interventie. Suprafata minima incendiata care poate fi detectata este de 0.1 hectare, precizia este de 1 kilometru si numarul de alarme false este de 10% din totalul alarmelor semnalate.

Un nou proiect pentru a imbunatatii sistemul de alarmare in caz de incendii de padure a implicat cooperarea intre companiile finlandeze si Agentia Spatiala Europeana (ESA). Cea mai interesanta si importanta caracteristica a acestui sistem este capabilitatea de a alatura si procesa diferitele informatii provenite de la sateliti simultan cu alarmele de incendiu obisnuite, intr-un mediu integrant.

Laboratorul de studii VTT din Finlanda a inceput sa formeze si sa dezvolte un sistem de observare si de alarmare a incendiilor de padure in anul 1993. Natiunile Unite au initiat Deceniul International pentru Reducerea Dezastrelor Naturale (IDNDR). Unul dintre scopurile IDNDR a fost de a promova dezvoltarea unor noi metode de management a dezastrelor, iar Finlanda a fost printre primele tari care s-au alaturat muncii IDNDR. VTT a facut o propunere Ministerului de Interne din Finlanda pentru a dezvolta un sistem bazat pe sateliti pentru detectarea incendiilor de padure si pentru aplicarea acestui sistem de detectie pe padurea boreala, iar ulterior sa poata fi aplicat si altor paduri sau chiar altor dezastre. IDNDR a acceptat aceasta propunere ca unul dintre proiectele demonstrative internationale, care sunt folositoare pentru atingerea scopului acestei asociatii.

Sistemul pilot de detectare a incendiilor de padure s-a bazat pe folosirea unui radiometru cu rezolutie mare (AVHRR), instrument aflat la bordul satelitilor americani NOAA.

In anul 1998 ESA a initiat activitatea de studiu pentru pregatirea programului "Promovarea tehnologiei spatiale pentru managementul dezastrelor naturale". Activitatea de studiu a avut ca obiectiv folosirea si imbunatatirea sistemului de observare-evaluare-adaugare asupra Pamantului care exista deja si de a demonstra aplicatiile tematice asupra monitorizarii dezastrelor si operabilitatea lor in folosul atingerii unicului scop-protejarea mediului. In acest context sistemul de alerta in cazul incendiilor de padure indeplinea toate  cerintele.

Cercetare a inceput la mijlocul anului 1999 cu scopul de a imbunatatii capabilitatea sistemului de a raporta detectarea incendiului si integrarea acestuia in serviciile de pompieri din Finlanda. Pentru a mari capabilitatea de detectare a incendiilor, ESA a propus sa fie folosite si datele colectate de instrumentele aflate pe satelitul ERS 2 ATSR-2. "Radiometrul ce scaneaza de-a lungul semnalului" (ATSR) este un radiometru pasiv cu rezolutie in spatiu si cu infrarosu. Acesta are lungimea de unda a canalului foarte apropiata de radiometrele AVHRR folosite pe satelitii americani NOOA.

Aceste caracteristici au facut posibil sa se aplice acelasi concept de procesare pe datele introduse in ambele instrumente si sa poata fi folosite in cadrul aceluiasi mediu de procesare a datelor. Mai mult, sistemul de raspuns diferit al ATSR in comparatie cu AVHRR a permis ca frecventa de monitorizare a incendiilor sa fie marita.

Sisteme automate de detectare a incendiilor

Configuratia sitemului de detectare a incendiilor la padure este aratata in figura 1.

Datele transmise cu ajutorul satelitilor NOAA sunt primite la statia de stocare a datelor de la Institutul Meteorologic Finlandez. Datele de la ERS-2/ATSR sunt descarcate si procesate la Statia de Sateliti Tromso si apoi sunt colectate prin serviciul ftp prin ESA ATSR in timp real (NRT). Deoarece HRTP consta in date brute colectate de la sateliti trebuie efectuata o operatie de pre-procesare a datelor pentru a verifica posibilele erori de receptie si pentru a fi codate in sistemul AVHRR. Aceste scheme sunt transpuse pe o harta in sistem de coordonate si apoi se verifica perzenta punctelor periculoase.

Confirmarea incendiilor se face cu ajutorul unor lungimi de unde de 3 µm pentru a prevenii alarmele false datorate reflexiei luminii de catre nori. De asemenea se cunosc locurile geometrice de pe harta ale lacurilor, raurilor care ar putea reflecta lumina si de asemenea sunt evidentiate pe harta platformele industriale care emit caldura si chiar si radiatii din cauza flacarilor.

La fiecare incendiu detectat se trimite un raport catre dispeceratul zonal pe raza caruia se detecteaza ,acesta fiind trimis cu ajutorul unui telefax. In raport sunt specificate coordonatele si ora la care a fost detectat incendiul. Locatia focului este transmisa de asemenea printr-o harta anexata la raport.

Rezultatele sistemului in vara anului 1999

Sistemul de detectare a incendiilor a functionat la parametrii apropiati de cei normali din data de 5 mai 1999 si pana la data de 4 octombrie 1999. De-a lungul acestei perioade sistemul a procesat 648 de scene primite de la satelitii NOAA si a detectat 1971 de incendii in zona protejata cu o intindere de 1700 km pe 1700 km avand centrul in Finlanda. Incendiile detectate in aceasta perioada sunt prezentate in figura 2.

Opt incendii raportate ca fiind pe Marea Baltica au fost considerate erori ale sistemului, de asemenea incendiile situate pe coasta Norvegiei , asa cum se observa si pe harta, au fost incendii la platforme de extragere a titeiului.

Telefaxurile cu rapoartele despre incendiu au fost trimise pentru incendiile detectate in Finlanda, Estonia, Suedia, Norvegia, Letonia si zona autonoma Carelian din Rusia, intr-un total de 372 de semnalari de incendiu in aceste tari.

Timpul mediu de raspuns de la primirea imaginilor de la sateliti si transmiterea rapoartelor de incendiu a fost de 28 de minute. Rapoartele cuprindeau rugamintea de a transmite datele rezultate in urma verificarilor catre Ministerul de Interne al Finlandei, pentru a putea fi analizate ulterior.

Majoritatea incendiilor detectate in urma rezultatelor primite de la centrele zonale (104) au fost focuri controlate, incendii de padure sau in agricultura. In 11 cazuri incendiul a fost raportat ca alarma falsa. Acestea au fost studiate mai detaliat si in cazul a 7 din ele s-a ajuns la concluzia ca au fost datorate calitatii proaste a receptiei, iar in cazul celorlalte 4 situatii s-a considerat ca in apropiere au fost nori de dimensiuni mici care au reflectat lumina cu o intensitate apropiata de cea a unui incendiu.

Precizia locatiei incendiilor detectate

Sistemul care proceseaza aparitia incendiilor de padure exclude zonele industriale (bazat pe faptul ca se cunoaste pozitia acestora pe harta), ca fiind alarme false. Pozitiile acestor "puncte fierbinti" este pastrata intr-un fisier produs de sistem. Se poate presupune ca sursa de caldura de la acestea (in special fabrici de otel) se afla mereu in acelasi punct de pe harta si astfel cu ajutorul lor se poate verifica sistemul privind estimarea locatiei acesteia pe harta in raport cu situatia in teren, astfel putandu-se determina pozitia unui incendiu real.

Bazele de date ale celor 2 retele de sateliti au fost folosite in perioade diferite pentru a descoperi locatia incendiilor. Astfel, intre 1 decembrie 1999 si 24 iulie 2000 s-au utilizat satelitii ATSR si cei AVHRR in perioada 2 mai 2000 - 24 iulie 2000. Pozitia exacta a incendiilor a fost determinata prin observarea a doua zone industriale din Suedia: Lulea si Nykoping.

Chiar daca s-a observat doar o zona s-a descoperit ca locatia exacta a presupusului punct rosu, datorat emisiei de caldura, s-a modificat de-a lungul timpului. Presupunerea facuta a fost ca de-a lungul perioadei in care s-a observat acel obiectiv s-au miscat obiecte care radiaza caldura in cadrul acelei zone, sau directia sursei de caldura s-a modificat de-a lungul perioadei de timp in care aceasta a fost pusa sub observare.

Eroarea observata a evidentiat faptul ca satelitii NOAA au ca vector grafic un patrat cu latura de 1,1 km, de aceea aflarea locului exact al unui incendiu se poate estima cu exactitate doar daca incendiul are loc in centrul acestui patrat(fiecare patrat este compus din 4 pixeli).

In urma tuturor testelor si implementarii rezultatelor s-a constatat ca performantele unui sistem operational de detectare a incendiilor cu ajutorul satelitilor sunt:

- suprafata minima detectabila este de 0,1 hectare;

- timpul scurs de la inceputul incendiului pana la alarmarea celei mai apropiate unitati de pompieri este de 30 minute;

- proportia de alarme false este sub 10% ;

- precizia locului este de pana la 500 m;

- alarma este transmisa celei mai apropiate unitati de pompieri fata de locul in care a izbucnit incendiul.

Sisteme automate de detectie a incendiilor de padure cu ajutorul camerelor

Dezvoltarea din domeniul senzorilor, al camerelor digitale, al procesarii imaginilor cu ajutorul calculatoarelor a facut posibila detectarea incendiilor in faza incipienta. Dupa o faza a testelor ce a durat 2 ani au fost demonstrate cerintele necesare utilizatorului pentru o recunoastere sigura a fumului pana la 10 km.

In acest moment sitemul este gata pentru a fi produs la scara redusa si in functie de necesitatile specifice zonei protejate.

Partile componente ale sistemului:

-camera de inalta rezolutie (14 bits) cu protectie impotriva apei ;

-calculator pentru procesarea imaginilor si calculator de comanda;

-soft pentru identificarea fumului;
-tehnica de transmitere a datelor catre unitatea centrala (ISDN sau radio);

-sistem de alimentare independent;

-harti electronice.

Particularitatile sistemului:

-detectarea norilor de fum cu suprafete de minim 10m pe 10m, in timpul zilei, in mai putin de 8 minute;

-calitatea imaginii foarte buna de la inceputul detectarii incendiului pana la receptia acestora de catre calculatorul de comanda;

-procesarea datelor local, in timp real;

-maxima precizie si in cazul conditiilor meteo nefavorabile;

-inmagazinarea tuturor evenimentelor intr-o baza de date;

-supervizare rapida si completa a terenului pana la 30 km in conditii meteorologice foarte bune;

-reducerea pagubelor provocate de incendiu datorita descoperirii rapide a acestuia;

-scaderea costurilor de supraveghere;

-eliminarea erorilor umane;

-imbunatatirea conditiilor de munca.

Concluzii

Pe parcursul ultimelor doua decenii s-a avut in vedere ca incendiile pot fi detectate din spatiu cu ajutorul satelitilor meteorologici. Totusi, pana la ora actuala nu a fost lansat pe orbita nici un satelit cu misiunea de a supraveghea si detecta incendiile de padure.

Detectarea incendiilor de padure cu ajutorul satelitilor este o solutie reala ce poate fi folosita si in cazul altor dezastre naturale. In perioadele de inceput ale verii cand nu se folosesc alte mijloace de verificare a posibilelor aparitii ale incendiilor satelitii constituie baza acestui sistem de detectie. De asemenea are avantajul de a putea fi folosit si in locurile nelocuite, sau in zonele greu accesibile omului.

Pe parcursul ultimilor ani majoritatea tarilor dezvoltate au inceput sa realizeze importanta implementarii unor astfel de sisteme, astfel ca in tari ca SUA au aparut primele proicte si primele incercari de a pune bazele sistemului de supraveghere a incendiilor de padure cu ajutorul unor noi metode de detectare.

De asemenea la un simpozion desfasurat in anul 2006, tarile din Asia au purtat discutii privind infiintarea unui sistem care sa satisfaca nevoile tuturor si sa le apere impotriva dezastrelor naturale si a incendiilor.

Avand in vedere ca in fiecare an se cheltuiesc din ce in ce mai multi bani pentru a salva mediul inconjurator se asteapta ca aceste sistem de monitorizare si detectare a incendiilor sa fie implementate in toata lumea, putand avea astfel un timp mai bun de raspuns in cazul unui incendiu si de a reusi stingerea altora care se descopera prea tarziu.