Αλγόριθμος για την ανίχνευση πυρκαγιάς μέσω δορυφορικών εικόνων του AVHRR

Από RemoteSensing Wiki

[1]

Συγγραφείς S. P. FLASSE & P. CECCATO

ΣΚΟΠΟΣ- ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ένας σχετικός αλγόριθμος αναπτύχθηκε για την ανίχνευση πυρκαγιάς με δεδομένα NOAA-AVHRR-LAC. Σε αντίθεση με τους «παραδοσιακούς» αλγόριθμους ανίχνευσης πυρκαγιάς, η καταγραφή μιας πυρκαγιάς γίνεται με τη σύγκριση ένος pixel από τη φωτιά με τα pixels στον εγγύτερο γείτονα. Ο αλγόριθμος είναι αυτό προσαρμοστικός και ως εκ τούτου, πολύ συνεπής σε μεγάλες περιοχές αλλά και γενικότερα καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου. Επίσης φαίνεται να λειτουργεί με επιτυχία σε περισσότερες περιοχές του κόσμου.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πυρκαγιές στη βλάστηση λαμβάνουν χώρα σε πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο και αποτελούν μια πτυχή της διαχείρισης των φυσικών πόρων. Προκαλούνται κυρίως από τις πρακτικές των ανθρώπων όπως η γεωργία και η λαθροθηρία και κάτω από κατάλληλες συνθήκες, οι πυρκαγιές αυτές μπορεί να είναι ευεργετικές. Αντίθετα, όταν χρησιμοποιούνται με ακατάλληλο τρόπο που μπορεί να καταστρέψει τεράστιες εκτάσεις, υποβαθμίζουν το περιβάλλον και μειώνουν τους φυσικούς πόρους. Σε πολλά μέρη του κόσμου (π.χ. αναπτυσσόμενες χώρες) οι πληροφορίες για τις πυρκαγιές δεν είναι άμεσα διαθέσιμες. Σύμφωνα με ένα συνεχιζόμενο πρόγραμμα των δραστηριοτήτων για τη βελτίωση της άμεσης πρόσβασης σε περιβαλλοντικές πληροφορίες, όπου χρειάζονται περισσότερο, η ομάδα LARST στο Ινστιτούτο Φυσικών Πόρων (NRI) χρησιμοποιεί ραδιομετρικά δεδομένα Πολύ Υψηλής Ανάλυσης του(AVHRR) του (NOAA) ως πρωταρχική πηγή πληροφοριών για την ανίχνευση των πυρκαγιών βλάστησης. Στο πλαίσιο των δραστηριοτήτων αυτών έχει αναπτυχθεί και εφαρμοστεί ο αλγόριθμος ο οποίος μπορεί να ανιχνεύει αυτόματα πυρκαγιές χρησιμοποιώντας AVHRR δεδομένα.

ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ Οι αλγόριθμοι αυτοί ανιχνεύουν πραγματικά hot spots, δηλαδή ένα εικονοστοιχείο που δείχνει ένα σημείο υψηλής θερμοκρασίας λόγω της παρουσίας ενός ή περισσοτέρων πηγών θερμότητας σε μια επιφάνεια. Κατά την ερμηνεία μιας εικόνας οπτικά, το ανθρώπινο μάτι συνήθως ανιχνεύει την κίνηση μιας φωτιάς, καθώς και την αντίθεση που προκύπτει από τη διαφορά της θερμότητας μεταξύ της ίδιας της φωτιάς και του περιβάλλοντος χώρου. Αυτός είναι ακριβώς ο τρόπος που λειτουργεί ο αλγόριθμος: η απόφαση σχετικά με το αν ένα pixel αφορά πυρκαγιά γίνεται συγκρίνοντας τις τιμές μιας πιθανής πυρκαγιάς με εκείνες των εγγύτερων γειτόνων της. Αν η αντίθεση μεταξύ των δύο είναι υψηλή αρκετά, το εικονοστοιχείο προσδιορίζεται ως μια πυρκαγιά. Για παράδειγμα: στο ψυχρότερο περιβάλλον του δάσους, οι πυρκαγιές τείνουν να έχουν χαμηλή απόκριση στο κανάλι AVHRR 3, ενώ μια πυρκαγιά σε ένα θερμότερο περιβάλλον όπως στη σαβάνα θα κορεστεί κατά πάσα πιθανότητα το σήμα του AVHRR. Ο αλγόριθμος λοιπόν ανιχνεύει πυρκαγιές σωστά και στα δύο περιβάλλοντα βάσει της αντίθεσης μεταξύ των πυρκαγιών και του φόντου. Γι’ αυτό προσφέρει έναν υψηλό βαθμό συνέπειας έναντι των μεγαλύτερων περιοχών, καθώς και μέσα στο χρόνο. Ο εν λόγω αλγόριθμος αποτελείται από δύο στάδια: το πρώτο επιλέγει το υποψήφιο pixel το οποίο θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι πυρκαγιά και το δεύτερο επιβεβαιώνει ή αντικρούει συγκρίνοντας δελτία σχεδίου με τους εγγύτερους γείτονές τους.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ο αλγόριθμος αυτός δεν έχει ακόμη δοκιμαστεί εξαντλητικά, αλλά η πρώτη εφαρμογή του κάτω από διάφορες συνθήκες δείχνει ότι είναι πολλά υποσχόμενος. Οι παρατηρήσεις οι οποίες λήφθηκαν υπ’ όψη έγιναν πάνω από ένα ευρύ φάσμα των οικοσυστημάτων, συμπεριλαμβανομένων των τροπικών δασών, τις σαβάνες, των ερήμων και των υγροτόπων και παρατηρήθηκαν 3625 πυρκαγιές. Τα πρώτα αποτελέσματα λοιπόν έδειξαν ότι εξακολουθούν να υπάρχουν σφάλματα κατά τη λειτουργία του αλγόριθμου τα οποία εξαρτώνται από τα παρακάτω: • Κάποια σύννεφα διαφεύγουν στις δοκιμασίες • Ψυχρά υπόβαθρα που δεν διανέμονται όλα γύρω από έναν θερμό χώρο οδηγούν σε λανθασμένες ταξινομήσεις • Εάν το υπόβαθρο του εγγύτερου γείτονα είναι πολύ πιο ψυχρό από το γενικό υπόβαθρο της περιοχής αυτό οδηγεί επίσης σε λανθασμένες ταξινομήσεις

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η απόδοση αυτού του αλγορίθμου για πυρανίχνευση εμφανίζεται να είναι επιτυχής και πολύ ελπιδοφόρα. Ακόμα κι αν δεν είναι η βέλτιστη λύση, η εφαρμογή της θεωρείται ήδη ότι αξίζει τον κόπο για βελτίωση στην αυτόματη ανίχνευση πυρκαγιάς από τα δεδομένα NOAA-AVHRR-LAC. Ο ίδιος ακριβώς αλγόριθμος με τις ίδιες παραμέτρους μπορεί να εφαρμοστεί σε μια σειρά από διαφορετικά περιβάλλοντα, όπως ξηρό, ζεστό, σαβάνα, έρημο, και τροπικό δάσος. Παρέχει επίσης σταθερά αποτελέσματα σε όλες τις τοποθεσίες και τις εποχές. Επιπλέον, σίγουρα μειώνει την ποσότητα του χρόνου, που είναι απαραίτητη με τους παραδοσιακούς αλγορίθμους.