Υπέρυθρη ανίχνευση των ενεργών πυρκαγιών και καμένων περιοχών: Θεωρία και παρατηρήσεις
Από RemoteSensing Wiki
Υπέρυθρη ανίχνευση των ενεργών πυρκαγιών και καμένων περιοχών. Θεωρία και παρατηρήσεις
Συγγραφείς
'Α.Barducci *, D. Guzzi, P. Marcoionni, I. Pippi
www.elsevier.com/locate/infrared
Αντικείμενο Εφαρμογής
Χρήση του (MIVIS) multispectral infrared and visible imaging spectrometer για την αναγνώριση πυρκαγιών & τη διαχείριση καμμένων περιοχών.
Περιοχή Μελέτης
Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στην Βόρεια Ιταλία πάνω σε μια πυρκαγιά που ξέσπασε τον Ιούλιο του 1999 σε ένα δάσος των Άλπεων, στο βόρειο τμήμα της Ιταλίας, βιντεσκοποιημένη από τον αισθητήρα (MIVIS).
Στόχος
H τηλεπισκόπηση για την αναγνώριση φωτιάς θα πρέπει να επιτυγχάνει τους παρακάτω στόχους:
1.μέτρηση εντοπισμού και γεωγραφικού εξάπλωσης του μετώπου της πυρκαγιάς.
2.εκτίμηση της έντασης της φωτιάς
3.παρακολούθση καμμένων περιοχών , προκειμένου να ανιχνευθούν ίχνη λανθάνουσας φωτιάς καθώς και η παρουσία υπολειμματικής βλάστησης που δεν έχει καεί εντελώς.
4.χαρτογράφηση της καμμένης περιοχής και πρόγραμμα δραστηριότητας αποκατάστασης.
Συλλογή & Ανάλυση Δεδομένων
Η αναγνώριση και η παρακολούθηση των πυρκαγιών γίνεται συνήθως μέσω των παραδοσιακών διαστημικών πολυφασματικών αισθητήρων (π.χ., η Landsat TM), που αν και έχουν μεγάλη πιθανότητα να εντοπίσουν την τοποθεσία της φωτιάς παρέχουν μια μικρή ποσότητα πληροφοριών και χονδροειδών φασματικών ανάλυσεων. Ο MIVIS είναι υπερφασματικός αερομεταφερόμενος αισθητήρας που λειτουργεί από 0,44 έως 13 LM του μήκους κύματος, με φασματική ανάλυση που κυμαίνεται από περίπου 10 ν.μ. στο SWIR (1,5 lm του μήκους κύματος) εώς20 nm στο ορατό και 350 nm σε θερμική υπέρυθρη μήκη κύματος. Οι δέσμες νεφών που καπνίζουν μπορεί να φαίνονται εύκολα σε μικρότερα μήκη κύματος (π.χ., στο ορατό, βλέπε εικόνα 1) , το σύντομο κύμα υπερύθρων (στο διάστημα 1 -- 2,5 lm) φαίνεται να είναι σε θέση να παρακολουθεί ακριβώς το μέτωπο φωτιάς. Αυτή η επιλογή δεν επιτυγχάνεται εύκολα με τη βοήθεια θερμικών υπερύθρων δεδομένων που λόγω των υψηλών θερμοκρασιών θα μπορούσαν να συμμετέχουν ακόμα και σε κορεσμένα μέτωπα φωτιάς.
Η εικόνα 2 δείχνει σαφώς το μέτωπο της πυρκαγιάς που εμφανίζεται ως ένα φωτεινό χώρο, ενώ οι ήδη καμμένες περιοχές έχουν αντιστοιχιστεί σε σκούρες περιφέρειες. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να είναι χρήσιμο για τη διάκριση αυτών των δύο τύπων εικονοστοιχείων.
Η εικόνα 3 δείχνει σαφώς το μέτωπο της πυρκαγιάς και των
καμμένων περιοχών ως φωτεινές περιοχές, ωστόσο, όπως εξηγείται στο κείμενο,η
διαφορά τους είναι λεπτή.
Επίσης, διαπιστώθηκε ότι το χαρακτηριστικό αποροφούμενο μείγμα H2O (ατμός)-CO2 που βρίσκεται γύρω από 1,4 μm είναι ένας αξιόπιστος δείκτης του μετώπου φωτιάς που εμφανίζεται ανοιχτόχρωμο και σωστά εντοπισμένο στο σχετικό μήκος κύματος.
Από μια πρόχειρη ανάλυση αυτών των φασμάτων μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι: 1. Η διαφορά μεταξύ των ήδη καμμένων περιοχών και των μη επηρεασμέων περιοχών διακρίνεται εύκολα στην περιοχή του θερμικού υπέρυθρου, όπου η υψηλότερη θερμοκρασία των καμμένων περιοχών εμφανίζεται ως φωτεινότερη εικόνα. 2. Η ορατότητα του μετώπου φωτιάς είναι βελτιωμένη σε μεσοπρόθεσμα μήκη κύματος IR (1.1-2.5 lm)όπου παρατηρήθηκε μια σκουρόχρωμη εκπομπή. Αυτή η έντονη εκπομπή, πιθανώς σχετίζεται με την θερμοκρασία που φτάνει τα 800-900 K, διαμορφώνεται προέρχεται από την απορρόφηση τηςπαραπάνω ατμόσφαιρας, το οποίο συμπεριφέρεται σανστρώμα αναστροφής.
Προκειμένου να δοθεί έμφαση μόνο στις καμμένες περιοχές , εφαρμόζουμε ένα εργαλείο μία φορά στην εικόνα που αποκτήθηκε κατά το 54ο κανάλι, όπως φαίνεται στην Εικόνα 4. Αυτό το ιδιαίτερο φίλτρο μας επιτρέπει να ανακτήσουμε ορισμένες χωρικές πληροφορίες που είχαμε χάσει με την προηγούμενη μέθοδο υπολογισμού, όπως μεμονωμένες μικρές πυρκαγιές.
Η παρουσία των αερολυμάτων και των σωματιδίων, όπως τα άμεσα προϊόντα της καύσης, σε συνδυασμό μετη μεγαλύτερη συγκέντρωση της απορρόφησης αερίων, προκαλεί ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα για την αποκτούμενη ακτινοβολία των καμμένων περιοχών. Η ακτινοβολία που προκύπτει από τις απομονωμένες φωτιές αναφέρεται ως τόπος (1) στην εικόνα 4 όπου φτάνει ο αισθητήρας σ’ ένα ατμοσφαιρικό στρώμα που δεν επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από αερολυμάτα και καπνό όπως φαίνεται στην εικόνα 1 (α) και (β).
Σε χαμηλό ύψος ( 50-100 μ.) η ακτινοβολία του αισθητήρα περιέχει μόνο τα φωτόνια που εκπέμπονται από ένα θερμό σκουρόχρωμο νέφος με εκτιμώμενη θερμοκρασία περίπου 800 Κ. Καθώς το ύψος αυξάνεται, η ακτινοβολία που προέρχεται από το έδαφος εμποδίζει τα ατμοσφαιρικά στρώματα τα οποία είναι γεμάτα με απορροφημένα αέρια και νέφη που μειώνουν την κοντινή υπέρυθρη ακτινοβολία και αντανακλούν την ηλιακή συνιστώσα προερχόμενη από τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας.
Αποτελέσματα & Αξιολόγηση
Η έρευνά μας έχει βασιστεί σε δεδομένα που συλλέγονται από ένα υψηλής ανάλυσης υπερφασματικό αισθητήρα (MIVIS) ο οποίος λειτουργεί επί του σκάφους Casa 212. Από την ανάλυση αυτών των εικόνων, από μια φυσική πυρκαγιά που ξέσπασε τον Ιούλιο του 1999στο βόρειο τμήμα της Ιταλίας, περιγράφονται οι συνέπειες των νεφών του καπνού και πρότεινεται ένα πρακτικό εργαλείο για τη διάκριση των μετώπων φωτιάς από τις απομονωμένες πυρκαγιές που αντιπροσωπεύουν θερμές περιοχές από τις οποίες μπορεί να προκληθεί μια νέα πυρκαγιά.Επίσης, είναι σημαντική η ανάπτυξη ενός θεωρητικού μοντέλου στα πλαίσια του παρατηρούμενου και του ανακλώμενου μέσου του οποίου τα προβλεπόμενα αποτελέσματα είναι σύμφωνα με αυτά των παρατηρούμενων φασμάτων.
