Диплом. Аналитический обзор v2 (Мониторинговый пост контроля (МПК) Системы мониторинга обнаружения лесных пожаров)

Оптоэлектронные системы контроля лесных пожаров.

(Аналитический обзор «Уровень техники»)

Ежегодно в летнее время пожары наносят огромный вред лесному фонду, уничтожая миллионы га площадей лесов. Ежегодно возникает в среднем 400 тыс. лесных пожаров, уничтожающих до 0,5 – 1% всех лесов .Помимо прямого ущерба лесам, в воздух выбрасываются значительные объемы углекислого газа и продуктов сгорания древесины. Особенно актуальна проблема пожаров для лесов России, где ежегодно происходит более 30 тыс. лесных пожаров.

Пожары - основная причина гибели лесов. За период 1994–2005 гг. в Российской Федерации погибло 5308 тыс. га лесных насаждений (в среднем 442 тыс. га в год). Из этой площади 70% погибло от пожаров, 14,3% – от воздействия неблагоприятных погодных условий, 12,9% – от повреждения вредными насекомыми и лишь 2,8% пришлось на весь комплекс прочих факторов (болезни, повреждения дикими животными, антропогенные факторы). За рассматриваемые 12 лет только в 1995 г. и в 2004 г. роль пожаров в гибели лесов не являлась главенствующим фактором.

Если оценить расходы на тушение лесных пожаров в России, то в 2009 году на борьбу с пожарами регионам было выделено 3 млрд.руб. При этом в 2008 году экономический ущерб составил 18 млрд.руб. (Источники: МЧС, Рослесхоз). По прогнозам Сергея Фильченкова, аналитика ИК "Финам", в 2009 году суммарный ущерб от лесных пожаров должен был составить 20-30 млрд. руб.

Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров и ЧЛС осуществляется на четырех уровнях :

- федеральном (осуществляет федеральный орган управления лесным хозяйством России, – для этого в структуре Рослесхоза создана Информационная система мониторинга лесных пожаров Федерального агентства лесного хозяйств [ИСДМ-Рослесхоз]);

- региональном (осуществляют государственные органы управления лесным хозяйством субъектов РФ);

- местном (осуществляют лесхозы и другие организации, предприятия и учреждения, осуществляющие ведение лесного хозяйства);

- локальном (осуществляют лесхозы и другие организации, предприятия и учреждения, осуществляющие ведение лесного хозяйства, а также подразделения “Авиалесоохраны”, осуществляющие обнаружение и тушение лесных пожаров).

В настоящем применяют следующие термины с соответствующими определениями;

пожар: По ГОСТ 12.1.033;

По ГОСТ Р 22.1.02:

прогнозирование чрезвычайных ситуаций;

мониторинг окружающей среды;

наблюдение за окружающей средой;

контроль за окружающей средой;

объект мониторинга;

По ГОСТ 17.6.1.01:

ландшафтный пожар;

лесной пожар;

торфяной лесной пожар;

верховой пожар;

низовой пожар;

По ГОСТ Р 22.0.03:

природная чрезвычайная ситуация;

источник чрезвычайной ситуации;

поражающий фактор источника природной чрезвычайной ситуации;

природный пожар;

торфяной пожар;

засуха.

мониторинг лесных пожаров, лесопожарный мониторинг: Система наблюдений и контроля за пожарной опасностью в лесу по условиям погоды, состоянием лесных горючих материалов, источниками огня и лесными пожарами с целью своевременной разработки и проведения мероприятий по предупреждению лесных пожаров и (или) снижению ущерба от них;

радиационно-пирологический мониторинг лесов: Мониторинг лесных пожаров в зонах радиоактивного загрязнения;

прогнозирование лесных пожаров: Определение вероятности возникновения разрастания лесных пожаров во времени и пространстве на основе анализа данных мониторинга лесных пожаров;

лесной фонд: Все леса, за исключением лесов, расположенных на землях закрытых территорий и населенных пунктов (поселений), а также земли лесного фонда, не покрытые лесной растительностью (лесные земли и нелесные земли);

активно охраняемые леса: Территория лесного фонда, где регулярно проводится предупреждение, обнаружение и тушение лесных пожаров специально предназначенными силами и средствами;

активно не охраняемые леса: Территория лесного фонда, где регулярно не проводится предупреждение, обнаружение и тушение лесных пожаров специально предназначенными силами и средствами;

чрезвычайная лесопожарная ситуация; ЧЛС: Обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате возникновения источника природной чрезвычайной ситуации — лесного пожара (лесных пожаров), который может повлечь или повлек за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей и/или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей;

пожарный максимум: Месяцы (период) пожароопасного сезона, в течение которых (которого) число пожаров превышает среднемесячное по лесхозу или управлению лесами субъекта Российской Федерации;

пожарный пик: Месяц, в течение которого возникает пожаров больше, чем в месяцы предыдущий и последующий;

лесные горючие материалы; ЛГМ: Растения лесов, их морфологические части и растительные остатки разной степени разложения, которые могут гореть при лесных пожарах;

запас лесных горючих материалов; запас ЛГМ: Масса абсолютно сухих (высушенных до постоянной массы при температуре 105 °С) ЛГМ на единице площади (кг/м², т/га);

пожарная опасность лесного фонда: Степень пожарной опасности территории лесного фонда, обусловленная преобладающими на ней типами леса и лесных участков, их природными и другими особенностями, определяющими состав, количество и распределение лесных горючих материалов, а также в значительной степени содержание влаги в этих материалах;

квартал лесной: Отграниченная на местности просеками или иными естественными или искусственными рубежами (натурными границами) часть лесного массива или не покрытых лесом и нелесных земель лесного фонда, являющаяся постоянной учетной и организационно-хозяйственной единицей в лесу;

лесной пожар радиоактивный: Лесной пожар, при котором горят загрязненные радионуклидами лесные горючие материалы и образующиеся продукты горения (зола, недожог, дымовой аэрозоль, газообразные продукты) представляют собой открытые источники ионизирующего излучения.

Контролируемые параметры:

- координаты зоны пожара — его фронта и тыла (географическая широта и долгота: градусы, минуты, секунды);

- административно-хозяйственная принадлежность территории (квартал, лесничество, лесхоз);

- категория территории:

зона радиоактивного загрязнения, районы с естественным радиационным фоном;

- площадь горения, га;

- площадь, пройденная пожаром за сутки, га;

- длина всей кромки пожара и его фронта (головной части), м, км;

- вид пожара; интенсивность пожара (по высоте пламени, м);

- породный состав, возраст горящего леса; тип лесного участка;

- направление распространения фронта пожара, румб;

- скорость распространения фронта пожара, м/мин;

- высота конвективной колонки над пожаром, км;

- длина дымового шлейфа (при авиационном и космическом наблюдении), км;

- уровень радиоактивного загрязнения дымов (в зонах радиоактивного загрязнения), Бк/м³.

Современное развитие систем управления и техники позволяет тушить пожары достаточно эффективно на ранней стадии в любой точке. Тушение пожара на ранней стадии делает возможным воздействие на него «точечными» средствами с максимальной эффективностью.

Причиной большинства лесных пожаров становится человек, а как следствие основное количество лесных пожаров возникает вблизи населенных пунктов либо в местах пребывания человека. Возможность непрерывного контроля и мониторинга различными средствами таких территорий позволяет обеспечить обнаружение пожаров на ранней стадии.

Сегодня разработано огромное количество программ которые позволяют проводить мониторинг лесных пожаров. Одним из ярких примеров считается программа «Лесной дозор».

«Лесной Дозор» - разработка нижегородских учёных (компании ООО «Дистанционные системы контроля»), представляющая собой систему распределенного видеонаблюдения для решения задачи раннего обнаружения лесных пожаров. Это сложный информационный (аппаратно-программый) комплекс, созданный на основе современных технологий: IP видеонаблюдение, технологии ГИС, клиент-серверные Интернет-технологии, компьютерное зрение, мобильные приложения, беспроводная высокоскоростная связь.

Интерфейс программного обеспечения

В общем случае система состоит из двух частей: аппаратной и программной части.

Аппаратная часть – это все, что необходимо для организации непосредственно видеонаблюдения на высотных сооружениях, организации каналов связи и технического обеспечения работы системы.

«Лесной Дозор» работает следующим образом. На неспециализированных высотных сооружениях (вышках операторов сотовой связи, провайдеров связи, телевизионных, радиовещательных, вышках наземного мониторинга) размещаются управляемые видеокамеры с широким диапазоном приближения изображения и возможностью дистанционного управления через сеть Интернет (вращение, приближение удаление, запись). В любом удобном месте размещается центр контроля (с возможностью высокоскоростного подключения в сеть Интернет), в котором находится оператор и с помощью специального программного обеспечения управляет системой камер и обнаруживает пожар. Кроме того, система позволяет распределять нагрузку по нескольким операторам, что позволяет повысить качество обнаружения. Система легко расширяется, и пригодна как для задач обнаружения лесных пожаров на небольших территориях, так и для задач мониторинга обширных областей.

Система включает следующие элементы

• Распределенная система управляемых видеокамер.

• Каналы связи, соединяющие видеокамеры с сетью Интернет.

• Сервер системы «Лесной Дозор».

• Оборудование автоматизированного рабочего места оператора (обычный ПК с выходом в Интернет).

• Программное обеспечение «Лесной Дозор» автоматизированного рабочего места.

Основные преимущества системы

• Использование существующей инфраструктуры вышек операторов связи, каналов связи и широкого спектра камер наблюдения различных производителей.

• Автоматизированное определение точных координат очага возгорания.

• Доступ одного оператора к нескольким камерам из любого удобного места, централизованный мониторинг больших площадей.

• Возможность интеграции в систему данных спутникового мониторинга, метеоданных, данных с любых информационных систем.

• Многопользовательский доступ к системе.

Характеристики системы:

• Радиус обзора одной точки мониторинга: ~ 30км.

• Точность определения направления на объект: ~ 0,5 градуса.

• Точность определения местоположения очага возгорания: + - 250 м.

• Время, требуемое на обзор одной точки мониторинга: ~ 10 мин.

• Количество точек мониторинга на одного оператора: до 15 шт. (в перспективе до 50-ти шт.).

• Количество точек в системе: не ограничено.

Отдельно стоит отметить возможности компьютерного зрения, позволяющего автоматически определять потенциально опасные объекты (дым, огонь) на видеоизображении и оповещать оператора о возможной опасности. В свою очередь, человек уже сам принимает решение о необходимости принимать действия для тушения пожара. С помощью программы можно определить точные координаты очага возгорания и рассчитать оптимальный маршрут к источнику пожара.

Основные функциональные возможности системы

1. Доступ к системе из любого центра контроля, при наличии подключения в сеть Интернет на требуемой скорости с достаточным количеством трафика

2. Дистанционное управление видеокамерами, изменение их ориентации по азимуту, и высоте, изменение зума, разрешения и качества видеоизображения

3. Выделение на видеоизображении потенциально важных объектов

4. Работа с картой: отображение на карте квартального слоя, а также различных объектов, предназначенных для выполнения процедур по мониторингу леса; представление информации о местоположении видеокамер и их текущей ориентации; определение направления на видимый пожар с одной камеры и координат очага возгорания с нескольких камер

5. Определение наиболее пожароопасных территорий по показателям пожарной опасности леса (по условиям погоды)

6. Создание маршрутов патрулирования леса для автоматического сканирования заданной территории. Запуск до четырех маршрутов патрулирования в одном окне. Возможность зацикливания маршрута патрулирования

7. Автоматическое обнаружение очагов возгорания и сигнализация оператору при просмотре маршрутов патрулирования, а также при выполнении мониторинга в ручном режиме

8. Сохранение текущего изображения с камеры (в виде картинки и видеофайла) для дальнейшего просмотра и анализа

9. Управление доступа пользователей к камере, статистика и контроль работы пользователей

10. Обмен оперативными сообщениями о сложившейся ситуации с другими операторами и группами операторов в рамках выполнения задач по обнаружению и ликвидации пожаров

11. Получение уведомлений, указаний, рекомендаций от администраторов системы по вопросам функционирования компонентов продукта

12. Представление информации о текущей пожарной обстановке на мобильный телефон

13. Автоматическое обновление программы с минимальным участием пользователя для добавления новой функциональности и устранения программных ошибок

14. Автоматическое отключение приложения при долгосрочном отсутствии активности пользователя

И другие.

Для удобства заказчика данная система предлагается в виде доступа к ПО «Лесной Дозор» как услуге SaaS (Software as a service - «программное обеспечение как услуга», «программное обеспечение по требованию») на период пожароопасного сезона за ежемесячную плату. В рамках такой модели заказчики платят не за владение ПО как таковым, а за его аренду (то есть за использование специального клиентского ПО). Таким образом, экономятся существенные средства и сравнительно небольшие периодические затраты, так как не требуется инвестировать значительные средства в приобретение ПО и аппаратной платформы для развертывания системы, а затем поддерживать его работоспособность. Таким образом, предлагая не готовое решение, а доступ к системе, и прислушиваясь к мнению заказчика – в программное обеспечение вносятся коррективы, идет процесс постоянного обновления. Исходя из требований конечных потребителей, возникла необходимость и в другом варианте сотрудничества, когда ООО «ДСК» занимается проектированием системы, а также ее техническим оснащением и дальнейшим обслуживанием.

 При реализации программы защиты лесов от пожаров можно использовать следующие варианты:

1. Система "Лесной Дозор" с неограниченным количеством точек мониторинга и центров контроля.

2. Телеустановка "Лесной Дозор" для работы одного оператора с одной установкой без подключения к сети Интернет.

3. Бесплатный доступ к системе "Лесной Дозор" (без подключения датчиков наблюдения) всем департаментам лесного комплекса РФ для организации работ по обнаружению и тушению лесных пожаров.

Существует еще одна система мониторинга лесных пожаров, системае присвоено название: «Хранитель». Это программно-аппаратный комплекс, позволяющий осуществлять дистанционный видеомониторинг лесных пожаров.