Архив
Том 21, 2024
Том 20, 2023
Том 19, 2022
Том 18, 2021
Том 17, 2020
Том 16, 2019 г.
Том 15, 2018 г.
Том 14, 2017 г.
Том 13, 2016 г.
Том 12, 2015 г.
Том 11, 2014 г.
Том 10, 2013 г.
Том 9, 2012 г.
Том 8, 2011 г.
Том 7, 2010 г.
Выпуск 6, 2009 г.
Выпуск 5, 2008 г.
Выпуск 4, 2007 г.
Выпуск 3, 2006 г.
Выпуск 2, 2005 г.
Выпуск 1, 2004 г.
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 6. С. 167-176

Анализ спутниковых данных с целью выявления очагов лесных пожаров на территории Мурманской области на основе использования свёрточных нейронных сетей

И.О. Починок 1 , И.М. Лазарева 1 , О.И. Ляш 1 
1 Мурманский арктический университет, Мурманск, Россия
Одобрена к печати: 26.10.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-6-167-176
В связи с увеличением интенсивности освоения арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ) возникает потребность в оперативном отслеживании и прогнозировании развития таких чрезвычайных ситуаций, как лесные пожары. Своевременное обнаружение очага возгорания имеет решающее значение для сохранения окружающей среды и человеческих жизней. На данный момент одним из ведущих инструментов мониторинга крупных территорий представляется дистанционное зондирование Земли из космоса. В работе рассматриваются возможности использования свёрточных нейронных сетей (англ. convolutional neural networks) для анализа спутниковых снимков с целью обнаружения термальных точек лесных пожаров на территории Мурманской обл. Обоснован выбор спутников, данные которых позволяют решить поставленную задачу. Оперативный мониторинг территории Мурманской обл. обеспечивается автоматическим скачиванием, предобработкой и анализом спутниковых данных. Реализованы программные решения на базовой архитектуре свёрточных нейронных сетей U-Net для сегментации изображений. Проводимый анализ осуществляет построение результирующих масок очагов возгорания. Рассмотрены особенности решения задачи с учётом ограниченности доступного для использования материала спутниковых наблюдений. Приведены результаты и оценка эффективности использования спутниковых данных для оперативного распознавания очагов пожара с помощью методов машинного обучения. Предложены направления будущих исследований по рассматриваемой тематике.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, анализ спутниковых данных, арктический регион, природные пожары, оперативный мониторинг, свёрточная нейронная сеть
Полный текст

Список литературы:

  1. Вик К. В., Друки А. А., Григорьев Д. С., Спицын В. Г. Применение нейронных сетей глубокого обучения для решения задачи сегментации лесных пожаров на спутниковых снимках // Вестн. Томского гос. ун-та. Управление, вычисл. техника и информатика. 2021. № 55. С. 18–25. DOI: 10.17223/19988605/55/3.
  2. Волосюк А. И., Топаз А. А. Оценка последствий лесных пожаров на основе автоматизированной обработки материалов дистанционного зондирования Земли // Журн. Белорусского гос. ун-та. География. Геология. 2022. № 1. С. 57–70. DOI: 10.33581/2521-6740-2022-1-57-70.
  3. Друки А. А., Спицын В. Г., Болотова Ю. А., Башлыков А. А. Семантическая сегментация данных дистанционного зондирования Земли при помощи нейросетевых алгоритмов // Изв. Томского политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 1. С. 59–68.
  4. Корнилов А. А., Гапоненко Л. Б., Голубев А. В. К вопросу о способах обнаружения лесных пожаров // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2016. Т. 1. № 1(7). С. 55–56.
  5. Кудрин А. Ю., Запорожец А. И., Подрезов Ю. В. Современные методы обнаружения и мониторинга лесных пожаров // Технологии гражд. безопасности. 2006. Т. 3. № 4(12). С. 66–67.
  6. Подрезов Ю. В. Основные направления предупреждения чрезвычайных лесопожарных ситуаций // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журн. 2023. № 2(392). С. 172–182. DOI: 10.37482/0536-1036-2023-2-172-182.
  7. Сергиенко С. Б., Тихоненко Д. В. Обработка спутниковых снимков с помощью нейронных сетей с целью выявления природных катаклизмов // Решетневские чтения. 2017. Т. 2. С. 282–284.
  8. Федоров Р. К., Попова А. К., Авраменко Ю. В. Классификация спутниковых снимков с помощью нейронных сетей // Материалы 9-й Международ. науч. конф. «Регион. проблемы дистанц. зондирования Земли». Красноярск, 13–16 сент. 2022. Красноярск: Сибирский федер. ун-т, 2022. С. 303–306.
  9. Фраленко В. П. Нейросетевые методы обнаружения возгораний в лесных массивах // Искусств. интеллект и принятие решений. 2023. № 1. С. 67–77. DOI: 10.14357/20718594230107.
  10. Avhad V., Tanna N., Govekar N. et al. Fire image detection using CNN // Intern. J. Scientific Research in Engineering and Management. 2023. V. 7. Iss. 4. Article 19013. DOI: 10.55041/ijsrem19013. https://ijsrem.com/download/fire-image-detection-using-cnn.
  11. Bashambu D., Gupta A., Khandelwal S. Real Time Fire and Smoke Detection System // Intern. J. Research in Applied Science and Engineering Technology. 2023. V. 11. Iss. 4. P. 2593–2600. DOI: 10.22214/ijraset.2023.54039. https://www.ijraset.com/best-journal/real-time-fire-and-smoke-detection-system.
  12. Kumar S., Roy D. Global operational land imager Landsat-8 reflectance-based active fire detection algorithm // Intern. J. Digital Earth. 2017. V. 11. Iss. 2. P. 154–178. DOI: 10.1080/17538947.2017.1391341.
  13. Meyer-Heß M. F., Pfeffer I., Juergens C. Application of Convolutional Neural Networks on Digital Terrain Models for Analyzing Spatial Relations in Archaeolog // Remote Sensing. 2022. V. 14. Iss. 11. Article 2535. DOI: 10.3390/rs14112535.
  14. Murphy S., Souza-Filho C., Wright R. et al. Hotmap: Global hot target detection at moderate spatial resolution // Remote Sensing of Environment (Elsevier). 2016. V. 177. P. 78–88. DOI: 10.1016/j.rse.2016.02.027.
  15. Pereira G. H., Fusioka A. M., Tomoyuki N. B., Minetto R. Active fire detection in Landsat-8 imagery: A large-scale dataset and a deep-learning study // ISPRS J. Photogrammetry and Remote Sensing. 2021. V. 178. P. 171–186. DOI: 10.1016/J.ISPRSJPRS.2021.06.002.
  16. Rostami A., Shah-Hosseini R., Asgari S. et al. Active Fire Detection from Landsat-8 Imagery Using Deep Multiple Kernel Learning // Remote Sensing. 2022. V. 14. Iss. 4. Article 992. DOI: 10.3390/rs14040992.
  17. Schroeder W., Oliva P., Giglio L., Csiszar I. The new VIIRS 375 m active fire detection data product: Algorithm description and initial assessment // Remote Sensing of Environment (Elsevier). 2014. V. 143. P. 85–96. DOI: 10.1016/j.rse.2013.12.008.
  18. Wooster M. J., Roberts G. J., Giglio L. et al. Satellite remote sensing of active fires: History and current status, applications and future requirements // Remote Sensing of Environment. 2021. V. 267. P. 112694–112714. DOI: 10.1016/j.rse.2021.112694.
  19. Yang C., Pan Y., Cao Y., Lu X. CNN-Transformer Hybrid Architecture for Early Fire Detection // Artificial Neural Networks and Machine Learning — ICANN. ICANN 2022. Lecture Notes in Computer Science. Cham: Springer, 2022. V. 13532. P. 570–581. DOI: 10.1007/978-3-031-15937-4_48. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-15937-4_48.
  20. Zhao L., Liu J., Peters S. et al. Investigating the Impact of Using IR Bands on Early Fire Smoke Detection from Landsat Imagery with a Lightweight CNN Model // Remote Sensing. 2022. V. 14. Iss. 13. Article 3047. DOI: 10.3390/rs14133047. https://www.mdpi.com/2072-4292/14/13/3047/.