Детектирование пожаров по данным МСУ-МР на основе алгоритма MOD14

С 2022 года в рамках темы «Мониторинг» в 2022 году ведутся по адаптации алгоритма детектирования пожаров MOD14 для работы с данными прибора МСУ-МР установленного на серии отечественных спутников серии «Метеор-М» № 2. В этом году внедрённый в информационную систему «Вега-Science» (уникальная научная установка, входящая в состав ЦКП «ИКИ-Мониторинг», http://sci-vega.ru/) метод был доработан до релизной версии. Далее коротко про алгоритм MOD14 и его итоговую модификацию.

Таблица 1 — Описание характеристик, используемых в алгоритме MOD14

Значения в каналах MODIS
Характеристика	Спектральные диапазоны каналов MODIS [мкм] (номер канала)
R1	0,62–0,67 (1)
R2	0,841–0,876 (2)
R3	2,105–2,155 (7)
T4	3,929–3,989 (21/22)
T5	10,78–11,28 (31)
T6	11,77–12,27 (32)
Разностное значение и характеристики фона
Характеристика	Краткое описание
DT	T4 – T5
T4_mean, T5_mean, DT_mean	Средние значения фона вокруг рассматриваемого пиксела
T4_mad, T5_mad, DT_mad	Абсолютное среднее отклонение фона
Bkg_fire_mad	Абсолютное среднее отклонение высокотемпературной части фона

Задачей алгоритма детектирования пожаров MOD14 является определение на анализируемых спутниковых изображениях горячих точек (ГТ) – пикселей, в которых наблюдается горение. Описание набора характеристик данных прибора, используемых в алгоритме, представлено в таблице 1. В таблице 2 приведён набор критериев, рассчитываемых для каждого пикселя изображения, которым должны соответствовать детектируемые ГТ (названия параметров (порогов) выделены жирным шрифтом).

Основным результатом проведённых работ по адаптации алгоритма MOD14 для работы с данными МСУ-МР стал набор параметров (таблица 3), который используется при расчёте тестов (см. таблицу 2) для каждого пикселя изображения. Данные изменения, вместе с переработкой других секцией MOD14 сделали алгоритм применимым к данным МСУ-МР (текущая схема модифицированного алгоритма представлена на рисунке 1.)

Таблица 2 — Параметризированный набор тестов MOD14, использующий
описанные в таблице 6.2.4.2 характеристики анализируемых точек для выявления ГТ

Секция	Тесты
Маскирование облачности	R1+R2>cloud_r1r2   T6<cloud_t6
Определение потенциальных ГТ	T4>low_t4 and R2<cloud_r2 and DT>low_dt
Характеристика фона   (Перегретые точки)	T4>bkg_t4 and DT>bkg_dt
Пороговые тесты	test1: T4>hot_t4   test2: DT>(DT_mean+igma1*DT_mad)   test3: DT>(DT_mean+deldt)   test4: T4>(T4_mean+sigma2*T4_mad)   test5: T5>(T5_mean+T5_mad – del31)   test6: Bkg_fire_mad>minbkg     hotspot = test1|test2*test3*test4*(test5|test6|night)

Другим важным результатом работ этого года стало использование данных МСУ-МР со спутников Метеор М2-3 (с начала 2024 года) и «Метеор-М» № 2-4 (с июля 2024 года). Данные с этих спутников имеют свою специфику, которая потребовала внести дополнительные изменения в их обработку для обеспечения достоверного уровня детектирования пожаров. В первую очередь это касается усовершенствования схемы фильтрации ложных срабатываний алгоритма, возникающих рядом с облачностью. Было обнаружено, что ложные срабатывания на данных не объединяются в группы по пространству (расстояние между точкой в группе и ближайшем соседом из этой группы меньше 0,5 км) более чем в три точки. Таким образом удалось определить условия, по которым проводится общая фильтрации облачности.

Таблица 3 — Набор параметров оригинального MOD14 и изменённой версии для работы с МСУ-МР

Параметр	Значение для MOD14	Значение для модифицированного алгоритма по данным МСУ-МР
cloud_r1r2	1,2	0,9
cloud_t6	265 K	265 K
low_t4	300 K	280/300 K (ночной/дневной)
cloud_r2	0,35	0,39
low_dt	10 K	1/10 K
bkg_t4	315/325 K	315 K
bkg_dt	10/20 K	10 K
hot_t4	320/360 K	315/325 K
sigma1	3,5	1,5
deldt	6 K	6 K
sigma2	3	1,5
del31	4 K	3 K
minbkg	5 K	1 K

 

Рисунок 1 — Схема модифицированного алгоритма MOD14. Зелёным цветом выделены секции, которые так или иначе были изменены для работы с данными МСУ-МР, голубым – секции, оставшиеся без изменений, оранжевым – секция, исключённая из модификации алгоритма

Финальная версия модифицированного MOD14 была протестирована на имеющихся данных с «Метеор-М» № 2-3 и 2-4, покрывающих территорию РФ за 2024 год. Была проведена оценка качества полученного результата, основанная на сравнении с ГТ, получаемыми по прибору MODIS. Для Метеор М2-3 ошибка ложных срабатываний составила 3,3 %, ошибка пропусков 3,1 %. Для «Метеор-М» № 2-4 ошибка ложных срабатываний составила 1,9 %, ошибка пропусков 1 %. Полученные показатели позволяют утверждать, что глобальный информационный продукт пожаров, формируемый по релизной версии разработанного метода на данных МСУ-МР с «Метеор-М» 2-3 и 2-4, имеет уровень достоверности сопоставимый с аналогичным продуктом по данным MODIS, являющимся наиболее широко используемым и распространённым на данный момент времени.