Дистанционное зондирование пожаров с
помощью малого спутника BIRD
K. Brieß, E. Lorenz, D. Oertel, W. SkrbekDLR Institute of Space Sensor Technology and Planetary Exploration
Б. С. Жуков, Я. Л. ЗиманИнститут космических исследований РАН
Запуск BIRD 22 октября 2001 индийской ракетой PSLV-C3
Малый спутник BIRD (Bi-spectral InfraRed Detection)
Задачи:
• Тестирование новых технологий малых спутников
• Тестирование нового поколения ИК съемочных систем на линейках фотодиодов с адаптивным динамическим диапазоном
• Детектирование и количественный анализ высокотемпературных явлений (пожары, вулкани-ческая активность и др. )
Орбита BIRD
Тип: солнечно-синхронная
Высота: 568 км
Наклонение: 97.8º
Нисходящий узел: 10:30
Период возврата: 12 дней
WAOSS-B HSRS
Спектральные зоны надирных каналов1
Число пикселов
Разрешение
Шаг отсчета
Полоса захвата
Число экспозиций
Квантование
NIR: 0.84-0.90 мкм
2880
185 м
185 м
533 км
1
11 бит
MIR: 3.4-4.2 мкм TIR: 8.5-9.3 мкм
2x512
370 м
185 м
190 км
1-2
14 бит для каждой экспозиции
Съемочные системы спутника BIRD
Полезная нагрузка (30.2 кг)
1WAOSS имеет дополнительно 2 стерео канала (VIS and NIR)
Сравнение спектральной яркости пожара и других объектов
2. Пороговый тест для коэффициента яркости в канале NIR (0.84-0.90 мкм) для фильтрации сильных солнечных бликов и облаков:
1. Адаптивный пороговый тест для яркости в канале MIR (3.4-4.2 мкм) для выделения потенциальных «горячих пикселов»:
Адаптивный алгоритм детектирования пожаров
6.0NIR
5. Объединение смежных «горячих пикселов» в кластеры и оценка характеристик кластеров (координаты, температура и площадь пожара, мощность излучения)
KTночьюКIилиднемКI TIRNIRMIRMIR 265;6.02.0);(310)(320 0. Выделение характерных пикселов фона:
bgNIRMIRNIRMIR IthreshII ,
bgTIRMIRTIRMIR IthreshII ,
MIRMIR threshI
3. Адаптивный пороговый тест для отношения яркостей в каналах MIR (3.8-4.2 мкм) и NIR(0.84-0.90 мкм) для фильтрации хорошо отражающих объектов:
4. Адаптивный пороговый тест для отношения яркостей в каналах MIR (3.8-4.2 мкм) и ТIR (8.5-9.3 мкм) для фильтрации теплых поверхностей:
)95.0;8.01.0min( ,,1, bgMIRbgMIRMIR IIthresh )95.0;102.0min( ,,2, bgMIRbgMIRMIR Ithresh
Выбирается минимальный из двух порогов:
Оптимизация порога MIRthresh
threshMIR,12.2·IMIR,bg threshMIR,2
BIRD
Западная Australia
16 октября 2003
NIR: 0.84-0.90 μm
MIR: 3.4-4.2 μm
TIR: 8.5-9.3 μm
Мощность излучения пожара400 700 1000 K
0.01 0.1 1 10 Ha
400 700 1000 K
1 10 100 1000 MW
Эфф. температурапожара
Эфф. площадь пожара
10 km
BIRD
Португалия
4 августа 2003
NIR: 0.84-0.90 μm
MIR: 3.4-4.2 μm
TIR: 8.5-9.3 μm
Эфф. площадь пожара
Мощность излучения пожара
Эфф. температурапожара
500 750 1000 K
0.01 0.1 1 10 Ha1 100 10000 MW
10 km
- яркость фона в каналах MIR и TIR (по соседним пикселам)
Биспектральный метод оценки температуры и площади пожара (Dozier, 1981)
bgMIRFFMIRFMIR IqTBqI ,1
TBTIRгде: - усредненная функция Планка для каналов MIR и TIR,
FT- эффективная пропорция пожара
- эффективная температура пожара
TBMIR
bgMIRI , bgTIRI ,
)( FFF PSFAq xв пикселе (произведение эффективной площади пожара и функции рассеяния точки (ФРТ) канала)
bgTIRFFTIRFTIR IqTBqI ,1
и
и
Ошибка совмещения каналов MIR и TIR в 0.2 размера пиксела
Различие ширины ФРТ каналов MIR и TIR в 10%
Кластер «горячих пикселов» Кластер «горячих пикселов»
Применение Биспектрального метода к кластерам позволяет исключить влияние ошибок совмешения каналов и различия их ФРТ
Оценка мощности излучения пожара
FbgFF ATTP 44
][1853.17 ,2 WIIP
hotspotbgMIRMIRF
(применимо при TF 700 K)
1. На основе эффективной температуры и площади пожара:
2. На основе соотношения (Wooster, Zhukov and Oertel, 2003):
Влияние ошибки оценки яркости фона в канале TIR (8.5-9.3 мкм) на точность Биспектрального метода (для пожара с эффективной температурой 800 К)
Наземная верификация детектируемости пожаров с помощью BIRD
Дневное детектирование : площадь пожара = 12 м2
Дневное детектирование : площадь пожара = 4 м2
мощность излучения: 11 MW (BIRD), <17 MW (наземн.)
Пожары в районе Сиднея, Австралия (BIRD, 5 января 2002)
NIR: 0.84-0.89 μm TIR: 8.5-9.3 μm
10 km
MIR: 3.4-4.2 μm Детектированные пожары
Пожары в районе Сиднея, Австралия (BIRD, 5 января 2002)
10 km
Карта пожаров по данным MODIS (стандартный продукт)
Карта пожаров по данным BIRD
Пожары в районе Сиднея, Австралия (BIRD, 5 января 2002)
10 km
1 10 100 1000 MW
Marinsk
Пожары в Сибире к западу от Байкала (BIRD, 14 мая 2003 )
10 km
Los Angeles
BIRD27 October 2003
7:07 GMT
Los Angeles
BIRD28 October 2003
6:59 GMT
10 km Los Angeles
BIRD29 October 2003
6:53 GMT
Развитие пожаров в районе Лос-Анжелеса по данным ночных съемок BIRD
0.1 1 10 MW / pixel
Пожары торфянников на Калимантане (BIRD, 24 августа 2003)
10 km
Дневное детектирование пожаров угольных пластов, Нингся, Китай (BIRD, 21 сентября 2002)
MIR: 3.4-4.2 μm Детектированные пожары и данные наземных обследований: пожары
(крестики) и котельные (треугольники)
5 km
Ночное детектирование пожаров угольных пластов, Нингся, Китай (BIRD, 21 сентября 2002)
MIR: 3.4-4.2 μm Детектированные пожары и данные наземных обследований: пожары
(крестики) и котельные (треугольники)
5 km
Наблюдения в. Этна, Сицилия (BIRD, 18-20 июля 2002, канал MIR)
18 июля 2002 19 июля 2002 20 июля 2002
T > 449 KA < 0.87 HaE = 10 MW
T > 406 KA < 1.4 HaE = 8.5 MW
10 km
1 km
Ночные съемки нефтяных пожаров в районе Киркук, Ирак (BIRD, 4 апреля 2003)
NIR: 0.84-0.90 μm MIR: 3.4-4.2 μm TIR: 8.5-9.3 μm
Эффективная температура нефтяных пожаров - 1500-1750 K
10 km
Дополнительная информация:
http://spacesensors.dlr.de/SE/bird
Руководитель проекта:
Dr. Eckehard Lorenz ([email protected])
Научный координатор проекта:
Prof. Dieter Oertel ([email protected])
