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 (Eckehard.Lorenz@dlr.de)

Научный координатор проекта:

Prof. Dieter Oertel (Dieter.Oertel@dlr.de)