Metsäpalot satelliittikuvilta automaattisesti hätäkeskukseen
Kirjoittaja: Yrjö Rauste, VTT
Artikkeli pdf-muodossa (Positio 2/2009)
Satelliittipohjainen metsäpalojen havaitsemisjärjestelmä ilmoittaa automaattisesti hätäkeskukseen, jos kuvassa on kynnysarvon ylittäviä kuumien pikseleiden alueita.
Monissa sääsatelliiteissa on tulen havaitsemiseen soveltuva keski-infrapunan havaintoalue, joten niitä voidaan käyttää myös tosiaikaiseen palojen havaitsemiseen. VTT ja Ilmatieteen laitos ovat kehittäneet palojen havaitsemiseen soveltuvan järjestelmän yhdessä sisäasiainministeriön pelastusosaston kanssa. Järjestelmän tuottamaa tietoa hyödyntävät hätäkeskukset, pelastuslaitokset ja muut metsäpalontorjunnan toimijat.
Palojen havaitsemisjärjestelmän tärkeimmän datalähteen muodostaa NOAA-sääsatelliittisarjan AVHRR- instrumentin kuva-aineisto. Uusimpien NOAA-satelliittien AVHRR/3-instrumentissa on kuusi aallonpituuskanavaa, joista käytetään kolmea:
- keski-infrapuna-alueen 3.7 μm:n kanavaa palon havaitsemiseen sekä
- lähi-infrapuna-alueen 0.6 μm:n ja termisen infrapunan 11 μm:n kanavaa väärien hälytysten eliminointiin.
Vaikka AVHRR-instrumentin erotuskyky on parhaimmillaankin (kuvan keskiosassa) 1,1 km, voidaan kuvista havaita muutaman hehtaarin suuruisia paloja. Tämä perustuu siihen, että liekkien (noin 800 Kelvinastetta) lähettämä säteily keskittyy juuri tälle noin 3.7 μm:n alueelle, jolloin kontrasti palavan alueen ja normaalilämpöisen ympäristön välillä on hyvin selvä.
Valitettavasti joidenkin uusien NOAA-satelliittien aineistosta puuttuu 3.7 μm:n kanava päiväsaikaan. Tämä rajoittaa uudempien NOAA-satelliittien käyttöä palojen havaitsemiseen päivällä – varsinkin Pohjolassa, missä yöt ovat kesäisin lyhyitä.
NOAA-kuvien lisäksi järjestelmä käyttää NASA:n Terra- ja Aqua-satelliittien kuvia. Satelliittien Modis-instrumentin 36 kanavasta palojen havaitsemisjärjestelmässä käytetään vain kolmea:
- lähi-infrapuna-alueen kanavaa 2 (0.841-0.876 μm),
- keski-ifrapuna-alueen kanavaa 21 (3.93-3.99 μm) ja
- termisen infrapuna-alueen kanavaa 31 (10.78-11.28 μm).
Modis-aineiston resoluutio on kuva-alan keskiosassa 1,0 km.
Kuumat pikselit
Jotta palohavaintojen paikkatieto saataisiin käyttökelpoisessa muodossa, satelliiteista tuleva kuva-aineisto oikaistaan karttakoordinaatistoon. NOAA/AVHRR-aineiston oikaisu tapahtuu alustavasti satelliittien ratatietojen avulla. Alustavaa oikaisua tarkennetaan automaattisin tukipistein, jotka mitataan kuvakorrelaation avulla oikaistun kuvan ja manuaalisesti tehdyn, tarkasti oikaistun pilvettömän kuvamosaiikin välillä. Modis-aineiston mukana tuleva sijaintitieto on niin tarkkaa, että Modis-aineisto voidaan oikaista ilman tukipisteitä.
Palonhavaitsemisalgoritmi etsii kuvasta aluksi pikselit, joiden kirkkauslämpötila 3,7 μm:n keski-infrapunakanavalla on valittua kynnysarvoa suurempi. Toisiinsa kytkeytyneet ”kuumat” pikselit niputetaan paloalueiksi. Jokaiselle paloalueelle lasketaan kuvaavia suureita kuten keskimääräinen reflektanssi lähi-infrapunan kanavalla, keskimääräinen kirkkauslämpötila termisen infrapunan kanavalla, havaintoinstrumentin korkeuskulma ja etäisyys lähimmästä tunnetusta terästehtaasta.
Näiden suureiden avulla erotellaan todennäköiset palot vääristä havainnoista. Tyypillisiä vääriä havaintoja aiheuttavat auringon suora heijastus veden tai esimerkiksi sumukerroksen pinnasta, pilvet sekä terästehtaat, joissa hyvin kuumaa materiaalia toisinaan varastoidaan taivasalla.
Niistä paloalueista, joita palojen havaitsemisjärjestelmä pitää todellisina paloina, lähetetään hälytysviesti hätäkeskukseen automaattisesti sähköpostina. Kesällä 2008 hälytysviestit lähetettiin keskimäärin 22 minuutissa NOAA/AVHRR-kuvan vastaanotosta ja keskimäärin 29 minuutissa Modis-kuvan vastaanotosta.
Viestissä on palon koordinaatti- ja aikatiedon lisäksi myös linkki Internet-palvelimella olevaan karttakuvaan. Havaituista paloista tehdään myös yhteenvetokartta Internetiin.
Pilvipeite haittaa havainnointia
Vaikka käytettävän satelliittiaineiston resoluutio on 1 km tai huonompi, voidaan muutaman hehtaarin palojakin havaita. Pienin kulotusala, jonka järjestelmä on havainnut, on ollut 0,5 hehtaaria. Toisaalta pilvipeite estää palon havaitsemisen. Niinpä kaikkia suuriakaan paloja ei havaita ennen kuin ne on sammutettu. Esimerkiksi kesällä 2008 Suomessa oli 26 yli seitsemän hehtaarin metsä- tai maastopaloa. Näistä järjestelmä havaitsi seitsemän. Pilvipeite esti palon havaitsemisen yhdeksässä tapauksessa.
Havaituista paloista on pyydetty varmistusta paloviranomaisilta. Kesällä 2008 saatiin tällainen varmistus 126 paloon Suomesta, Virosta ja Ruotsista. Näistä 53 oli kulotuksia, 38 metsä- tai maastopaloja, 11 muita paloja ja 24 vääriä hälytyksiä. Väärien hälytysten osuus on vaihdellut vuosittain. Viimeisen kymmenen vuoden keskiarvo väärien hälytysten osuudesta oli 12 prosenttia.
Vaikka satelliittipohjainen metsäpalojen havaitsemisjärjestelmä ei löydäkään kaikkia paloja, se on toimiva lisä palontorjunnassa. Syrjäisillä alueilla, joilla ihmisiä liikkuu harvoin, järjestelmä voi toimia eräänlaisena turvaverkkona. Näin satelliittijärjestelmä täydentää kansalaishavaintoihin ja lentotähystykseen perustuvaa palojen havaitsemista. Satelliittijärjestelmän etuna on havaintojen määrä.
Satelliittipohjaisen järjestelmän avulla saadaan tietoa myös oman maan ulkopuolisista paloista, joista saattaa tulla savua Suomen puolelle.
Satelliittipohjainen metsäpalojen havaitsemisjärjestelmä kattaa laajan alueen pienillä kustannuksilla. Järjestelmää kannattaa käyttää ja edelleen kehittää niin kauan kuin sopivaa satelliittiaineistoa on vapaasti saatavissa.
Kirjoittaja työskentelee VTT:llä erikoistutkijana, sähköposti: yrjö.rauste[at]vtt.fi.
21.6.2010 11:18