Methods of analysis and visualization of active fires and burnt areas of geospatial data

Abstract

The paper deals with the characteristics of remote sensing systems for forest fires and the analysis of their consequences in terms of burned areas. . The capabilities of the American system FIRMS and the complex European system EFFIS are considered. Algorithms and methods for processing medium resolution satellite observations (MODIS) are analyzed. These images are from Terra and Aqua satellites, namely Land MOD14 / MYD14 for active fire detection and MCD45 for burned areas. The results of a comparative analysis of the best known services MCD45A1, MCD64A1, MCD14ML and ESA's Fire_CCMCD45 service from MCD45 are presented. Their capabilities for monitoring burned areas were compared. It is shown that in the absence of a common state system of remote sensing in Ukraine, it is necessary to use the capabilities of modern, publicly available geographic information systems. For example, the cloud service Google Earth Engine (GEE) is used to retrieve and process satellite data on forest fires and their consequences. The use of GEE makes it possible to obtain geospatial data of forest fire zones and their consequences. These parameters are determined by the date, region, type of multichannel satellite and its channels (layering). Based on this information, a method for processing, analyzing and visualizing geodata of forest fires and their consequences was developed. The method consists of five steps, namely: obtaining input data from publicly available geographic information web services; pre-processing (filtering) of multi-channel satellite images; calculation of indexed images; their thresholding; storing the original data in cloud storage. The following recommendations are developed: on the selection of spectral indices; construction and use of radiometric correctionmasks; clouds; and a water mask. The study on the possibility of methods to detect forest fires and their consequences is implemented using Google Earth Engine. Comparative characteristics of the number and area of forest fires obtained from the general statisticaldata using the proposed method are given. The implementation of the proposed method has increased the efficiency of detection of dangerous areas.

У роботі розглянуто особливості систем дистанційногозондування землі для виявлення лісових пожеж, а також аналізу їх наслідків у вигляді згорілих областей. Розглянутоможливості американської системи FIRMSта комплексної європейської системи EFFIS.Проаналізованоалгоритми та методики систем обробки супутникових зображень середньої роздільної здатності (MODIS) на борту супутників Terra і Aqua, а саме алгоритми множини Land MOD14/MYD14для виявлення активних пожеж і множини MCD45 для згорілих територій.Наведено результати порівняльного аналізу найбільш відомих сервісів-MCD45A1, MCD64A1, MCD14MLESA’s Fire_CCMCD45 від MCD45-щодо їх можливостей стосовно моніторингу згорілих територій. Показано, що в умовах відсутностізагальної державної системи дистанційногозондування в України виникає необхідність використовувати можливості сучасних загальнодоступних геоінформаційних систем, наприклад хмарного сервісу Google Earth Engine (GEE) щодо отримання та обробки даних супутників про лісові пожежі та їх наслідки. Використання сервісу GEE дозволяє отримати геоданні зон лісових пожеж та їх наслідків, які визначаються за датою, регіоном, типом багатоканального супутника та його каналами (шарами зображень). На основі такої інформації розроблено методику обробки аналізу та візуалізації геопросторових даних про лісові пожежі та їх наслідки. Методикаскладається із п’яти етапів а саме: отримання вхідних даних із загально доступних геоінформаційних веб сервісів, попередня обробка (фільтрація) багатоканальних супутникових зображень, розрахунок індексованих зображень, їх порогова обробка, збереження вихідних даниху хмарному сховищі. Розроблені рекомендації по вибору спектральних індексів, побудови та використання масок радіометричної корекції, хмарності, а також водної маски. Методику реалізовано мовою JavaScriptна платформі GEE у вигляді спеціалізованої геоінформаційної системи (ГІС GEE). Проведено дослідження можливостейрозробленоїГІС GEEщодо виявлення лісових пожеж та їх наслідків.Наведенопорівняльніхарактеристики щодо кількості та площінебезпечних зон, які отримані за запропонованою методикою та відповідними відомостями із загально статистичних даних. На думку експертів-екологів впровадженнязапропонованоїметодики дозволило підвищити оперативність виявлення небезпечних зон