Дистанционная идентификация малых очагов возгорания на подстилающей поверхности с помощью датчиков беспилотных летательных аппаратов.

Весной и летом 2019 года полыхали сначала степные пожары в Забайкалье, а затем лесные пожары в Сибири. Они стали настоящей катастрофой для природной среды и жителей огромных территорий. Причиной возникновения пожаров могли быть как естественные, так и антропогенные факторы. Главным выводом пережитой катастрофы является необходимость усиления требований к своевременной идентификации малых очагов возгорания, грозящих перерасти в масштабные пожары.
Обнаружение очагов пожаров на протяженных территориях в настоящее время осуществляется в основном путём авиационных наблюдений с помощью специальных приборов, а также анализа информации датчиков космических систем. Основной причиной медленного развития современных систем мониторинга малых очагов возгорания на огромных территориях РФ является высокая стоимость традиционных авиационных наблюдений и космических средств получения данных высокого пространственного разрешения в ИК-диапазоне спектра. В частности, в настоящее время известен только один российский космический аппарат «Канопус-В-ИК», который был разработан и запущен с учетом возможности поиска очагов пожаров. Однако в настоящее время появился альтернативный перспективный способ решения этой важной проблемы мониторинга - использование быстро совершенствующихся беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Сейчас БПЛА и средства их оснащения стали намного доступнее.
Система дистанционной идентификации может быть концептуально представлена с помощью упрощенной радиометрической модели трансформации излучения на трассе объект-атмосфера-датчик. Выходной сигнал усилителя прибора при этом может быть рассчитан путём интегрирования по всем длинам волн используемого диапазона, по всей области источника и по области оптической апертуры [1].
В докладе представлены результаты имитационного моделирования дистанционной идентификации малых очагов открытого пламени с помощью ИК-детектора, установленного на БПЛА. Для обоснования возможного подхода к решению задачи рассмотрена модель прибора с различными численными характеристиками излучения на всех промежуточных этапах трансформации: тепловой источник-атмосфера-датчик БПЛА. На основе полученных данных проанализирована возможность оперативного мониторинга характеристик излучения в диапазоне 3-5 мкм (области полосы 4.3 мкм СО2).
В качестве примера в докладе приведены результаты расчетов для InSb датчика с площадью апертуры 7.8×10−3 м2 и полем зрения 1×10−4ср с пиковой чувствительностью 2.5 A/Вт. При этом площадь очага пламени предполагалась равной 1м2, а температура – 1000°C. Данные рассчитывались для высоты полета БПЛА 1000 м с учетом условия, что измерения ведутся близко к надиру. Спектральное пропускание атмосферы рассчитывалось с помощью программного пакета с открытым исходным кодом LBLRTM [2]. Полученные данные показывают, что сигнал от пламени минимум в шесть раз превосходит фоновый сигнал, даже в случае, если очаг пламени занимает не более 0.01 поля зрения датчика.
Результаты вычислений для разных типов подстилающих поверхностей (степная, лесная растительности) и различных моделей атмосферы (среднеширотное, субарктическое лето) показали высокую эффективность данной технологии идентификации очагов возгорания. При этом техническая возможность практической реализации данной технологии на основе малых БПЛА обуславливает перспективу ускоренного развития данного вида мониторинга в труднодоступных районах РФ.