Detección y monitorización de incendios desde satélite

Abstract

Els incendis forestals s'han convertit en les últimes dècades en un dels problemes ambientals més importants de l'Estat espanyol, i en els propers anys poden veure's agreujats pels efectes del canvi climàtic. Aquesta preocupació condueix a la necessitat de posar mitjans per a la prevenció, detecció i extinció dels focs. Per dur a terme les accions de detecció i prevenció s'utilitzen eines de control amb l'ajuda d'agents forestals, control des de torres de vigilància, des d’avions que sobrevolen les zones de muntanya, utilització de càmeres d'infraroig (IR) i visible (VIS), etc. A aquestes mesures, actualment, vénen a sumar-se les dades obtingudes de sensors a bord de satèl·lits. Aquest treball es centrarà en l'ajuda de mètodes eficients i eficaços de monitoratge en temps real fonamentats en tècniques de teledetecció. Es realitza una introducció de conceptes de radiometria i emisivitat que posen la base per entendre conceptes útils posteriorment utilitzats. Una vegada familiaritzats amb el vocabulari s'aprofundeix que tipus de tècniques de detecció i satèl·lits s'utilitzen en l'actualitat contemplant els seus avantatges i inconvenients. Com queda de manifest la combinació d'informació provinent de diversos tipus de detecció i satèl·lits obre possibilitats a nous mètodes que ajuden en les tasques de lluita contra incendis. D'aquí va néixer el model de predicció d'un índex d'incendis descrit en el projecte que utilitza les dades d'humitat del satèl·lit SMOS combinats amb dades de temperatura d'altres satèl·lits per a l'obtenció d'un índex de risc d'incendi, desenvolupat en el grup de teledetecció passiva de la Universitat Politècnica de Catalunya per a la Península Ibèrica. Seguint en la línia de millorar mètodes de detecció s'analitza i es genera un algoritme implementat a partir del mètode proposat en la tesi de Manyangadze. S'ha provat amb dades adquirides per a dos incendis ocorreguts en la Península Ibèrica. La informació utilitzada s'ha obtingut de la base de dades de la Unió Europea EFFIS (European Forest Fire Information System). Finalment es presenten les conclusions i línies futures del treball que van encaminades a millorar l'algoritme implementat i intentar visualitzar la potencialitat de la utilització dels satèl·lits en l'àrdua tasca de la lluita contra el foc en temps real.

Los incendios forestales se han convertido en las últimas décadas en uno de los problemas ambientales más importantes del Estado español, y en los próximos años pueden verse agravados por los efectos del cambio climático. Esta preocupación conduce a la necesidad de poner medios para la prevención, detección y extinción de los fuegos. Para llevar a cabo las acciones de detección y prevención se utilizan herramientas como control con la ayuda de agentes forestales, control desde torres de vigilancia, control con aviones que sobrevuelan las zonas de monte, utilización de cámaras de infrarrojo (IR) y visible (VIS), etc. A estas medidas vienen a sumarse los datos obtenidos de sensores a bordo de satélites. Este trabajo se centrará en la ayuda de métodos eficientes y eficaces de monitorización en tiempo real fundamentados en técnicas de teledetección. Se realiza una introducción de conceptos de radiometría y emisividad que ponen la base para entender conceptos útiles posteriormente utilizados. Una vez familiarizados con el vocabulario se profundiza en que tipos de técnicas de detección y satélites se utilizan en la actualidad contemplando sus ventajas e inconvenientes. Como queda de manifiesto la combinación de información proveniente de varios tipos de detección y satélites abre posibilidades a nuevos métodos que ayudan en las tareas de lucha contra incendios. De aquí nació el modelo de predicción de un índice de incendios descrito en el proyecto que utiliza los datos de humedad del satélite SMOS combinados con datos de temperatura de otros satélites para la obtención de un índice de riesgo de incendio, desarrollado en el grupo de teledetección pasiva de la Universitat Politècnica de Catalunya para la Península Ibérica. Siguiendo en la línea de mejorar métodos de detección se analiza y se genera un algoritmo implementado a partir del método propuesto en la tesis de Manyangadze. Se ha probado con datos adquiridos para dos incendios ocurridos en la Península Ibérica. La información utilizada se ha obtenido de la base de datos de la Unión Europea EFFIS (European Forest Fire Information System). Finalmente se presentan las conclusiones y líneas futuras del trabajo que van encaminadas a mejorar el algoritmo implementado e intentar visualizar la potencialidad de la utilización de los satélites en la ardua tarea de la lucha contra el fuego en tiempo real.

Forest fires are recently becoming in one of the most important environmental problems of the Spanish State, and in the next years their effects can be even worse by the effects of the climate change. This worry drives to the need to put means for the prevention, detection and extinction of the fires. To carry out the detection and prevention activities, different actions like control with the help of forest agents, control from towers of alertness, from airborne that fly over the mountain areas, the use of infrared (IR) and visible (VIS) cameras installed onboard UAV (Unmanned Aerial Vehicles) or airborne , etc. In addition to these, nowadays, measurements from satellite sensors can help. This work will center on the use of efficient and effective methods of monitoring in real-time based on remote sensing skills. First, the concepts of radiometry and emissivity are presented in order to introduce the bases of new tools. Then, a description of different satellite missions and instruments are described and the advantages and disadvantages are analyzed. As monitoring forest fires needs real time measurements, the spatial and time resolutions of the available missions are inter-compared. The combination of different sensors and even different platforms can help to struggle the task to struggle against fires. In addition, in this project a new index of fire risk obtained for the Iberian Peninsula is presented. It uses the soil moisture retrieved from the SMOS mission combined with information of the land surface temperature from other satellites or reanalysis ECMWF data, in addition other variables such as soil type and texture. This index of forest fire risk has been developed by the group of passive remote sensing of Universitat Politècnica of Catalunya for the Iberian Peninsula. Furthermore, in this project an algorithm proposed in the thesis of Manyangadze for forest fire monitoring has been analyzed and implemented. The performances of this algorithm are analyzed using the visible and infrared data recorded from satellite of the evolution of two fires occurred in the Iberian Peninsula. This information has been obtained from the database of the European Union EFFIS (Europaean Forest Fire Information System). Finally, the conclusions and future lines of the work try to propose some actions to improve the implemented algorithm and highlight the potentiality of the use of the satellites in the arduous task of the struggle against forest fires in real-time.