Pożary zewnętrzne a drony i satelity

Pożary lasów stanowią obecnie jeden z większych wyzwań dla jednostek ochrony przeciwpożarowej na całym świecie. Odpowiedzą na to zagrożenie są systemy ochrony przeciwpożarowej i rozwiązania wykorzystywane w razie pożaru w lasach – punkty obserwacji naziemnej, punkty alarmowo-dyspozycyjne, punkty czerpania wody, samoloty i samochody gaśnicze, pasy przeciwpożarowe. Wykorzystanie technologii satelitarnych i dronowych może stanowić uzupełnienie tej ochrony.

Za powstawanie pożarów lasów odpowiedzialne są takie czynniki, jak zmiany klimatu, skład gatunkowy drzewostanów oraz człowiek. Wyłączając politykę let it burn (z ang. niech się pali), która zakłada celowe wypalanie lasów, aby usunąć nadmiar palnej materii, pożary lasów są zjawiskiem niepożądanym. Z punktu widzenia gospodarki leśnej zaliczają się do najpoważniejszych zagrożeń. Według danych Copernicus (unijny program obserwacji Ziemi za pomocą satelitów oraz na podstawie danych in situ – przyp. red) w 2023 r. spaleniu uległo: 1% powierzchni Portugalii, 0,4% Grecji, 0,2% Włoch, 0,2% Hiszpanii. Pożary lasów powodują straty, które można przeliczyć na wartości materialne, a ponadto utratę biocenozy i emisję zanieczyszczeń do środowiska (atmosfery, gleby i wody). Oddziaływanie termiczne niszczy materię organiczną gleby i powoduje zmniejszenie jej żyzności. Pożary wielkopowierzchniowe wymagają również zaangażowania znacznych sił i środków KSRG do działań, w związku z czym obniżony zostaje potencjał operacyjny służb ratowniczych na danym obszarze. Kolejne zdarzenie wymagające dysponowania straży pożarnej do działań może nie zostać obsłużone w odpowiednim czasie. Celowe wypalanie lasów podczas konfliktu zbrojnego lub w celu wywołania destabilizacji w państwie, w celu osiągnięcia zamierzonych efektów psychologicznych i politycznych może zostać zakwalifikowane jako piroterroryzm.

Europejski system

Technologie satelitarne i dronowe mogą być wykorzystywane przez organy odpowiedzialne za bezpieczeństwo wewnętrzne podczas pożarów, powodzi, suszy czy huraganów. Można je również stosować do monitorowania osiadania gruntów, poszukiwania osób, wykrywania nielegalnych zrzutów ścieków do rzek lub przez statki na morzach, czy szacowania strat powodziowych lub popożarowych.

Trendy zakupowe i wykorzystanie bezzałogowych platform lotniczych pokazują, że drony znalazły uznanie i umocniły swoją pozycję w ratownictwie i zarządzaniu kryzysowym. Według rejestru bezzałogowych statków powietrznych (BSP) prowadzonego przez KG PSP w 2022 r. znajdowały się w 134 jednostkach PSP i OSP.

Satelity to już nieco droższa i bardziej skomplikowana sprawa. W planach zakupowych Ministerstwa Obrony Narodowej jest nabycie dwóch satelitów obserwacyjnych wraz ze stacją odbiorczą. Satelity będą wykorzystywane w celach związanych z obronnością państwa (większa efektywność rozpoznania) oraz w celach cywilnych przez służby odpowiedzialne za bezpieczeństwo wewnętrzne. Bezpośredni brak satelitów nie oznacza jednak braku dostępu do informacji satelitarnych. Jako członek Unii Europejskiej Polska ma dostęp do systemu Copernicus (European Forest Fire Information System). Europejski Copernicus wchodzi w skład światowych systemów FIRMS NASA (Fire Information for Resource Management System) oraz GWIS GEO (Global Wildfire Information System).

Copernicus Emergency Management Service (EMS) został uruchomiony w kwietniu 2012 r. Ma dwie główne funkcjonalności: po pierwsze – dostęp do map, które mogą być wykorzystane w sytuacjach kryzysowych, po drugie – funkcję wczesnego ostrzegania w zakresie zagrożeń powodziowych i pożarowych.

Wśród użytkowników systemu Copernicus wyróżnić można:

• użytkownika uprawnionego – w Polsce: Biuro Planowania Operacyjnego Komendy Głównej PSP (dawny KCKRiOL), użytkownicy z List of Authorised Users of Copernicus EMS Mapping,
• użytkownika powiązanego – działa pod użytkownikiem uprawnionym i podlega mu (są to podmioty lokalne, regionalne i podmioty publiczne, np. Bank Światowy, ONZ),
• użytkownika publicznego – z dostępem do podstawowych funkcjonalności systemu.

Rys. 1. Procedura uruchamiania usługi EMS Rapid Mapping

W Polsce system Copernicus EMS Rapid Mapping może zostać uruchomiony przez Biuro Planowania Operacyjnego Komendy Głównej PSP w razie wystąpienia zdarzenia kryzysowego. Dzieje się to przez wypełnienie specjalnego formularza SRF (Service Request Form) i przesłanie do Centrum Koordynacji Reagowania Kryzysowego Unii Europejskiej (ERCC). Centrum ERCC działa 24 godz. na dobę przez 365 dni w roku. W formularzu należy wskazać, jakie produkty powinny zostać dostarczone przez ERCC i na jakim poziomie: SL1 lub SL2. Otrzymane mapy, w odpowiednio wybranej skali, przedstawiają sytuację przed zdarzeniu kryzysowym i po nim, przesyłane są także mapy referencyjne. Dane dla standardowego użytkownika pojawiają się w systemie EFFIS po około 10-15 dniach (w zależności od usługi). Dla służb w trybie EMS SL1 dla produktu first estimate dostarczone mogą być już po 2 godz. System Copernicus w trybie EMS Rapid Mapping został uruchomiony ponad 630 razy. W Polsce z tej usługi skorzystano pięć razy.

Tabela 1. Lista uruchomień systemu Copernicus w trybie EMS Rapid Mapping w Polsce

Pożar Biebrzy

Ostatnio system Copernicus został użyty w Polsce np. w związku z pożarem w Biebrzańskim Parku Narodowym w 2020 r. Prócz zgłoszeń drogami tradycyjnymi o pożarach w BPN detekcja zrealizowana została również przez satelity wykrywające anomalie temperaturowe.

Rys. 2. a) detekcja pożaru przez serwis Copernicus, b) zdjęcie frontu pożaru w Biebrzańskim Parku Narodowym, 2020 r.

O intensywności pożaru świadczyły liczne alarmy pożarowe, tzw. hotspoty, generowane na podstawie temperatury powierzchni Ziemi rejestrowanej przez sensory satelitarne VIIRS i MODIS. Piksele pożarowe oznaczone jako hotspoty należy traktować jako alarmy pożarowe. Na ich podstawie można określić precyzyjnie lokalizację pożaru. Wystarczy, aby 1% piksela został zajęty przez bardzo intensywny pożar, aby piksel został oznaczony jako hotspot. Sensory MODIS znajdują się na pokładzie satelitów TERRA i ACQUA. Wyszukują punkty na powierzchni ziemi, które są „cieplejsze” od otoczenia i oznaczają je, jako aktywne pożary (hotspoty). Różnica temperatur między obszarami aktywnie płonącymi i obszarami sąsiednimi pozwala na identyfikację i mapowanie aktywnych pożarów. Rozdzielczość przestrzenna aktywnego piksela wykrywania pożaru MODIS wynosi 1 km. Zestaw radiometrów do obrazowania w podczerwieni VIIRS znajduje się na pokładzie satelity SuomiNPP. Używa on podobnych algorytmów, jak w przypadku sensorów MODIS, aby wykryć aktywny pożar. VIIRS uzupełniają aktywną detekcję pożaru MODIS i zapewniają lepszą rozdzielczość przestrzenną w porównaniu do MODIS. Rozdzielczość przestrzenna aktywnego piksela wykrywania pożaru wynosi 375 m. Dzięki temu VIIRS jest w stanie wykryć mniejsze pożary. Informacje o aktywnych pożarach są aktualizowane sześć razy dziennie i udostępniane w EFFIS w ciągu 2-3 godz. od pozyskania obrazów MODIS/VIIRS.

Ochrona terenów wielkopowierzchniowych

Satelity pozwalają monitorować powierzchnię całej Ziemi. Należy jednak zdawać sobie sprawę z ograniczeń, takich jak czas dostępu do danych satelitarnych, rozdzielczość zobrazowania czy podatność na fałszywe alarmy. Uzupełnieniem komponentu kosmicznego mogą być drony, które potwierdzą detekcję pożaru przez satelity oraz bezpośrednio pozyskają dane na potrzeby prowadzonych działań, w celu rozpoznania i zwiększenia świadomości sytuacyjnej strażaków.

Dron wykorzystywany podczas pożaru lasu powinien cechować się m.in. możliwością transmisji danych do osoby analizującej pozyskany materiał lub do samochodu dowodzenia i łączności niezawodną drogą (najlepiej zredundowaną łącznością GSM i radiową) oraz odpowiednio długim czasem lotu. Na rynku są dostępne polskie platformy BSP z napędem hybrydowym umożliwiającym lotu do 5 godz. Długi czasu lotu i duży, niezawodny zasięg podczas misji na obszarach wielkopowierzchniowych to największe atuty samego drona.

Należy pamiętać, że platforma jest tylko narzędziem, które przenosi ładunki (tzw. payloady). Dron może przenosić np. czujniki do pomiarów parametrów powietrza, urządzenia do retransmisji sygnału, kamery NDVI, oświetlenie, głośnik, kamery RGB, kamery termowizyjne, system zrzutu, laser do pomiaru odległości czy urządzenia LIDAR, badające odległość od badanego obiektu za pomocą pomiaru odbicia światła impulsowego lasera i w połączeniu z innymi danymi zarejestrowanymi przez system tworzące trójwymiarowe modele tego kształtu.

Ostatnim elementem jest odpowiednia analiza i przetwarzanie danych przez człowieka lub oprogramowanie do post-processingu. W łańcuchu tym można więc wyróżnić platformę dronową, payloady do pozyskania danych wejściowych oraz przetwarzanie i analizę danych przez człowieka, czy specjalistyczne oprogramowanie. Tak pozyskane i zinterpretowane dane powinny być przekazywane do KDR lub zespołu analiz, gdzie posłużą do podjęcia adekwatnych decyzji co do działań. Przykładem oprogramowania ułatwiającego analizę termogramów jest Radiometric Data Toolset (RDT), umożliwia ono wykrywanie punktów o podwyższonej temperaturze. Pozyskane w ten sposób zdjęcia nie muszą być analizowane przez człowieka (zdjęcie po zdjęciu). Program sam wyróżni punkty o wyższej temperaturze wraz z koordynatami nawigacyjnymi. Następnie koordynaty GPS mogą zostać przekazane bezpośrednio do strażaków prowadzących działania z ziemi lub zespołów lotniczych.

Rys. 3. Analiza termogramu z wykorzystaniem oprogramowania Radiometric Data Toolset (RDT)

Podczas pożarów lasów dane pozyskane przez bezzałogowce zwiększają świadomość sytuacyjną dowódcy/zespołu analiz. Ważne jest, aby sam pilot nie zajmował się ich analizą i interpretacją. Wyróżnić więc można następujące funkcje członków zespołu, gdy podczas działań wykorzystywane są drony:

• pilot BSP odpowiedzialny za lot,
• operator kamery/czujników, najlepiej posiadający swój kontroler do sterowania payloadów oraz wstępnej analizy danych,
• zespół analizujący i interpretujący dane (często z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania).

Podział na role, które mają przypisane określone obowiązki, wynika z dbałości o to, aby poszczególne osoby nie były przeciążone nadmiarem analizowanych informacji w tym samym czasie (dotyczy to zwłaszcza pilota odpowiedzialnego za lot). Szczególnie podczas pożarów, gdy wykorzystuje się kilka bezzałogowych platform, z jednoczesną koordynacją lotów załogowych, tj. śmigłowców ze zbiornikiem bambi bucket lub samolotów gaśniczych. Podział obowiązków istnieje m.in. po to, aby wykluczyć ewentualne błędy, które w lotnictwie nie powinny mieć miejsca, i obniżyć poziom ryzyka operacyjnego.

Korzyści płynące z wykorzystania zobrazowania satelitarnego i bezzałogowych statków powietrznych z odpowiednimi payloadami podczas pożarów wielkopowierzchniowych dla służb pożarniczych, leśnych oraz odpowiedzialnych za zarządzanie kryzysowe są bardzo duże. Pozyskane dane mogą być wsparciem dla KDR, a także usprawnić prace zespołu analiz w ramach powołanego sztabu poprzez analizowanie rodzaju zagrożenia oraz prognozowanie jego rozwoju dla ludzi, zwierząt, środowiska lub mienia, szacowanie sił i środków niezbędnych do ograniczenia lub likwidacji zagrożenia, wypracowanie taktyki prowadzenia działań ratowniczych, analizowanie zużycia środków gaśniczych (prognozowanie zużycia), dokumentowanie przebiegu działań ratowniczych i planowanie miejsc przyjęcia dodatkowych sił i środków oraz wskazanie miejsc do zakwaterowania i odpoczynku ratowników.

Ponadto analiza danych satelitarnych i tych pozyskanych z platform BSP może posłużyć do określenia strat popożarowych (NDVI, NRB – wskaźnik intensywności ognia), lokalizowania ognisk pożarów (hotspotów), określenia kierunku rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń dzięki usłudze Copernicus Atmosphere Monitoring Service, która dostarcza szacunkowej wielkości emisji wybranych gazów na skutek pożarów wielkopowierzchniowych, analizę zawartości wody w roślinach NDVI – tzw. wskaźnik wegetacji, pozyskania danych meteorologicznych i wyznaczenia trendów sezonowych i statystyk.

Rys. 4. Powierzchnia pożaru w Biebrzańskim Parku Narodowym, który miał miejsce w kwietniu 2020 r.

Dane pozyskane za pomocą systemu Copernicus można wykorzystać do sporządzenia analizy z prowadzonych działań ratowniczych – zgodnie z § 44 ust. 3 rozporządzenia w sprawie szczegółowej organizacji KSRG dla działań ratowniczych, w których brały udział siły i środki odwodu operacyjnego na obszarze województwa lub centralnego odwodu operacyjnego lub korzystano z wiedzy ekspertów ds. prognozowania zagrożeń/ratownictwa analiza taka musi powstać. Drony i satelity mogą stanowić ciekawe uzupełnienie konwencjonalnej ochrony przeciwpożarowej ze względu na swoje atuty i możliwości, przede wszystkim dlatego, że z góry widać więcej.

Na koniec należy podkreślić, że Państwowa Straż Pożarna realizuje swoje zadania nie tylko w sferze operacyjnej, gasząc pożary traw i lasów. Przeciwdziałanie tego rodzaju zagrożeniom to przede wszystkim prewencja i świadomi obywatele. Kampania społeczna „Stop pożarom traw” oraz coroczne apele strażaków PSP i OSP, a także Lasów Państwowych przyczyniają się do upowszechniania wiedzy w zakresie bezpieczeństwa pożarowego lasów i na terenach otwartych. Aż za 94% pożarów traw odpowiedzialny jest człowiek. Wypalanie traw może spowodować przeniesienie się ognia na teren zadrzewiony lub las, przez co straty mogą być jeszcze większe. Rozwaga i zapobieganie to pierwszy element bezpieczeństwa pożarowego, za który odpowiada każdy człowiek. Wniosek nasuwa się jeden: każdy z nas może zostać strażakiem, gdyż zapobieganie to najważniejszy element ochrony przeciwpożarowej. Bądźmy odpowiedzialni za środowisko naturalne!

kpt. Mateusz Banaś pełni służbę w Dziale Projektów Akademii Pożarniczej (dawniej SGSP) w Warszawie