بررسی سیستمهای نظارت و اعلام حریق در جنگل ها

ایمان یاوری- شرکت آذربانان چهلستون

عضو نظام مهندسی و مشاورسازمان آتش نشانی اصفهان  

مقدمه

حریق در جنگل ها تهدیدی برای محیط زیست، موجودات زنده و زیر ساختهای کشور ها و در صورت گسترش بافتهای شهری و ساختمان هاست. پیش بینی شده است که آتش سوزی در جنگل های استوایی تا سال ۲۰۳۰ جنگلهای جهان را به یک دوم کاهش دهد{۱}. هر ساله ۱۰٫۰۰۰ کیلومتر مربع از بافت گیاهی اروپا ودر آمریکا ی شمالی و روسیه ۱۰۰٫۰۰۰ کیلومتر مربع توسط آتش نابود می شود {۲}. در خشکسالی سال ۱۹۶۰، ۵۳۷ هزار هکتار از جنگل های مدیترانه ای در آتش سوخته اند. در نیکاراگوآ یک میلیون هکتار در سال۲۰۰۷ آسیب دیده است و ۱۲ گونه زیستی در سواحل نیکاراگوآ در معرض خطر نابودی قرار گرفته اند{۱۰}. پیش بینی می شود تا سال ۲۰۳۰، ۲۰٪ از دی اکسید کربن منتشر شده در جو در پی آتش سوزی جنگل ها به وجود آید. در کشور کرواسی در سال ۲۰۰۳ ،۹۷۰۰ هکتار از جنگل ها در آتش سوخته است {۲}. پیش بینی شده است در دو شهر از کشور مذکور از آتش سوزی در جنگلها ۱۶ تا ۶۰ میلیون یورو زیان مالی ا یجاد شود. در آتش سوزی تابستان سال ۲۰۱۰ ، در کشور روسیه که لقب فاجعه ملی گرفت ، ۱۰ میلیون هکتار از مزارع  آسیب دیده است و بیش از ۱۱ میلیون دلار هزینه دولتی برای مهار آتش مصرف شد و تنها در یک روز بیش از ۱۲۸ هزار هکتار از جنگل های این کشور نابود شد{۱۰}. در کشور کره به طور متوسط سالانه ۴۰۲ فقره حریق به مساحت ۳۶۶۶ هکتار اتفاق می افتد که ۱۹۷/۹ میلیون دلار خسارت ایجاد کرده است.{۴}

بنا بر گزارش سازمان های جهانی ، ایران در میان۵۶ کشور دارای جنگل ،رتبه ۴۵ را دارا است. {۷} در آمار طبقات جنگل به تفکیک استانی گزارش می کند، درایران جنگلهای انبوه ۱۷۸۰۲۹۰ هکتار، جنگل های نیمه انبوه۳۴۶۸۳۱۲ ،تنک۸۱۰۰۵۹۶، بیشه زار ۲۶۶۵۰۶۷ و دشت کاشت۹۴۳۹۱۴ هکتار می باشند .ایران به طور کل از ۱۶٫۹۸۳٫۹۳۹ هکتار جنگل برخوردار است{۶}. نمونه هایی از آتش سوزی در پوشش های گیاهی زاگرس گزارش شده که صدمات بسیاری به پوشش گیاهی و زیست محیطی رسانده است ، به عنوان نمونه در منطقه حفاظت شده بدر و پریشان حدود۲۰ هکتار از جنگلها تخریب شده اند . آتش سوزی در بانه ۳۰۰ هکتار جنگل را طعمه حریق کرده است و آتش سوزی جنگلهای مریوان و سروآباد ۱۲۳ هکتار جنگل را طعمه حریق کرده وحدود ۹ میلیارد ریال خسارت به جا گذاشته است .{۷} در استان خراسان در ۴ ماه نخست سال ۱۳۸۹ دهها هکتار از مراتع تحت مدیریت استان طعمه حریق شده اند{۹}.

یکی از راه های موثر  برای کاستن زیانهای وارده ناشی از حریق در جنگلها ، به جز اقدامات پیش گیرانه ، اعلام حریق و عکس العمل سریع می باشد. در سایرکشورها برای حفاظت جنگل ها از حریق ، اقدامات متفاوتی به انجام رسیده است که عمدتا مبتنی بر نظارت انسانی بوده است. این نظارت انسانی منوط به نظارت ۲۴ ساعته انسان بر نقاط مورد بررسی می باشد. بازرسی های انسانی اگر با سیستم های نظارتی نوین همراه شوند درصد خطاهای انسانی کاسته خواهد شد. و معمولاً سازمانهای دولتی مسئولیت حفاظت و کاربری جنگلها و اراضی دولتی را در مقابل حوادثی چون آتش سوزی بر عهده دارند.

برای پیشگیری از آتش و اعلام حریق به موقع ، سیستم های مختلفی ایجاد شده اند که به انسان امکان فرونشاندن به هنگام حریق را داده و از میزان خسارت های اقتصادی و زیست محیطی می کاهد. در پژوهش حاضر پژوهشگر در قسمت پیشینه تحقیق به نمونه هایی از روشهای اجرایی موجود در برخی کشورها می پردازد و در قسمت دوم ، تجربه اجرایی کشورکرواسی را مورد بحث و بررسی قرار می دهد و در بخش پایانی  پیشنهادات اجرایی ، با توجه به شرایط اقلیمی و طبیعی فضای سبز ایران ارائه می کند.

بدیهی است ارزیابی ریسک حریق و سایر مسائل فنی در کاربری این سیستم ها منوط به بررسی دقیق انواع این پوشش های گیاهی و تطبیق سیستم های معرفی شده با شرایط اقلیمی و بومی است.
[auth]

پیشینه تحقیق

تحقیقات انجام شده در این زمینه به طور کلی مبتنی بر سیستمهای زمینی و ماهواره ای می باشد. در سیستم های زمینی امکان بررسی به صورت زنده از طریق دوربین های ویدئویی و یا سنسورهای مادون قرمز وجود دارد . در سیستم های ماهواه ای اطلاعات به صورت تصاویر دریافتی از ماهواره ها دریافت و توسط نرم افزارهای مرتبط بررسی می گردد.این روش بیشتر مناسب بافتهای کم تراکم بوده و همچنین نتایج بدست آمده از آن برای بررسی  دلائل حریق ، سرعت گسترش و پیشگیری های آینده از حریق مناسب تر می باشد.{۲}

• ماهواره های NOAA (مدیریت جوی و اقیانوس ملی)که عمدتاً برای اهداف محیط زیستی مورد استفاده قرار گرفته است در الگوریتمهای شناسایی آتش تصاویر زمین شناسی به دست آمده از طریق گیرنده های مادون قرمز ، حرارت و تبخیر جوی را مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد. شایان ذکر است عواملی چون کارخانه های فولاد می توانند از عوامل خطا در این سیستم ها به شمار می آید. تجربه کشور فنلاند برای جنگلهای شمالی بطور کلی موفقیت این سیستم را تایید می کند. {۱}
• در کشور کره سیستم FFSS (نظارت آتش سوزی جنگلها) مبتنی بر شبکه های حسگر بی سیم (WFS) برای زمستانهای بسیار خشک کره مورد استفاده قرار گرفته است. این سیستم ها با استفاده از دوربین های حسگر مادون قرمز و نیز سیسستم های ماهواره ای بر جنگلهای موجود در کوههای کره جنوبی نظارت می کند. از اشکالات این سیستم عدم توانایی پوشش زنده مشاهده و هشدار است. این سیستم به جز حسگرهای حرارت و رطوبت و دور از برنامه هایMIDDLE WARE  و برنامه کاربردی شبکه APPLICATION WEB  برخوردار است که به تجزیه تحلیل اطلاعات پرداخته و هنگام آتش سوزی می تواند زمان نزدیک به لحظه حرارت را شناسایی و هشدار می دهد.{۴}
• در روش استفاده از منطق فازی برای شناسایی آتش و منبع آتش ، با استفاده از روش قطعه بندی تصاویر ماهواره ای آتش شناسایی می شود. قوانین حاکم بر این سیستم بر اساس استدلالهای منطق فازی استخراج می شود و تصاویر را با یک روش پردازش به مجموعه ای از تصاویر حاوی نواحی مشابه تقسیم می کند و از طیف های رنگی تبدیل شده برای شناسایی نواحی مورد نظر استفاده می کند.{۳}
• در ایتالیا روشی به نام SAFD (تکامل دینامیک دود، طبقه بندی شده توسط هوش مصنوعی) برای کنترل نواحی که انسان به آن دسترسی ندارد به کار می رود. از مزایای این سیستم ، عدم وجود اختلال و عدم وجود خستگی عوامل انسانی و نیز قابلیت تجمیع این سیستم با سایر سیستم های کامپیوتری و نیز قابلیت تبدیل اطلاعات می باشد.{۵}
• سیستم IR THERMAL که در فرانسه مورد استفاده قرار گرفته است ، اطلاعات حرارتی مادون قرمز به دست آمده از ماهواره های NOAA را با توجه به وضعیت درختها، بوته ها، چمن ها و حتی تراکم زباله را در یک بازه ۱۸ ماهه جمع آوری کرده و با بررسی روابط متفاوت مثل بودجه و انرژی ، متغیرهای مربوط به آتش سوزی را محاسبه نموده است.{۱}
• سایر سیستم های اعلام حریق جنگلها مبتنی بر تصاویر ماهواره MODIS ، ماهواره ای که در دسامبر ۱۹۹۹ به فضا فرستاده شده است، آتش سوزی جنگلها را در نقشه جهان به صورت روزانه بررسی کرده و از طریق ۳ باند متفاوت ۲۵۰ و ۵۰۰ و۱۰۰۰ متری داده های مربوط به پوششهای گیاهی جهان را با ۳ وضوح گزارش می کند. ازمحدودیت های این روش مطالعه براساس تحقیقTJ Linham و همکارانش تاثیرات منفی شرایط جوی مانند هوای ابری بر صحت این داده هاست.{۸}

 تجربه کشور کرواسی IPNAS

حال به صورت کاملتر به بررسی سیستم اعلام حریق جنگلها در کشور کرواسی ، سیستم  FPNAS ، خواهیم پرداخت. به طور کلی تنها راه موثر برای کم کردن زیان های ایجاد شده توسط آتش سوزی جنگلها آشکارسازی سریع و عکس العمل به موقع می باشد. در کشور کرواسی نظارت انسانی منوط به نظارت ۲۴ ساعته اپراتورها بر مناطق دیده بانی است و نظارت انسانی بر عهده سازمان جنگل بانی کرواسی و نیروهای ایالتی می باشد. به عنوان مثال در ۲ ایالت Dalmatia و Split ، ۱۶ ایستگاه دیده بانی وجود داشته که هر ساله از اول ژوئن تا ۱۵ دسامبر فعالیتهای تابستانی خود را با شدت بیشتری از سرگرفته اند. نظارت های انسانی اصولاً توسط انسانها و با استفاده از دوربین های دو چشمی و تجهیزات مخابراتی انجام می گردد که یکی از محدودیت های این روش ، محدودیت وسعت دید نفرات می باشد و روش کامل و مناسبی نمی باشد. نصب دوربین های قابل کنترل از راه دور ، روش جدید و پیشرفته ای است که امکان نظارت بر آتش سوزی جنگلها را بیشتر می کند. در حال حاضر دیگر ناظران انسانی در ایستگاهای دیده بانی قرار نمی گیرند و به جای آن در مراکز مونیتورینگ قرار گرفته اند که به تجهیزات ضبط ویدئویی تجهیز شده اند و به وسیله کابل و یا به صورت بی سیم به دوربین هایی متصل شده اند که در جنگل نصب گردیده است. این روش دارای مزایای فراوانی نسبت به سیستمهای قبلی است که تعدادی از آن ها ذکر می شود:

• با استفاده از روش جدید می توان مساحتهای بیشتری را با تعداد دوربین های کمتر پوشش داد.
• دوربین ها معمولاً دارای زوم یا بزرگنمایی بیشتر (حدود ۲۲ برابر بزرگنمایی اپتیکال) هستند که اپراتورها را قادر می سازد که با دقت بیشتری مناطق مشکوک را بررسی می کنند.
• سیستم ها غالباً دارای قابلیت ضبط تصاویر می باشند که برای آنالیز و بررسی بعد از آتش سوزی بسیار مفید می باشد.
• 

  تصویر۱٫ تفاوت میان نظارت انسانی و نظارت از راه دور از طریق دوربین های ویدئویی
  در کرواسی در سال ۲۰۰۵ ، فقط منطقه ی Istria توسط ۲۲ واحد نظارت پوشش داده شده است. قدم بعدی در مونیتورینگ آتش سوزی جنگل نظارت خودکار و کشف سریع و اولیه آتش به صورت خودکار می باشد. تحقیقات و توسعه در زمینه سیستم های نظارت خودکار در چند سال اخیر پیشرفت زیادی داشته است و دو نوع اصلی آن عبارت است از:
  سیستم های زمینی که مبتنی بر ایستگاهای مونیتورینگ است.
  سیستم های ماهوارهای مبتنی بر نظارت از طریق ماهواره ها که برای مناطقی مانند کانادا یا سیبری مناسب است .در گذشته این روش توسط نصب دوربینی بروی هواپیما انجام می پذیرفت اما امروزه از تصاویر دریافتی از ماهواره انجام می پذیرد.
  حسگر هایی که در سیستم های زمینی عمل می کنند در ذیل ذکر می شوند:
  دوربین های حساس به طیف های مریی دود در روز و تشخیص شعله در زمان شب .
  دوربین های مادون قرمز ساخته شده برای کشف حرارت گداختنی آتش .
  طیف سنج مادون قرمز که در فضای مشخصه در طیف، بخار آتش را تشخیص می دهد.
  سیستم های آشکار ساز لیزری و طبقه بندی که نور لیزر پراکنده شده توسط ذره های دود را اندازه گیری می کند.
  سیستم های مبتنی بر مادون قرمزو لیزر حساس تر هستند و آلارمهای کاذب کمتری تولید می کند ، اما قیمت آنها نسبت به دوربین های حساس به طیف های مریی ، بسیار بیشتر است. یکی از مشخصات دوربین های جدید ، وجود  CCDهایDay& Night  می باشد که از حساسیت دوگانه برخوردار است. دوربین های رنگی در طول روز به طیف مریی حساسند و در طول شب به طیف های نزدیک به مادون قرمز  به صورت سیاه وسفید. این روش با توجه به هزینه و کارایی ، بهترین و مناسب ترین روش می باشد. تقریباً در تمام کشورهایی که با خطر آتش سوزی جنگلها روبرو هستند حداقل یکی از سیستم ها پیشنهاد و استفاده می شود. مشکل اساسی این نوع سیستم ها میزان آلارمهای خطای زیاد به علت شرایط جوی (ابری، سایه، ذرات ،گرد و غبار و…) و بازتاب نور و خطاهای انسانی می باشد. معمولاً برای  رفع این نقیصه سیستم توسط یک اپراتور در دو مرحله کنترل می شود و تصمیم نهایی را اپراتور اتخاذ می کند ، بدین ترتیب که وقتی آلارم ایجاد شد و توسط سیستم خودکار قسمت مشکوک مشخص گردید، اپراتور سیستم را به حالت دستی تغییر داده و توسط  بزرگنمایی بازرسی های بیشتر را توسط زوم و گردش  دوربینها انجام می دهد و در اسرع وقت تصمیم نهایی و صحیح را اتخاذ کند. در استفاده از این گونه سیستم های نظارت ، اپراتور    بهره وری را افزایش می دهد.
  آتش سوزی فاجعه آمیز سال ۲۰۰۳ محققان را بر آن داشت که پژوهشهای مرتبط با آشکار سازی سریع حریق در جنگلها مبتنی بر تصاویر گرفته شده از دوربین های ویدئویی به طیف مریی را به انجام رساند. پس از دو سال تحقیق ، سرعت سیستم های ویدئویی و هشدار آتش سوزی جنگلها بهبود پیدا کرد و در سالهای ۲۰۰۵ و ۲۰۰۶ در فصل های آتش سوزی مرحله آزمون و خطا انجام شد. این سیستم IFFMS در کرواسیIPNAS  نامیده شد که به واسطه حمایت وزارت علوم و آموزش و پروش کرواسی و مقامات دو استان توسعه پیدا کرد. تحقیقات ابتدایی در سال ۲۰۰۳ پس از جمع آوری تصاویر آتش سوزی توسط گروه های آتش نشان داوطلب شروع شد. تصاویر بسیار زیادی از آتش سوزی های مهار شده جمع آوری شد و آلگوریتم های فراوانی مورد آزمایش قرار گرفت و به موازات آن سیستم توسعه نظارت خودکار توسط آشکارسازی های حریق جنگل نیز توسعه یافت. نهایتاً در سال ۲۰۰۵ نمونه اولیه سیستم که IFFMS نامیده می شد از حمایت  وزارت علوم و آموزش و پروش و ورزش کرواسی به عنوان یک پروژه فن آوری خارج شد و در دو ایالت ذکر شده ، گروه توسعه مشتمل بر چهار محقق اصلی و تعداد زیادی مشاور و توسعه دهنده مطالعات خود را آغاز کردند. ساختار IPNASدر شکل نمایش داده شده است که مبتنی بر واحدهای میدانی و یک واحد پردازش مرکزی می باشد. واحد میدانی شامل دوربین های ویدئویی PTZ قابل کنترل و یک ایستگاه کوچک هواشناسی است که توسط شبکه بی سیم LAN به واحد پردازش مرکزی متصل میگردد که تمام تحلیل ها ، محاسبات، نمایش ها، تصاویر و آرشیو اطلاعات در آن انجام می گیرد. سیستم مبتنی بر WEB می باشد و نرم افزار رابط اپراتور در یک صفحه کاوشگر WEB استاندارد نمایش داده می شود، اپراتور می تواند به هر طریق به ماژول سیستم از طریق VPN و SSL دستیابی داشته باشد.

   

   

   

  

   

   

   

[/auth]