Диссертация

Целью исследования является разработка методики геоинформационного моделирования пожарной опасности природных территорий России. Свойствами планируемой модели являются прогностическая направленность с ежесуточной регулярностью, открытость, интеграция различных типов пространственных данных, учет пространственно-временной специфики явления. Объектом исследования выступают природные территории России как область потенциального действия природных пожаров. Под природными территориями в диссертации рассматривается часть природной среды – совокупности компонентов, природных и природно-антропогенных объектов (не включает в себя продукты трудовой деятельности человека, не обладающие природными свойствами). Предметом исследования является пожарная опасность в контексте готовности объекта исследования к возгоранию, то есть моделируется исключительно первичное возникновение пожара, а не его последующее распространение. Основу работы составляют системный и ситуационный подходы; геоинформационный, аэрокосмический, картографический и математические (статистика, анализ, линейная алгебра, машинное обучение) методы исследования. Методологическую базу исследования формируют труды представителей отечественной научной школы географической картографии, геоинформатики и дистанционного зондирования. Научную новизну работы определяют следующие результаты: 1. Впервые предложена систематизация методического разнообразия моделирования пожарной опасности в зависимости от критических составляющих, формирующих и всецело описывающих методику – способов интерпретации процесса возгорания, источников данных, методов их обработки и пространственного уровня. На их основе сформирована базовая методическая последовательность. 2. Разработана оригинальная методика геоинформационного моделирования пожарной опасности природных территорий России: впервые проанализирован информативный набор из более 600 показателей, которые полностью описывают факторы пожарной опасности согласно системному ландшафтному подходу; основу методики составляют уникальные веса показателей, отражающие их взаимосвязь с возгораемостью территории России и выявленные на основе нейросетевой обработки наблюдений природных пожаров за 2001-2020 гг. Практическая значимость исследования. Модель, создаваемая на основе разработанной методики, пригодна для оценки и прогнозирования пожарной опасности природных территорий России, актуализации лесоустроительных материалов на национальном и региональном уровнях. Ее практическая реализация в виде информационной системы прогнозного мониторинга, спроектированной в соответствии с современными тенденциями информационного обеспечения в отрасли геоинформатики, картографии и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), потенциально обеспечивает открытый доступ пользователей к тематическим результатам. Прототип системы опубликован на веб-странице www.firepredict.ru. Основные защищаемые положения: 1. В соотношении факторов пожарной опасности природных территорий России наиболее определяющими являются условия погоды и состояние растительности; значительное повышение точности прогноза пожарной ситуации обеспечивается за счет учета их географической изменчивости. 2. Модель на базе рекуррентной нейронной сети с долгой краткосрочной памятью (LSTM), обученная на основе эталонной выборки в виде однородного ряда случаев природных пожаров в России за 2001-2020 гг., обеспечивает достоверный (70,1%) прогноз вероятности потенциального возгорания с заблаговременностью до 5 суток. 3. Предлагаемая методика геоинформационного моделирования пожарной опасности позволяет усовершенствовать классические подходы (В. Г. Нестерова) и улучшить прогнозный аспект мониторинга природных пожаров в России на федеральном и региональном уровнях.