เซ็นเซอร์ตรวจติดตามไฟป่าล่าสุด...

เซนเซอรตรวจตดตามไฟปา VIIRS บนดาวเทยม Suomi NPP

วรชย ตนพพฒน

[email protected]

081-620-4953

mailto:[email protected]

สารบญ

• ความเปนมา

• VIIRS คอ และไดแกขอผดพลาดอะไรบางจาก MODIS

• VIIRS Active Fire Products

• Forest Information for Resources Management System (FIRMS)

• สรป

Resolution (เรโสลชน) คอความละเอยดของภาพ ทาง remote sensing หมายถงขนาดของ pixel (พกเซล) ของเซนเซอร

Pixel (พกเซล) คอขนาดกายภาพทเลกทสดท sensor (เครองวด) จะจบภาพได ทงนหมายถง Spatial resolution (ความละเอยดทางกายภาพ) ไมใช Spectral (Radiation) resolution (ความละเอยดและคณสมบตของคาสะทอนของแสง) ทรายละเอยดมากกวาและสามารถจบคณสมบตตางๆทเลกลงกวาขนาดของพกเซลมาก เชน Thermal band ของ MODIS ตรวจจบคาความรอนทผดปรกตไดท 50 x 50 ตาราง

เมตร (Giglio, L., et al., 2003) 10 x 10 ตารางเมตร (จาก field validation สวนควบคมไฟปา 2008 )

สวนของ VIIRS จบไดท 2 x 2 ตารางเมตร (Schroeder, W et al.

2014)

• ความเปนมา–US Air Force-NOAA-DMSP-OLS Since 1970s (แสงสวางตอนกลางคน) 1 km

–NOAA-AVHRR-NOAA-since 1980s (ภมอากาศ) 1 km

–GOES-NOAA- since 1980s (ภมอากาศ) 1 km

– Terra-MODIS-NASA-1999 (CC และเพอไฟ) 1 km

–Aqua-MODIS-NASA-2002 (CC และเพอไฟ) 1 km

– Suomi-NPP-VIIRS-NASA/NOAA2011 (CC และเพอไฟ)แทนท Aqua 375 and 750 m

– FireBird-DLR-2012 & 2014 (เพอไฟ) 150 m

–Himawari-8-Jaxa 2015 (ภมอากาศ) 1 km

–GCOM-C- SGLI-JAXA-2017 (CC และเพอไฟ) แทน Terra 500 m CC = Climate Change

• VIIRS คอ– ยอมาจาก Visible Infrared Imaging Radiometer Suite

(VIIRS) สงขนไปบนดาวเทยมชอ Suomi National Polar-orbiting Partnership (NPP) เมอวนท 28 ตลาคม พ.ศ. 2554(2011)

–VIIRS พฒนามาจาก (Predecessor Instrument are) MODerate resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS), Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP)-Operational Line Scan (OLS), European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) และ SeaStar OrbView-2 Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS)

Sources: http://viirsfire.geog.umd.edu/ และ https://www.meted.ucar.edu/satmet/viirs_intro/

ปรบปรง ไมม data gaps อกแลว จาก 250 เมตร เปน 375 เมตร

http://viirsfire.geog.umd.edu/

- 0 pixels deleted at scan angles less than 31.59 degrees

- 2 pixels deleted at scan angles from 31.59 to 44.68 degrees

- 4 pixels deleted at scan angles greater than 44.68 degrees

ขนาด pixels เฉลยเทาๆกนจาก nadir ตรงกลางภาะถงขอบภาพ

เปรยบเทยบชวงการถายภาพระหวาง MODIS และ VIIRS

Source: http://www.star.nesdis.noaa.gov/jpss/documents/meetings/2011/AMS_Seattle_2011/Poster/A-TRAIN%20%20Perf%20Cont%20%20MODIS%20Observa%20-%20Guenther%20-%20WPNB.pdf

• VIIRS คอ

http://www.raytheon.com/capabilities/products/viirs/infographic/

Fig. 2. VIIRS 375 m swath (satellite projection; top left) and resampled (geographic projection; top right) data acquired on 15 August 2013 20:16–20:21UTC over part of Mexico andUnited States. Lower panel comprises swath data subset (red rectangle) showing the striped pattern created by bowtie deletion (fill values) coincident with second and third imagesections.

ปรบปรง Bowtie effect นอยลงโดยการลบขอมลทบนทกกอนสงลงมา

• จดเดนของ VIIRS– ผานเสนศนยสตร ราวๆ บายโมงครง และ ตหนงครง ผานประเทศไทย บาย 2 รอบ หลงเทยงคน 2 รอบ

– ถายภาพกวาง 3,040 กโลเมตร ถายทงโลกภายใน 12 ชม.– ม 375 เมตร 5 แบน high resolution Imagery channels (I-

bands), และ 750 เมตร 16 moderate resolution channels (M-bands) and a Day/Night Band (DNB).

– ไมมชองวางของขอมลอกตอไป– ลบขอมลสวนเกดเวลาบนทกเปนผลใหขอมลซ าซอนนอยลง– ออกแบบใหท างานไดนานกวาปรกต 2 เทา– ม band ทไดออกแบบมาเพอตรวจจบไฟโดยเฉพาะ– ม Bands ทจบความรอน อยท 375 เมตร และ 750 เมตร ท าใหตรวจหาไฟไดดกวาอยางนอย 3 เทาตามรายละเอยดทางกายภาพ spatial resolution

https://earthdata.nasa.gov/earth-observation-data/near-real-time/firms/viirs-i-band-active-fire-data

http://www.jpss.noaa.gov/pdf/earth_at_night_2012.pdf

VIIRS’ Day/Night Band sensor captured the widely popular and beautiful ‘Earth at Night’ Black Marble image

VIIRS/NASA _ Earth at Night.mp4

http://www.jpss.noaa.gov/instruments_interactive.html

Afternoon Constellation or A-Train

http://atrain.nasa.gov/images/historical/A-Train_w-Time_Mar2008.jpg

VIIRS/NASA's Earth-Observing Fleet, February 2015.mp4

• Active Fire Products– เราใชขอมล active fire hotspots จาก Forest Information for

Resources Management System (FIRMS) จากระบบ Email Alert (https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/) ทใครๆกสามารถเขาไปใชงานได

– เรมพฒนาโดยมหาวทยาลยแมรลแลนด จากเงนทนของ NASA และ FAO

– ใชขอมลจากดาวเทยมสองดวงคอ Terra และ Aqua เซนเซอรชอ MODIS

– ก าลงเพมขอมลใหมจากดาวเทยม Suomi-NPP เซนเซอรชอ VIIRS

– ปจจบน ระบบรนอยท Global Fire Information Management System (GFIMS) UN FAO (http://www.fao.org/nr/gfims/en/) และ NASA-LANCD-EarthData (https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/)

Source: https://earthdata.nasa.gov/earth-observation-data/near-real-time/firms

https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/

http://www.fao.org/nr/gfims/en/


Fig. 3. (a) VIIRS 375 m visible RGB composite (channels 3-2-1) subset acquired at ~04:22UTC on 04 January 2013 over southern Tasmania/Australia showing a large active fire complex,which is zoomed in (b–d) to show details. (c) VIIRS I4 channel (d) VIIRS I5 channel

Fig. 6. Regional subsets used for the estimation of VIIRS 375 m active fire algorithm commission

errors. Boxes describe the date and time of the data subset used for each region, the numberof detections sampled, and the confirmed false alarm rate.

• Active Fire Products

• VIIRS active fire hotspots ตรวจจบไฟทความละเอยด 375 และ 750 เมตร (improve spatial) โดย contextual algorithm โดยใช MODIS Collection 4 and 5 active fire algorithm เปนพนฐาน

• ยงไมม sub-pixel Fire Relative Power (FRP) products• โดยภาพตองไมมเมฆ หมอกควนทหนาเกนไป เรอนยอด บดบงระหวาง

ดาวเทยมและไฟบนพนลาง (กรณประเทศไทยเปนไฟผดดน)• ตวเซนเซอรมการปรบปรงการตรวจวดรงสทมความละเอยดออนมากขน

(improve spectral resolution)


ใช 375 เมตร ทง 5 ชอง ในการตรวจจบไฟ และใช ชอง 750 เมตร เปนฐานในกรณทคาความเชอมนต า

Source: 375 m Active Fire Detection Algorithm User’s Guide, Suomi National Polar-orbiting Partnership Visible Infrared Imaging Radiometer Suite S-NPP/VIIRS, NASA/NOAA, December 2015


Source: 375 m Active Fire Detection Algorithm User’s Guide, Suomi National Polar-orbiting Partnership Visible Infrared Imaging Radiometer Suite S-NPP/VIIRS, NASA/NOAA, December 2015

31 ขนตอนในการตรวจจบไฟ

Fig. 8. VIIRS 375 mand 750 mfire detection data acquired at 14:28 h PDT on 06 August 2013 and at 2:50 h PDT on 07 August 2013 over the Power Fire in California. USDA-Forest ServiceNIROPS airborne data acquired at 21:36 h PDT on 06 August 2013 shows the mapped fire perimeter as well as the areas showing intense heat.

Active fire detection Landsat 8-OLI and SNPP-VIIRS detection, Northern Australia

Schroeder et al. 2014

• Active Fire Products– สามารถหา rate of spread ได เพราะสามารถตรวจพบ fire front ไดและชดเจนขน เมอใชรวมกบ ดชนความรนแรงไฟ (FWI) และพฤตกรรมไฟ (FB) จะมประโยชนในการบรหารจดการไฟปาใหมประสทธภาพมากยงขน

Daily fire spread mapped by 1km Aqua/MODIS (left), 750m VIIRS (center) and 375m VIIRS (right) data at the Taim Ecological Reserve in southern Brazil. The data cover the period 26 -31 March 2013. The white outline shows represents the burned area mapped using 30m Landsat-7 on 31 March.

Source: https://earthdata.nasa.gov/earth-observation-data/near-real-time/firms/viirs-i-band-active-fire-data

1 km 750 m 375 m

• Active Fire Products เจอไฟทมขนาดเลกลงมาก

http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=87111&src=eoa-iotd

A Clearer View of FireDecember 8, 2015

เทยบกบ MODIS Aqua เจอ active fire hotspots มากกวา

ตวอยาง วนท 29 ธนวาคม 2558 เปรยบเทยบ active fire Hotspots C5, C6 และ VIIRS

Source: http://www.n2yo.com/passes/?s=37849#

Suomi NPP Passes Prediction

เหนประเทศไทยชวงบาย 2 ครง ชวงหลงเทยงคน 2 ครง โดยหางกนราวๆ 1 ชม. ครง แตอเมลเตอนจะมาหางกนแค 10-15 นาท

Source: http://www.n2yo.com/passes/?s=37849#

Suomi NPP Passes Prediction

มากอนหรอหลง Aqua 5-15 นาท


Collection 6 Rapid mode เหลอเวลา 1:15-1:30 ชม.

เปลยน C5 เปน C6 และเพม VIIRS ชวงอาทตยท 9 ก.พ. 59

สราง Email Account กรอกใสระบบ

เลอกประเทศและอทยานฯทตองการ

1. เลอก buffer2. ตงชอ3. เลอกความละเอยดของแผนท4. เลอกภาษา5. เลอกชนดของขอมล6. เลอกเวลาการรบขอมล7. เลอกประเภทอเมลทจะรบ8. เลอกวาตองการขอมลพกดหรอเปลา9. ตรวจสอบวาอเมลถกตอง10. กด SAVE

แสดงสถานททเลอก พรอมรายละเอยดทตองการจะรบ

ขอสงเกต1. ระบบ Rapid alert ส าหรบประทศไทยจะใหขอมลเบองตนไมครบถวน

จะไดบางสวนทใกลประเทศเขมรกอนเพราะ การprocess เปน granule แลวสกพกหลงจากนนถงจะสงภาพรวมมา แตการรบขอมล ASAP คอสงทเราตองการ

2. ระบบ Rapid alert ใชขอมลทยงมไดท า full processing ฉะนน ตวเลขสดทายของจ านวนควรใชจาก Daily alert (ตอนนยงมปญหาอยเพราะชวงกลางวนไมไดรวมเขาไปมแตกลางคนเปนหลก)

3. ระบบ Rapid alert ทางกรมอทยานฯควรใชแบบเลอกขอบเขตพนทอนรกษในการปฏบตงานจะดทสด เพราะจะบอกเฉพาะภายในพนทเลกๆท granule ทมขนาดใหญกวามากมโอกาสนอยมากทจะไมครอบคลมทงพนทอนรกษนน

VIIRS Boat Detection (VBD) Datafor all detections (PROTOTYPE)

http://www.ngdc.noaa.gov/eog/viirs/download_total_boat.html

สรป

• ความเปนมา

• VIIRS คอ และไดแกขอผดพลาดอะไรบางจาก MODIS

• VIIRS Active Fire Products

• Forest Information for Resources Management System (FIRMS)

สรป (ตอ)1. VIIRS ตรวจวดไฟไดดกวา MODIS อยางนอย 3-4 เทา ฉะนน จ านวน

active fire hotspots (มใชใชแคค าวา hotspot เทานนตองเปลยนเปน fire hotspot active fire product active หรอ fire hotspot) ทเจอ จะมากกวา MODIS เปนเงาตามตว การน าจ านวนมาเปรยบเทยบจงไมสามารถท าได โดยจะตองท าการศกษาและความเขาใจ

2. VIIRS ตรวจวดไฟทเลกกวาและอณหภมต ากวา MODIS (MODIS 100 ตรม. ตามท validated VIIRS 4 ตรม. ตาม เอกสารทางวชาการ)

3. VIIRS จะเจอไฟเปนแบบ fire front มหลายๆจดเรยงกนเปนแนวไฟ ซงอาจจะนบเปนไฟเพยงหนงจดของ MODIS กได ซงสามารถใหรายละเอยดในการปฏบตงานไดมากกวา การท าแผนทไฟจะถกตองและมรายละเอยดมากวา อกทงสามารถดอตราและลกษณะการขยายตวของไฟได

สรป (ตอ)4. ระบบ Active Fire Email Alert ของ FIRMS ยกเลก MODIS

C5 เปลยนเปน C6 (ก.พ. 59 แตจะเกบ C5 ไวจนถง กลางป) และเพม VIIRS ดวย ใครๆสามารถเขาไปสมครเพอรบขอมลเองไดโดยอเมล

5. MODIS C6 ลดเวลา Rapid Alert เหลอ 1:15-1:30 ชม. เกอบเทาสถานรบทอยท 50-60 นาท แต VIIRS ยงอยท 3 ชม.

6. Suomi-NPP-VIIRS มากอนหรอหลง Aqua-MODIS 5-15 นาท7. เหนประเทศไทย กลางวนชวงบาย 2 ครง (บายโมง ถง บายสาม) ชวงหลงต

หนง 2 ครง (ตหนง ถงตสาม)8. ภาพทถายโดย VIIRS จะไมมชองวางอก ตดปญหาเรองขอมลไมมซงเปนเหต

ใหจ านวน fire hotspot ทเจอนอยลงอยางรวดเรว แตจรงๆแลวไมใช9. ขนาด pixels จะเทาๆกนทวภาพ ไมบานออกเหมอน MODIS10.ม Bowtie effect นอยลง ลบกอน downlink11.มการพฒนา spectral resolution ทดขน

สรป (ตอ)12.ยงคงมปญหาเดม คอถามเมฆบง ควนหนามาก หรอใตเรอนยอดทมใบไมมาก

จะไมสามารถตรวจจบไฟได (ปญหาของระบบ optical)13.การใชขอมลจากดาวเทยมพงใหคดอยในใจเสมอวา ตวดาวเทยมทเราใชนน

เปนชนดทบนผานบรเวณตางๆเพยงแคเสยววนาทมไดอยกบท (ตวทอยกบทมความละเอยดไมถง ตองเปนไฟทใหญพอสมควร) จงไมสามารถทจะตรวจจบไฟทเกดขนทงหมดได สามารถตรวจจบไดแค ณ เวลาใดเวลาหนงเทานน อกทงขอมลจากดาวเทยมมใชค าตอบสดทาย เพยงแตเปนขอมลประกอบการตดสนใจเทานน

14.จงจ าไวในใจเสมอวา ดาวเทยมไมใชท าไดทกอยาง หากผใชไมท าความเขาใจกบขอมลทไดรบมาอยางถองแท แลวน าไปใชตอผดๆ ขอมลดาวเทยมนนยอมจะใหโทษมากกวาคณแกผใชนน ทส าคญผ ทรบรขาวสารทผดๆยอมจะไดรบโทษมากกวาผใชขอมลผดๆเสยดวยซ า

15.สามารถใชดเรอประมงและแทนเจาะในทะเลได

เซ็นเซอร์ตรวจติดตามไฟป่าล่าสุด...

Documents