This article assessed the capabilities of MODIS and VIIRS satellite data in identifying active fires on the border of the Karkaraly district of the Karaganda region and the Bayanaul district of Pavlodar region. During the study, active fire detections from the NASA FIRMS platform were compared with maps of the burnt area based on Landsat-8. The results showed that personal use of MODIS and VIIRS data could not fully capture the fires. The sharing of two sources more accurately describes the spatial spread of burned areas and improves the reliability of fire monitoring. In the future, the multi-path approach is considered as an effective direction for the prompt and accurate detection of forest and steppe fires.

Keywords: active fire, remote sensing of the Earth, MODIS, VIIRS, FIRMS, wildfire detection.

Введение

В последние годы изменение климата, усиление антропогенных факторов и увеличение темпов использования природных ресурсов приводят к участию лесных и степных пожаров. Особенно в центральных и северо-восточных регионах Казахстана в летний период повышают пожарную опасность высокая температура воздуха, низкие осадки и усиление ветра. В этом случае своевременное выявление очагов пожаров и контроль за их распространением является одной из важнейших задач обеспечения экологической безопасности. В настоящее время данные спутникового дистанционного зондирования стали основным средством мониторинга пожаров, так как традиционные методы наземного наблюдения ограничены охватом обширных территорий. Спутниковые системы, такие как MODIS и VIIRS, позволяют оперативно выявлять активные очаги пожаров, однако каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. В этой связи актуальным научным вопросом является оценка возможности их интегрированного использования при сопоставлении различных спутниковых данных. Данное исследование посвящено именно этому вопросу и направлено на совершенствование эффективных методов мониторинга пожаров.

Область исследования

Зона исследования охватывает территорию, расположенную в границах Каркаралинского района Карагандинской области и Баянаульского района Павлодарской области. Эти регионы относятся к зоне стыка степных и лесостепных ландшафтов и считаются одной из наиболее пожароопасных в силу особенностей природно-климатических условий. Высокая температура воздуха, низкие осадки и усиление ветра в летний период способствуют частому возникновению активных очагов пожаров.

Примененные данные

В ходе исследования для выявления и анализа активных очагов пожаров были использованы следующие данные:

MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) — сенсор, работающий на спутниках Terra с 1999 года и Aqua с 2002 года. MODIS охватывает 36 спектральных каналов, а пространственное разрешение колеблется от 250 до 1000 м. Хотя пространственная точность относительно невелика, ее главное преимущество — высокая частота времени, то есть возможность делать снимки несколько раз в сутки. Это делает данные MODIS эффективными при оперативном выявлении лесных и степных пожаров на обширных территориях. Тем не менее, низкий пространственный разрыв создает определенные ограничения в выявлении мелких очагов пожаров и облачных зон.

VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) — с 2011 года работает на Suomi NPP, с 2017 года на спутниках NOAA-20 и последующих NOAA-21. VIIRS состоит из 22 спектральных каналов и имеет более высокое пространственное разрешение по сравнению с MODIS (375–750 м). Этот датчик отличается тем, что способен обнаруживать активные очаги пожара и в ночное время. Специальные каналы инфракрасного диапазона позволяют надежно регистрировать высокотемпературные объекты даже в темноте, поэтому данные VIIRS широко используются в пожарном мониторинге на глобальном уровне.

Данные активных очагов пожаров были получены с платформы NASA FIRMS (Fire Information for Resource Management System). Система FIRMS является открытой базой данных, предоставляющей оперативные пожарные детекции на основе MODIS и VIIRS. Также для сравнения и проверки результатов использовались карты сожженной территории (burned area), полученные в ходе предыдущего исследования на основе данных Landsat-8.

Методы исследования

Методика исследования основана на определении активных очагов пожаров через спутниковые данные и оценке их соответствия с сожженными территориями. Сначала активные пожарные детекции MODIS и VIIRS с платформы NASA FIRMS были отобраны по зонам исследований и нанесены на карту в центре геоинформационной системы. Затем эти данные сверили с картами burned area, полученными на основе Landsat-8, проанализировали уровень охвата и эффективность каждой спутниковой системы. В ходе методики были оценены преимущества индивидуального и совместного применения спутников.

Результаты

Результаты исследования показали, что данные активных очагов пожаров MODIS не охватывают полностью сгоревшие территории. Это состояние связано с низким пространственным разрывом и особенностями времени съемки. То есть некоторые очаги пожаров не были зарегистрированы за прошедшее время спутником MODIS.

Рис. 1. Районы горения, выявленные спутниками MODIS и VIIRS по пожару в Каркаралинско-Баянаульской зоне в октябре 2024 года

На диаграмме показано, что датчик VIIRS зарегистрировал 31 836 га, MODIS 25 300 га сгоревшей территории в качестве активных очагов пожара. Общая площадь охвата, выявленная при объединении двух источников, составила 57 136 гектаров. Результаты показали, что благодаря высокому пространственному разрешению VIIRS более точно фиксирует мелкие очаги, а MODIS пропускает некоторые очаги, хотя и имеет высокую частоту времени. Эти данные важны для демонстрации преимуществ и ограничений каждого датчика в активном мониторинге пожара.

Хотя активные пожарные детекции VIIRS более точно локализовали сгоревшие территории по сравнению с MODIS, они также не смогли полностью охватить все сгоревшие места.

Однако совместное использование данных MODIS и VIIRS принесло гораздо больше результатов, чем данные, полученные отдельно. Объединенные данные позволили подробно описать пространственное распространение сгоревших территорий и более надежно выявить активные очаги пожаров.

Рис. 2. Пространственное совпадение активных очагов пожара (Active Fire Detection) с горящими территориями (Burned Area), обнаруженных спутником MODIS

Рис. 3. Пространственное совпадение активных очагов пожаров, выявленных спутниками VIIRS, с сгоревшими территориями (Burned Area)

Полученные на основе платформы NASA FIRMS данные активных очагов пожаров, объединенных MODIS и VIIRS, позволили проанализировать пространственную и временную динамику пожара (рис. 4). Разноцветная подача очагов пожара на карте соответствует времени их обнаружения, что позволяет указать, на какой территории и за сколько дней начался пожар. Объединенные данные четко характеризуют исходные очаги пожара и направление его распространения. По результатам наблюдается, что основная распространенность пожаров сложилась в соответствии с особенностями направления ветра и ландшафта. Комбинированное использование данных MODIS и VIIRS позволило более точно оценить динамику развития пожара и достоверно определить направление распространения пожара.

Рис. 4. Распространение по времени активных очагов пожаров, выявленных спутниками MODIS и VIIRS на основе данных NASA FIRMS (Каркаралинско-Баянаульская зона)

Рис. 5. Пространственная концентрация активных очагов пожаров в Каркаралинском районе и на приграничных территориях за последние 5 лет (Heatmap, радиус 5 км)

Карта Heatmap показывает, на каких территориях за последние 5 лет чаще всего регистрируются пожары. Красные части карты обозначают наиболее часто повторяющиеся, концентрированные зоны пожаров, а зеленые и желтые — относительно малозначительные очаги. Результаты показывают, что в лесостепных и горнолесных ландшафтах в зоне обследования часто сосредоточены пожары, а также на участках, зависимых от некоторых антропогенных факторов, было много повторений. Эти данные являются полезной информацией при планировании мероприятий по предупреждению зон повышенной пожарной опасности в будущем.

Обсуждение

Различия между данными MODIS и VIIRS неразрывно связаны с их техническими характеристиками. Данные VIIRS позволяют более точно локализовать очаги пожаров благодаря высокому пространственному разрешению, а данные MODIS отличаются высокой временной занятостью. Поэтому совместное использование этих двух спутниковых систем повышает надежность активного пожарного мониторинга.

Кроме того, подключение данных спутников Landsat и Sentinel с высоким пространственным разрешением, но с низким временным разрешением повышает точность обнаружения очагов пожара. Комплексное использование данных MODIS, VIIRS, Landsat и Sentinel позволяет своевременно и надежно выявлять активные очаги пожаров.

В настоящее время проводится множество исследований по автоматическому выявлению активных очагов пожаров с применением методов машинного обучения и искусственного интеллекта. В перспективе интеграция данных MODIS и VIIRS такими методами позволит дальнейшее совершенствование систем раннего обнаружения пожаров.

Заключение

Данное исследование было посвящено оценке возможностей спутниковых данных MODIS и VIIRS в выявлении активных очагов пожаров в границах Каркаралинского района Карагандинской области и Баянаульского района Павлодарской области. Результаты показали, что каждая спутниковая система не может полностью охватить сгоревшие территории в случае их индивидуального использования.

Совместное использование данных MODIS и VIIRS повышает эффективность выявления активных очагов пожаров и повышает надежность результатов мониторинга. Многопутниковый подход, дополненный данными Landsat и Sentinel с высоким пространственным разрешением, является основным направлением повышения точности и оперативности мониторинга пожаров в будущем.

Литература:

1. Coskuner, K. A. (2022). Assessing the performance of MODIS and VIIRS active fire products in the monitoring of wildfires. iForest, 15, 85–94. https://doi.org/10.3832/ifor3754–015
2. Zhang, D., et al. (2023). Remote sensing‑based real-time wildfire detection algorithm using VIIRS data. Remote Sensing, 15(6), 1541. https://doi.org/10.3390/rs15061541
3. Coffield, S. R., et al. (2025). Leveraging additional VIIRS information to improve wildfire mapping and detection. Science of the Total Environment. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425725005607
4. NASA FIRMS & MODIS/VIIRS. (n.d.). Fire Information for Resource Management System: Active fire products. NASA. https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/
5. NASA Earthdata. (n.d.). Sensor characteristics: MODIS and VIIRS . NASA. https://www.earthdata.nasa.gov/news/blog/characteristics-viirs-modis-oli-sensors-effects-spatial-extent-daily-active-fire-data
6. Chen, Y., Morton, D. C., & Randerson, J. T. (2020). Remote sensing for wildfire monitoring: Insights into burned area, emissions, and fire dynamics.
7. Coskuner, K. A. (2022). Assessing the performance of MODIS and VIIRS active fire products in the monitoring of wildfires. iForest, 15, 85–94.
8. Giglio, L., Schroeder, W., & Justice, C. O. (2016). The collection 6 MODIS burned area mapping algorithm and product. Remote Sensing of Environment, 178, 31–41.
9. Key, C. H., & Benson, N. C. (2006). Landscape assessment: Ground measure of severity, the Composite Burn Index and remote sensing of severity, the Normalized Burn Ratio. USDA Forest Service General Technical Report.