Супутникове виявлення пожеж 2024-2026: VIIRS, Sentinel-3 SLSTR, GOES, FIRMS — як насправді працює та чим ми користуємось

20 Березня, 2026

Опубліковано в Блог

Супутникове виявлення пожеж 2024-2026: VIIRS, Sentinel-3, GOES, FIRMS
arrow


Супутникова детекція пожеж — це не одна технологія, а стек. Polar-orbiting сенсори, geostationary платформи з високою частотою, small-sat сузір’я нового покоління. Кожен елемент закриває слабкість іншого.

Супутникове виявлення пожеж VIIRS Sentinel-3 SLSTR FIRMS

Polar-orbiting і geostationary сенсори разом дають 8-12 проходів на добу над Україною. Фото: NASA/NOAA (Public domain).

Що ми реально використовуємо

Operational pipeline системи WildFiresUA — нашого повного stack для України — стоїть на чотирьох джерелах. VIIRS NOAA-20/21/Suomi-NPP у NRT — первинний канал, опитується кожні 10 хвилин. MODIS NRT — вторинний. Sentinel-3 SLSTR — для радіометричної якості FRP. Sentinel-2 MSI — для пост-фактум валідації burn scars через dNBR. Геостаціонарний канал — Meteosat SEVIRI і MTG-I1 з 15- і 10-хвилинним cadence. Плутати сенсори — ловити фальшиві спрацювання або пропускати реальні пожежі.

VIIRS 375 м: робоча коня детекції

Три платформи NOAA: Suomi-NPP (2011), NOAA-20/JPSS-1 (2017), NOAA-21/JPSS-2 (2022). Swath 3040 км дає 6-8 проходів над Україною щодоби.

I-band 375 м: I4 (3.55-3.93 мкм MWIR, насичення при 367 K), I5 (10.5-12.4 мкм LWIR). M-band 750 м: M13 (3.973-4.128 мкм, насичення при 659 K — критично для FRP на інтенсивних пожежах), M15 (10.263-11.263 мкм). Active Fire Product (VNP14IMG/VJ114IMG) — contextual threshold Schroeder et al. 2014: кандидатський піксель проти рухомого вікна 3×3 до 21×21, anomaly test проти локального SD.

Мінімум: ~0.5 MW FRP вночі (flaming area 0.01-0.02 га при 800 K), ~5 MW вдень через solar contamination у 3.9 мкм. Проти MODIS 1 км, VIIRS 375 м детектує у 3 рази більше fire pixels вдень і ~25 разів більше вночі. У лісах ловить 65% пропущених MODIS пікселів, у low-biomass — 83%. NRT latency 3-4 години.

Sentinel-3 SLSTR: F1-канал, який не насичується

SLSTR на Sentinel-3A (2016) і 3B (2018). S7 на 3.74 мкм насичується при 311 K (непридатний). Канал F1 на 3.74 мкм — dedicated fire channel з розширеним динамічним діапазоном до 450+ K, не насичується на типових пожежах. MODIS і VIIRS saturate свої detection channels над інтенсивними пожежами, деградуючи FRP. SLSTR F1 з dual-gain цього уникає. Для нафтобазових пожеж >100 MW годинами SLSTR дає FRP-оцінки, яким можна довіряти.

Xu et al. 2020: aircraft FRP comparison дав r² = 0.9, slope = 1.1. Глобально SLSTR детектує у 7 разів більше fire pixels ніж MODIS Terra. Продукт SL_2_FRP через EUMETSAT. Overpass ~10:00 локального — пропускає пообідню піковість.

Landsat 8/9 TIRS: тільки post-fire

TIRS-1 (10.6-11.19 мкм) і TIRS-2 (11.5-12.51 мкм), 100 м native ресемпл до 30 м. Revisit 16 днів на супутник (8 комбіновано) — не cadence для динаміки. Gold standard для post-fire burn severity через dNBR з NIR і SWIR2 pre/post. Класифікація Key et al. 2006: unburned <0.1, low 0.1-0.27, moderate-low 0.27-0.44, moderate-high 0.44-0.66, high >0.66. 30 м дає точність периметра ~0.09 га.

GOES і MTG: geostationary cadence

GOES-R ABI: 36,000 км геостаціонарна, Band 7 (3.9 мкм), Band 14 (11.2), Band 15 (12.3). 2 км у nadir. Cadence: full-disk 10 хв, CONUS 5 хв. Для України — Meteosat SEVIRI (3 км, 15 хв, FRP-PIXEL EUMETSAT LSA SAF) і MTG-I1 (2 км, 10 хв, грудень 2022). Через zenith 55° ефективна роздільна здатність над Києвом ~4-5 км. 5-хвилинний cadence ідентифікує blow-up behavior у межах години — polar-orbiting це структурно не можуть.

Small thermal satellite class

З 2022 з’явилася нова категорія — thermal satellites з GSD 3-10 м, AI processing onboard: GPU-плати роблять fire/no-fire класифікацію на орбіті, downlink тільки alert packets. Latency 3-5 хв, 50-100 супутників LEO — revisit 10-30 хв. Виклики: radiometric calibration дрейфує, uncooled детектори насичуються на high-FRP, gas flares (1400-1700 K) — false positives, оновлення ML — bandwidth-проблема.

NASA FIRMS API

Endpoint: https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/api/area/csv/{MAP_KEY}/{SOURCE}/{BBOX}/{DAYS}. Sources: VIIRS_NOAA20_NRT, VIIRS_NOAA21_NRT, VIIRS_SNPP_NRT, MODIS_NRT. Rate limit 5000/10 хв. CSV: latitude, longitude, bright_ti4, acq_date, acq_time, satellite, confidence (l/n/h), frp (MW), daynight. Latency NRT 3-4 години.

Алгоритми і false positives

Polar-orbiting fire алгоритми (MOD14, VNP14, SLSTR AF) мають спільну contextual threshold архітектуру: absolute threshold на mid-IR, growing window 3×3 до 21×21, anomaly test проти локального SD.

Відомі false positives: газові факели (1400-1700 K, filter via static flare mask + temporal persistence), індустріальні hotspots (сталеварні, ТЕС), гарячий голий ґрунт, краї хмар, sun glint, вулкани.

Accuracy benchmarks

  • VIIRS 375m мінімум: ~0.5 MW вночі, ~5 MW вдень (Schroeder 2014).
  • MODIS мінімум: 3.7-8 MW вночі, 10-15 MW вдень (Freeborn 2014).
  • MODIS FRP uncertainty: ±26.6% (1σ) на піксель (Freeborn 2014).
  • VIIRS-MODIS bias: M13 у CO₂ absorption → недооцінка; після atmospheric correction +20.8% MODIS, +65.8% VIIRS (Li 2018).
  • MODIS 1 км пропускає ~1/3 реального FRP (Sperling 2020).
  • Sentinel-3 SLSTR: r² = 0.9, slope = 1.1 (Xu 2020).
  • CNN Sentinel-2: F1 0.84-0.94 за біомами (Zhang and Ban 2023).

“FRP 50 MW” для MODIS — це 50 ± 13 MW, інтервал 37-63.

Український operational pipeline

З лютого 2022 FIRMS став de facto OSINT-каналом для українського пожежного моніторингу. FIRMS не відрізняє бойові від сільськогосподарських чи лісових пожеж. Наш workflow — cross-reference: VIIRS NRT плюс Sentinel-2 burn scars (10 м) плюс CORINE land cover плюс polygon-и інфраструктури.

  • VIIRS NOAA-20/21/SNPP polling кожні 10 хв (primary).
  • MODIS NRT 15-хв (secondary).
  • DBSCAN clustering, eps = 1.5 км (haversine 6371), min_samples = 2 — агрегує багатопіксельні детекції у єдину подію.
  • Sentinel-3 SLSTR FRP-PIXEL для інтенсивних пожеж, де VIIRS M13 на межі насичення.
  • Sentinel-2 MSI pre/post для dNBR валідації.
  • Для пожеж у складному рельєфі (Карпати, яри Дніпра) вітер від WRF 1 км проганяємо через USFS WindNinja до 30-100 м.

Нафтобазові пожежі мають розпізнавальний FRP-профіль: швидкий ріст >100 MW, стабільне горіння годинами. Hydrocarbon pool fires — персистентна 12-мкм blackbody сигнатура під сажовим шаром. Для швидких оцінок перенесення диму від такого джерела на сусідні області ми використовуємо NOAA HYSPLIT smoke-forecasting.

Peer-review робота з українським авторством

Наша CJFR 2026 стаття (cjfr-2025-0035) — “Mapping and development of 30-meter landscape fuel data for Ukraine”, спільна робота з УкрГМІ та Інститутом Марзєєва. VIIRS hotspots локалізували пожежу 23 березня 2022 у Київській області. Validated pipeline FCCS-fuel → CONSUME → FEPS → CALPUFF проти станцій КМДА: BIAS +2.77 мкг/м³ PM2.5, RMSE 48, Pearson r = 0.40 — within factor-of-2.

Наша CNN-стаття (ISPRS Geospatial Week 2023): CNN для burned areas через Sentinel-2, 97% overall accuracy.

Copernicus ESOTC 2024: частини України мали ~25 додаткових днів з FWI > 50. Сумарні втрати лісу 2022-2024 — 965,000 га (JRC 2024). Регіональна оцінка Луганщини та Донеччини — Trees, Forests and People (2024).

FAQ

Чому не один сенсор? Кожен має blind spots. VIIRS не бачить під хмарами. SLSTR пропускає afternoon peak. Geostationary — груба роздільна здатність. Stack — множинне покриття.

Чому 375 м важить проти 1 км MODIS? У 1 км пікселі пожежа 100 м² — 0.01% площі. У 375 м — 0.07%, на межі детектованості.

Супутниково оцінити PM2.5? Через FRP-to-emission з накопиченими неопределеностями: ±26.6% FRP плюс emission factor плюс дисперсійна модель. Довірчі інтервали і cross-validation проти наземних станцій.

Система моніторингу · Карта пожеж · Партнери

Українська стартап-екосистема: за матеріалами TechUkraine та AIN.ua — двох провідних видань про український tech, deep tech, climate tech і екологічні стартапи.

Що зробити сьогодні

  1. Перевірити мапу повітря YourAirTest для свого міста — є дані про PM2.5 за останню годину.
  2. Якщо тема ваша — поділитися статтею з колегами-дослідниками. Ми відстежуємо share patterns у Google Search Console.
  3. Якщо ви хочете внести свої дані у наш корпус (sensor measurements, локальні моделі) — пишіть через контакт-форму.

References

  1. Schroeder W et al. (2014). VIIRS 375 m active fire detection. RSE 143:85-96.
  2. Xu W, Wooster MJ et al. (2020). RSE 248:111947.
  3. Freeborn PH et al. (2014). MODIS FRP uncertainty. GRL 41(6):1988-1994.
  4. Li F et al. (2018). VIIRS-MODIS FRP comparison. JGR Atmospheres 123(9):4545-4563.
  5. Sperling S, Wooster MJ, Malamud BD (2020). Fire 3(2):11.
  6. Giglio L, Schroeder W, Justice CO (2016). Collection 6 MODIS. RSE 178:31-41.
  7. Key CH, Benson NC (2006). Normalized Burn Ratio. USDA RMRS-GTR-164-CD.
  8. Zhang P, Ban Y (2023). Deep learning burned area. ISPRS JPRS 203.
  9. Наша peer-review CJFR 2026 — “Mapping and development of 30-meter landscape fuel data for Ukraine”, cjfr-2025-0035.
  10. Наша CNN-стаття (ISPRS Geospatial Week 2023) — CNN burned area для України.
  11. Copernicus / JRC (2024). ESOTC; Ukraine wildfire 2022-2024.
  12. NASA FIRMS (2024). firms.modaps.eosdis.nasa.gov
  13. NOAA Air Resources Laboratory. HYSPLIT smoke forecasting. arl.noaa.gov/hysplit/smoke-forecasting
  14. USDA Forest Service. WindNinja — high-resolution wind for fire behaviour. ninjastorm.firelab.org/windninja
  15. Post-invasion wildfire impacts in Luhansk and Donetsk regions. Trees, Forests and People 18:100639 (2024). DOI 10.1016/j.tfp.2024.100639
  16. Wildfire Today — Ukraine news archive. wildfiretoday.com/tag/ukraine