<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">ipolytech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">iPolytech Journal</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>iPolytech Journal</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2782-4004</issn><issn pub-type="epub">2782-6341</issn><publisher><publisher-name>Irkutsk National Research Technical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21285/1814-3520-2018-9-111-120</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">ipolytech-173</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>INFORMATION SCIENCE, COMPUTER ENGINEERING AND CONTROL</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ РАЗВИТИЯ ЛЕСНОГО ПОЖАРА ПОСРЕДСТВОМ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА И ГЛУБОКОГО МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>DEVELOPMENT OF OPERATIONAL PREDICTION METHOD OF FOREST FIRE DYNAMICS BASED ON ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND DEEP MACHINE LEARNING</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Станкевич</surname><given-names>Т. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Stankevich</surname><given-names>T. S.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">tatiana.stankevich@klgtu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Калининградский государственный технический университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Kaliningrad State Technical University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2018</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>15</day><month>09</month><year>2020</year></pub-date><volume>22</volume><issue>9</issue><fpage>111</fpage><lpage>120</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Станкевич Т.С., 2020</copyright-statement><copyright-year>2020</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Станкевич Т.С.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Stankevich T.S.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/173">https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/173</self-uri><abstract><p>ЦЕЛЬ данной работы состоит в повышении эффективности оперативного прогнозирования динамики развития лесного пожара при нестационарности и неопределенности посредством разработки метода оперативного прогнозирования на базе искусственного интеллекта (Artificial Intelligence) и глубокого машинного обучения (Deep Machine Learning). МЕТОДЫ. Для решения поставленной задачи использованы методы системного анализа, методы теории нейронных сетей и глубокое машинное обучение. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Для обеспечения формирования эффективного оперативного прогноза в сложных условиях (в условиях неопределенности и нестационарности) разработан метод оперативного прогнозирования динамики развития лесного пожара, предполагающий построение и настройку свёрточной нейронной сети - СНС (или Convolutional neural network - CNN). В работе описана общая логическая схема предлагаемого метода. Для построения и настройки сети использованы: данные о пожаре, полученные в режиме реального времени с помощью сканирующих радиометров MODIS и VIIRS, установленных на метеоспутниках; данные о факторах окружающей среды, характере лесных насаждений и виде пожара. ВЫВОДЫ. Разработанный метод оперативного прогнозирования на базе искусственного интеллекта и глубокого машинного обучения позволяет выполнить анализ визуальных данных и выявить ключевые зависимости распространения лесного пожара от факторов внешней среды, характера лесных насаждений и вида пожара.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>PURPOSE. The purpose of the present research is to increase the efficiency of operational prediction of forest fire dynamics under nonstationarity and uncertainty through the development of the operational prediction method based on Artificial Intelligence and Deep Machine Learning. METHODS. The methods of system analysis, neural networks, and deep machine learning are used to solve the set problem. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. To ensure the formation of an effective operational prediction in the complex conditions of uncertainty and nonstationarity a method for operational prediction of forest fire dynamics has been developed. It consists in building and training of the convolutional neural network (CNN). The paper describes the general logical scheme of the proposed method. CNN construction and setting is performed on the basis of the following data: the real-time fire data from the satellites using MODIS and VIIRS, data on environmental factors, data on the type of forest plantations and the type of fire. CONCLUSIONS. The developed operational prediction method based on Artificial Intelligence and Deep Machine Learning allows to analyze visual data and reveal the key dependences of forest fire propagation on the environmental factors, the type of forest plantations and the type of fire.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>лесной пожар</kwd><kwd>оперативное прогнозирование</kwd><kwd>искусственный интеллект</kwd><kwd>глубокое машинное обучение</kwd><kwd>свёрточная нейронная сеть</kwd><kwd>метод прогнозирования</kwd><kwd>неопределенность</kwd><kwd>нестационарность</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>forest fire</kwd><kwd>operational prediction</kwd><kwd>artificial intelligence</kwd><kwd>deep machine learning</kwd><kwd>convolutional neural network (CNN)</kwd><kwd>prediction method</kwd><kwd>uncertainty</kwd><kwd>nonstationarity</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Единая межведомственная информационно-статистическая система (ЕМИСС) [Электронный ресурс]. URL: https://fedstat.ru/ (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Единая межведомственная информационно-статистическая система (ЕМИСС) [Электронный ресурс]. URL: https://fedstat.ru/ (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука, 1992. 404 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука, 1992. 404 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Масленников Д.А., Катаева Л.Ю. Моделирование лесных пожаров в трехмерной системе координат с учетом рельефа // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 4 (5). С. 2338-2340.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Масленников Д.А., Катаева Л.Ю. Моделирование лесных пожаров в трехмерной системе координат с учетом рельефа // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 4 (5). С. 2338-2340.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Перминов В.А. Математическое моделирование возникновения и распространения верховых лесных пожаров в осредненной постановке // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 2. С. 24-30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Перминов В.А. Математическое моделирование возникновения и распространения верховых лесных пожаров в осредненной постановке // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 2. С. 24-30.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рылкова О.И., Катаева Л.Ю., Масленников Д.А., Романова Н.А., Рылков И.В., Лощилов А.А. Численное моделирование лесного пожара в лесах Высокоборского лесничества Борского района Нижегородской области [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. URL: http://www.science-education.ru/ru/artic-le/view?id=11671 (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Рылкова О.И., Катаева Л.Ю., Масленников Д.А., Романова Н.А., Рылков И.В., Лощилов А.А. Численное моделирование лесного пожара в лесах Высокоборского лесничества Борского района Нижегородской области [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. URL: http://www.science-education.ru/ru/artic-le/view?id=11671 (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Welcome to FireGrowthModel.ca [Электронный ресурс]. URL: http://firegrowthmodel.ca (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Welcome to FireGrowthModel.ca [Электронный ресурс]. URL: http://firegrowthmodel.ca (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Farsite [Электронный ресурс]. URL: https://www.firelab.org/project/farsite (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Farsite [Электронный ресурс]. URL: https://www.firelab.org/project/farsite (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Finney M.A., Andrews P.L., Butler B.W., comps. An overview of FlamMap fire modeling capabilities [Электронный ресурс] // Proceedings RMRS-P-41. 2006. pp. 213-220. URL: https://www.fs.fed.us/rm/pubs/rmrs_p041/rmrs_p041_213_220.pdf (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Finney M.A., Andrews P.L., Butler B.W., comps. An overview of FlamMap fire modeling capabilities [Электронный ресурс] // Proceedings RMRS-P-41. 2006. pp. 213-220. URL: https://www.fs.fed.us/rm/pubs/rmrs_p041/rmrs_p041_213_220.pdf (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ходаков В.Е., Жарикова М.В. Лесные пожары: методы исследования. Херсон: Гринь Д.С., 2011. 470 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ходаков В.Е., Жарикова М.В. Лесные пожары: методы исследования. Херсон: Гринь Д.С., 2011. 470 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Source Code for the EMBYR Wildfire Simulation Model [Электронный ресурс]. URL: https://www.geobabble.org/~hnw/embyr/ (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Source Code for the EMBYR Wildfire Simulation Model [Электронный ресурс]. URL: https://www.geobabble.org/~hnw/embyr/ (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Коморовский В.С., Доррер Г.А. Методика расчета параметров лесных пожаров как динамических процессов на поверхности земли с использованием данных космического мониторинга // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2010. № 3. С. 47-50.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Коморовский В.С., Доррер Г.А. Методика расчета параметров лесных пожаров как динамических процессов на поверхности земли с использованием данных космического мониторинга // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2010. № 3. С. 47-50.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ясинский Ф.Н., Потёмкина О.В., Сидоров С.Г., Евсеева А.В. Прогнозирование вероятности возникновения лесных пожаров с помощью нейросетевого алгоритма на многопроцессорной вычислительной технике // Вестник Ивановского государственного энергетического университета им. В.И. Ленина. 2011. № 2. С. 82-84.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ясинский Ф.Н., Потёмкина О.В., Сидоров С.Г., Евсеева А.В. Прогнозирование вероятности возникновения лесных пожаров с помощью нейросетевого алгоритма на многопроцессорной вычислительной технике // Вестник Ивановского государственного энергетического университета им. В.И. Ленина. 2011. № 2. С. 82-84.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Krizhevsky A., Sutskever I., Hinton G. ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks [Электронный ресурс]. Advances in Neural Information Processing Systems, 2012. 9 p. URL: https://www.cs.toronto.edu/~fritz/absps/imagenet.pdf (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Krizhevsky A., Sutskever I., Hinton G. ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks [Электронный ресурс]. Advances in Neural Information Processing Systems, 2012. 9 p. URL: https://www.cs.toronto.edu/~fritz/absps/imagenet.pdf (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">LeCun Y. LeNet-5, convolutional neural networks [Электронный ресурс]. URL: http://yann.lecun.com/exdb/lenet/ (02.04.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">LeCun Y. LeNet-5, convolutional neural networks [Электронный ресурс]. URL: http://yann.lecun.com/exdb/lenet/ (02.04.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Aghdam H.H., Heravi E.J. Guide to Convolutional Neural Networks. A Practical Application to Traffic-Sign Detection and Classification. Springer International Publishing, 2017. 282 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Aghdam H.H., Heravi E.J. Guide to Convolutional Neural Networks. A Practical Application to Traffic-Sign Detection and Classification. Springer International Publishing, 2017. 282 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hijazi S., Kumar R., and Rowen C. Using Convolutional Neural Networks for Image Recognition [Электронный ресурс]. Cadence IP-Group, White Paper, 2015. 12 p. URL: https://ip.cadence.com/uploads/901/cnn_wp-pdf (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hijazi S., Kumar R., and Rowen C. Using Convolutional Neural Networks for Image Recognition [Электронный ресурс]. Cadence IP-Group, White Paper, 2015. 12 p. URL: https://ip.cadence.com/uploads/901/cnn_wp-pdf (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Fire Information for Resource Management System (FIRMS) [Электронный ресурс]. URL: https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/map/#z:3.0;c:44.286,17.596 (30.05.2018).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Fire Information for Resource Management System (FIRMS) [Электронный ресурс]. URL: https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/map/#z:3.0;c:44.286,17.596 (30.05.2018).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
