DECISION SUPPORT SYSTEM DEVELOPMENT FOR MONITORING AND PREVENTION OF FOREST FIRES IN UKRAINE

Authors

DOI:

https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2024.2.21

Keywords:

forest fires, monitoring, warning, decision support system, DSS, satellite images, convolutional neural network.

Abstract

The article presents the results of research and development of a decision support system for forest fire monitoring and prevention in Ukraine. The issue of forest fires on the territory of Ukraine was considered. Traditional methods of monitoring and recording forest fires were studied. Their imperfection was revealed. An overview of the literature dealing with this problem is given. The paper notes that traditional methods of forest fire monitoring and prevention, such as ground patrols and aerial surveillance, are often ineffective and expensive. The use of modern technologies, such as remote sensing of the Earth, artificial intelligence and decision support systems (DSS), can significantly improve the effectiveness of forest fire monitoring and prevention. That is why the problem of developing software that would ensure the detection of forest fires is extremely important. The study was carried out using images from the open sources of the NASA Earth Observatory. Python libraries: Keras, TensorFlow, PyTorch were used to process and analyze satellite images. With the help of modeling methods, the system architecture is designed and usage options are shown. The article describes the concept of DSS. During the development of the CSDP for forest fire monitoring and prevention in Ukraine, the needs of users were identified and a diagram of use cases was constructed. The main components of the created system were described and the architecture was developed. The working principles of the DSS algorithm for image analysis are considered. First, the image data is read and converted to a single format. Next, with the help of neural network training methods, you need to remove noise, segment the image by highlighting areas of fire, transform color, analyze boundaries and key points. Based on this, an image assessment is formed. The algorithm is repeated for several cycles to obtain more accurate prediction results. After primary image processing and analysis, a neural network learning algorithm was developed. As a result, a convolutional neural network model was built, the accuracy of which reaches 92%. The developed decision support system shows good results in fire detection in the early stages, but there are still opportunities for further improvement of the algorithm.

References

Ardito, L.; Scuotto, V.; Del, G.M. A bibliometric analysis of research on Big Data analytics for business and management. Manag. Decis. 2019.

Elia, G.; Polimeno, G.; Solazzo, G. A multi-dimension framework for value creation through big data. Ind. Mark. Manag. 2019.

Hayes, D.R.; Cappa, F. Open-source intelligence for risk assessment. Bus. Horiz. 2018.

Jeble, S.; Patil, Y. Role of Big Data in Decision Making. Oper. Supply Chain Manag. Int. J. 2018.

Shvaiko, V., Bandurka, O., Shpuryk, V., & Havrylko, Y. V. Methods for detecting fires in ecosystems using lowresolution space images. Informatyka, Automatyka, Pomiary W Gospodarce I Ochronie Środowiska. No 11(1). 2021. Pp. 15–19.

Simões-Marques, M.; Figueira, J.R. How Can AI Help Reduce the Burden of Disaster Management Decision-Making? In International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2018.

А.-М. Барт-Деланоє та ін. Керована подіями гнучкість взаємодії під час виконання процесів спільної роботи. Системи підтримки прийняття рішень. 2014.

Ардіто, Л.; Скуотто, В.; Дель, Г.М. Бібліометричний аналіз досліджень аналітики великих даних для бізнесу та управління. Децис, 2019.

Барабаш О., Бандурка О., Шпурик В., Свинчук О. Інформаційна система аналізу геоданих для відслідковування змін рослинності. Сучасні інформаційні системи. 2021. Том 5, №4. С. 17–25. doi: https://doi.org/10.20998/2522-9052.2021.4.03

Бінсон Зе, Сюепін Чжао, Чжіо Чжо і Жей Фан. Реалізація алгоритму виявлення пожежі на DSP TMS320DM642 за допомогою MATLAB/Simulink. [Електронний ресурс] URL: https://www.researchgate.net/publication/266646537_Implementation_of_a_Fire_Detection_Algorithm_on_TMS320DM642_DSP_using_MATLABSimulink (дата доступу: 10.04.2024).

Борючись із лісовою пожежею та пандемією, Україна стикається з новим ворогом: наземними мінами. [Електронний ресурс] URL: https://www.nytimes.com/2020/10/03/world/europe/ukraine-wildfires-landmines.html (дата звернення: 10.04.2024).

Джебл, С.; Патіл Ю. Роль великих даних у прийнятті рішень. опер. Управління ланцюгом поставок. 2018.

Журавль І.М. Короткий курс теорії обробки зображень. [Електронний ресурс] URL: https://hub.exponenta.ru/post/kratkiy-kurs-teorii-obrabotki-izobrazheniy734 (дата звернення: 10.04.2024).

Зацерковний В., Савков П., Пампуха І., Васецька К. Застосування технологій ГІС та ДЗЗ в задачах моніторингу лісових пожеж. Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Військово-спеціальні науки. № 2(44). 2020. С. 54–58.

Квєтний Р.Н., Богач І.В., Бойко О.Р., Софіна О.Ю., Шушура О.М. Комп’ютерне моделювання систем і процесів. Методи обробки. Частина 2. [Електронний ресурс] URL: https://web.posibnyky.vntu.edu.ua/fksa/2kvetnyj_komp%27yuterne_modelyuvannya_system_procesiv/t2/zm2..htm (дата звернення: 10.04.2024).

Пітак І.В., Негадайлов А.А., Масікевич Ю.Г., Пляцук Л.Д., Шапорєв В.П., Моісеєв В.Ф. Геоінформаційні технології в екології. – Чернівці, 2012. – 273 с. [Електронний ресурс] URL: https://geology.lnu.edu.ua/wp-content/uploads/2020/04/Ekolohichna-heoinformatyka_literatura-dlia-lektsiy.pdf (дата звернення: 10.04.2024).

Р. Огер та ін. До автоматизації підтримки прийняття рішень для управління ризиками ланцюга постачання серед зацікавлених сторін логістичної мережі. IFAC-PapersOnLine. 2018 рік.

Сімойнс-Маркес, М.; Фігейра, Дж. Р. Як штучний інтелект може допомогти зменшити тягар прийняття рішень щодо боротьби зі стихійними лихами? У Міжнародній конференції з прикладних людських факторів та ергономіки. Springer: Берлін/Гайдельберг, Німеччина. 2018.

Тургай Челик. Швидкий і ефективний метод виявлення пожежі за допомогою обробки зображень. [Електронний ресурс] URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.4218/etrij.10.0109.0695 (дата звернення: 10.04.2024).

Хейс, Д. Р.; Каппа, Ф. Розвідка з відкритим джерелом для оцінки ризику. Автобус. Гориз, 2018.

Published

2024-07-01