Flame filtering and perimeter localization of wildfires using aerial thermal imagery

Airborne thermal infrared (TIR) imaging systems are being increasingly used for wild fire tactical monitoring since they show important advantages over spaceborne platforms and visible sensors while becoming much more affordable and much lighter than multispectral cameras. However, the analysis of aerial TIR images entails a number of difficulties which have thus far prevented monitoring tasks from being totally automated. One of these issues that needs to be addressed is the appearance of flame projections during the geo-correction of off-nadir images. Filtering these flames is essential in order to accurately estimate the geographical location of the fuel burning interface. Therefore, we present a methodology which allows the automatic localisation of the active fire contour free of flame projections. The actively burning area is detected in TIR georeferenced images through a combination of intensity thresholding techniques, morphological processing and active contours. Subsequently, flame projections are filtered out by the temporal frequency analysis of the appropriate contour descriptors. The proposed algorithm was tested on footages acquired during three large-scale field experimental burns. Results suggest this methodology may be suitable to automatise the acquisition of quantitative data about the fire evolution. As future work, a revision of the low-pass filter implemented for the temporal analysis (currently a median filter) was recommended. The availability of up-to-date information about the fire state would improve situational awareness during an emergency response and may be used to calibrate data-driven simulators capable of emitting short-term accurate forecasts of the subsequent fire evolution.Postprint (author's final draft

Short-term fire front spread prediction using inverse modelling and airborne infrared images

A wildfire forecasting tool capable of estimating the fire perimeter position sufficiently in advance of the actual fire arrival will assist firefighting operations and optimise available resources. However, owing to limited knowledge of fire event characteristics (e.g. fuel distribution and characteristics, weather variability) and the short time available to deliver a forecast, most of the current models only provide a rough approximation of the forthcoming fire positions and dynamics. The problem can be tackled by coupling data assimilation and inverse modelling techniques. We present an inverse modelling-based algorithm that uses infrared airborne images to forecast short-term wildfire dynamics with a positive lead time. The algorithm is applied to two real-scale mallee-heath shrubland fire experiments, of 9 and 25 ha, successfully forecasting the fire perimeter shape and position in the short term. Forecast dependency on the assimilation windows is explored to prepare the system to meet real scenario constraints. It is envisaged the system will be applied at larger time and space scales.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

New masculinities and pedagogy of freedom

Objeto: La investigación sobre masculinidades en educación se ha centrado principalmente en analizar la organización de los espacios escolares y la atención prestada a los alumnos y a las alumnas. Este análisis ha corroborado la existencia de desigualdades de género en los centros escolares, entre ellas la violencia de género. Este artículo partirá de este bagaje pero tiene como objetivo presentar conocimiento nuevo sobre la influencia de la educación liberadora en la promoción de nuevas masculinidades alternativas. Diseño/metodología/enfoque: A partir de una metodología cualitativa de orientación comunicativa se ha recogido la voz de chicos jóvenes y adultos que han participado en actuaciones educativas, basadas en una pedagogía liberadora, que han contribuido a su transformación o consolidación en nuevas masculinidades alternativas. Aportaciones y resultados: Los resultados explican por qué la educación liberadora puede contribuir a potenciar nuevas masculinidades alternativas. Especial hincapié se realiza en la evolución de las masculinidades tradicionales oprimidas hacia nuevas masculinidades alternativas. En este sentido se subraya cómo las primeras, que no contribuyen a la violencia género pero tampoco la superan, están caminando hacia el modelo de las nuevas masculinidades alternativas gracias a los planteamientos organizativos de la educación liberadora. Implicaciones prácticas: Proveer de conocimiento científico que sirva de base para prácticas educativas dirigidas a la prevención de la violencia de género. Implicaciones sociales: El impacto social se refiere al efecto del conocimiento científico en la calidad educativa y en la socialización en modelos de masculinidad alternativos superadores del acoso y la violencia de género. Originalidad / Valor añadido: El artículo ofrece conocimiento nuevo en el ámbito de la coeducación que permite superar la doble moral y la atracción hacia la violencia reproducida por los modelos de masculinidad tradicional.Purpose: The research on masculinity in education has mainly been focused on analyze the organization of schools and the attention given to the students. This analysis has confirmed the existence of gender inequalities in schools, within them gender violence. This article will start from this background but has as objective to provide new knowledge about the pedagogy of freedom in the promotion of new alternative masculinities. Design/methodology: From a communicative-oriented qualitative methodology the voices of young boys and adult men that have been involved in educational actions, based on a pedagogy of freedom which have contributed to foster new alternative masculinities, have been collected. Findings: The results explain why the pedagogy of freedom can contribute to foster new alternative masculinities. Special attention is paid in the evolution of oppressed traditional masculinities (OTM) to new alternative masculinities (NAM). In this regard, it is highlighted how OTM, that not contributes to gender violence but overcome neither, are walking to become NAM thanks to the organizational approach of the pedagogy of freedom. Practical implications: To provide scientific knowledge which could be used as a basis of the educational practices addressed to prevent gender violence. Social implications: The social impact refers to the effect of scientific knowledge in the educational quality and in the socialization of alternative masculinities which overcome harassment and gender violence. Originality/value: The article provides of new knowledge on the coeducational field which allows overcoming the double standards and the attraction against the violence reproduced in the traditional masculinity models

Inverse modelling in wildfire spread forecasting: towards a data-driven system

Wildfires are an ecological phenomenon inherent to earth dynamics and widely spread over the globe. In addition to the environmental impact, when wildfires grow beyond controllable magnitudes, they pose a principal threat to human lives and properties. On many countries, the rural abandonment of last decades, the forest continuity growth and the Wildland Urban Interface increase are exposing entire communities and rendering them vulnerable to a major fire event. Coupled together with a global warming that seems to be enlarging and worsening wildfire-prone weather conditions, the wildfire problem is becoming a recurrent and repetitive natural hazard that is in urgent needs of research development, planning and organizational changes to minimize its impact. In this context, the thesis at hand focuses on the development, implementation and initial validation of a wildfire perimeter spread prediction model that might help emergency responders on taking sound decisions to efficiently employ resources and protect valuable assets. This forecasting model is a particular implementation of a data-driven system. That is, available data are used to improve and calibrate the spread model results with the aim of delivering a more accurate and timely forecast of the fire spread for the upcoming hours. This thesis builds up the mentioned system by increasing its complexity and tackling required improvements and adaptations on fuel characterization and wind projection on topography. Initially, a simplified proof of concept that uses front perimeter (isochrones) evolution extracted from infrared imagery of the fire is challenged with data from real-scale burning experiments conducted in Australia. Despite the positive outcome of this initial investigation, some advancements are identified to further upgrade the system. Thus, the following chapters focus on the fuel and wind sub-models together with the spread model topographic upgrade and the different mathematical algorithms and strategies necessary to conduct the data-driven process. Regarding fuels, the thesis presents an in-depth analysis of fuel characterization to be used by fire spread models. This is done by a thorough sensitivity analysis of the most commonly used fuel characterization systems. In the light of these results, a simplified model that integrates all different fuel properties is proposed to be used by the data-driven framework at hand. To properly resolve the wind interaction with the terrain and to couple it into the data-driven system, the WindNinja diagnose software is employed. However, long computational times do not allow for its integration into any data-assimilation strategy. Thus, a full interpolating framework is developed and validated to allow fast and computationally inexpensive wind field updates. This key element becomes then a cornerstone of the full data-driven approach. For the optimization process (embedded into any data-driven systems) six different mathematical algorithms were compared and evaluated. Three of them being line-search strategies and the other three being global search. It was found that the algorithm selection has an impact on the final results in terms of forecast accuracy and computing time. Finally, the overall system is verified and validated using two source of available data: (1) well characterized, homogeneous slope, medium-scale experimental fires conducted in Portugal and (2) with synthetically generated fronts reproducing a real large-scale fire. These validations were aimed at studying the overall performance, checking the system functionality and highlighting possible flaws and necessary improvements if the tool is to be deployed in a real emergency situation. Whereas the results show the potential of the approach by delivering an acceptable forecast usable for emergency responders, further validations are required to check the robustness and reliability of the tool before using it in operational situations.Els incendis forestals són, al cap i a la, un fenomen ecològic inherent a la dinàmica de la terra i àmpliament escampats per tot el món. A més de l'impacte ambiental, quan els incendis forestals excedeixen, en magnitud i intensitat, la capacitat d’extinció, representen una amenaça per a propietats i vides humanes. En molts països, l’abandó rural de les últimes dècades, el creixement de la continuïtat forestal i l'augment de la interfície urbana-forestal (Wildand-Urban Interface) està comportant l'augment de comunitats exposades al foc forestal alhora que les fan més vulnerables a un gran incendi. A més a més, l'escalfament global sembla que està afavorint i facilitant la recurrència de les condicions climàtiques propícies pels incendis forestals. El problema de l'incendi forestal s’està convertint en un perill natural recurrent i repetitiu que clama avanços urgents en recerca, planificació i gestió per tal de minimitzar-ne el seu impacte. En aquest context, la present tesi se centra en el desenvolupament, la implementació i la validació inicial d'un model de predicció de la propagació del perímetre d'incendis forestals que podria ajudar als responsables de l’emergència a prendre decisions més oportunes per a emprar els recursos de forma eficient tot protegint els actius valuosos. Aquest model predictiu és una implementació particular d'un sistema basat en dades. És a dir, les dades disponibles s'utilitzen per a millorar i calibrar els resultats del model de propagació del front amb l'objectiu de proporcionar un pronòstic més precís i oportú de l’evolució del perímetre del foc en les pròximes hores. Aquesta tesi construeix el sistema esmentat pas a pas, tot incrementant-ne la seva complexitat i abordant les millores i adaptacions necessàries en cada etapa, per exemple, en la caracterització del combustible i la projecció i interacció del vent amb la topografia. Inicialment, s'utilitzen imatges infraroges de l’evolució del perímetre (isòcrones) de dos cremes experimentals dutes a terme a Austràlia per a realitzar una prova de concepte del sistema. Malgrat el resultat favorable d'aquesta primera investigació, s'identifiquen alguns avenços per millorar-ne l'efectivitat i permetre'n l’aplicació en incendis reals. Així, els capítols següents se centren en els submodels de combustible i vent juntament amb l’actualització topogràfica del model de propagació i els diferents algorismes i estratègies matemàtiques necessàries per dur a terme el procés d’assimilació basat en dades. Pel que fa als combustibles, la tesi presenta una anàlisi en profunditat de la caracterització dels combustibles que han d'utilitzar els models de propagació de foc. Això es fa mitjançant una anàlisi minuciosa de la sensibilitat dels paràmetres de caracterització del sistema més utilitzats. A la llum d'aquests resultats, es proposa un model simplificat que integri totes les propietats de combustible diferents per ser utilitzat pel model predictiu desenvolupat en la present tesi. Per resoldre adequadament la interacció del vent amb el terreny i acoblar-la al model de propagació bastat en dades, s'utilitza el programa de diagnòstic WindNinja. Els temps necessaris de computació, però, no permeten la seva directa integració en una estratègia d’assimilació de dades. Així doncs, en aquesta tesi, es desenvolupa i valida un marc interpolador que permeti actualitzacions ràpides i computacionalment assequibles del camp de vents a nivell topogràfic. Aquest element clau es converteix en una peça clau per aconseguir el model de propagació basat en dades que es cerca en aquesta tesi. Per al procés d’optimització (present en qualsevol model conduit per dades) es comparen i s'avaluen sis algorismes matemàtics diferents. Tres d'ells són estratègies de cerca basades en programació lineal i les altres tres són estratègies de recerca global. L’exploració conclou que la selecció d'algorismes té un gran impacte en els resultats finals en termes de la precisió de pronòstic i temps de computació. Finalment, tot el sistema es verifica i valida utilitzant les dades de dues fonts disponibles: (1) incendis experimentals de mitjana escala realitzats a Portugal en un pendent homogeni ben caracteritzat i (2) amb fronts generats sintèticament que reprodueixen un incendi real a gran escala. Aquestes validacions estan orientades a estudiar el rendiment general, comprovar la funcionalitat del sistema això com ressaltar possibles defectes i millores necessàries per tal de poder utilitzar l'eina en una situació d’emergència real. Malgrat els resultats mostren els potencials del sistema tot proporcionant un pronòstic acceptable, utilitzable com a eina de suport per a la gestió d'una emergència, queda també palès que es requereixen més validacions per comprovar la robustesa i fiabilitat de l'eina abans d'utilitzar-la en situacions operatives