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利用Landsat資料的SWIR和LWIR波段監測森林火點

熱紅外資料可以監測自然災害如火點。LWIR(長波紅外)可以檢測到熱點資訊,可以區分高空冷雲和燃燒的煙霧;SWIR(短波紅外)可以穿透霧霾和煙霧,所以,利用短波紅外影像可以穿透煙霧分析活躍的森林火點和識別火點。

由諸如RAB(Range and Bearing)公司提供機載ISR系統和安全服務,分析火情,提供燃燒區域的excel表格。衛星感測器如WV3也提供了多光譜資料,包含短波紅外波段,可以提供火情資訊和災後分析。

當沒有參考的RAB資料或者WV3資料時,Landsat8資料是個不錯的選擇,以2014年的一場火災為例,下圖為2014年8月3日的,英國哥倫比亞河的真彩色合成數據:

從USGS網站下載的資料

在真彩色影象上可以看到燃燒的煙霧,如果不拉伸顯示的話很難看到燃燒區域和其他資訊,用短波紅外資料的這種組合方式:R=SWIR2,G=SWIR1,B=SWIR2顯示,如下圖:

用短波紅外波段假彩色合成顯示

在上圖假彩色合成的影象上,煙霧沒有了,粉紅色區域是火燒的範圍以及高亮顯示的火點區域清晰可見,左邊的這塊燃燒區域在可見光波段很難看出來,下面是TIR1波段彩色顯示之後的結果:

特紅外波段彩色顯示圖

在真彩色合成圖上完全沒有冒煙的左側區域,在熱紅外波段的彩色圖上非常明顯,對多光譜資料做分析可以得到容易解譯的結果。其中一個有用的引數就是計算歸一化火點指數,在ENVI5.2中,提供了光譜指數工具,可方便地計算出歸一化火點指數NBR,公式為:NBR=(NIR-SWIR)/(NIR+SWIR),在NBR影象上,顏色暗的象元代表燃燒區域。如下圖所示:

災後歸一化火點指數(post-fire NBR)

對火災發生前後的兩景NBR資料相減,可以得到火點指數的差值圖DNBR,該影象表明了火燒程度,差值圖可以用/Band Algebra/Band Math工具計算,公式為:DNBR = 燃燒前的NBR –燃燒後的NBR 。