測量地表溫度、熱液通量、時(shí)間變化以及與地形和地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的空間關(guān)系對于理解火山過程和地?zé)岚l(fā)展以及地?zé)峥碧胶唾Y源評估具有重要意義。使用傳統(tǒng)基于地面方法（例如熱電偶）來測量大面積上的溫度和熱通量是費(fèi)力并且費(fèi)時(shí)的，而且時(shí)常可能帶來危險(xiǎn)。雖然來自衛(wèi)星和機(jī)載平臺(tái)的紅外熱像儀提供了在遠(yuǎn)距離和大范圍土地上繪制熱異常的能力。但是，從機(jī)載和衛(wèi)星平臺(tái)獲取圖像的空間分辨率可能不足以繪制足夠的熱異常空間變化。

手持式紅外熱像儀則具有以下優(yōu)勢：易于使用、相對低成本的調(diào)查方式，高空間分辨率（毫米級(jí)）圖像和高速率（最高60 Hz）圖像采集。應(yīng)在黎明之前在火山和地?zé)嵯到y(tǒng)中收集紅外熱像圖，以最大程度地減少太陽能反射的影響。尤其是在沒有部署多個(gè)精確定位的熱目標(biāo)的情況下，給紅外熱像圖的正射校正和定量分析提出了重大挑戰(zhàn)。

圖為從運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)測量方法處理獲取的可見圖像以及從站點(diǎn)的三腳架1和2收集的可見紅外熱像圖時(shí)間序列的相機(jī)姿勢

運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)測量方法是一種相對低成本和計(jì)算效率較高的攝影測量方法，用于繪制3D結(jié)構(gòu)并創(chuàng)建具有一系列重疊可見圖像的數(shù)字高程模型。可見光圖像和紅外熱像圖中包含的熱目標(biāo)用于估計(jì)可見光圖像參考幀中的紅外熱像儀方向，從而可以對紅外熱像圖進(jìn)行正射校正。

本方案基于地面的紅外熱像儀收集白天研究區(qū)域周圍的一組重疊和偏移的可見圖像，以及在該區(qū)域內(nèi)一個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)同時(shí)定位的可見圖像和紅外熱像圖的時(shí)間序列。使用結(jié)構(gòu)-運(yùn)動(dòng)攝影測量法對白天的可見圖像進(jìn)行處理，以創(chuàng)建數(shù)字高程模型，將黎明前的紅外熱像圖進(jìn)行正射校正并進(jìn)行地理參考。然后通過各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)對視在表面溫度和輻射水熱通量的三維地圖進(jìn)行可視化和分析。

圖為三腳架1和2拍攝的時(shí)均表面溫度

研究區(qū)域證明了這種方法的有效性。該區(qū)域是位于東部加利福尼亞長谷火山口西南邊緣的石圓頂建筑群。這里在過去幾十年經(jīng)歷過地震群，地面變形以及火山側(cè)面5個(gè)主要區(qū)域的散發(fā)性非熱巖漿CO2排放。2006年，三名滑雪巡邏員暴露于該地點(diǎn)的雪洞中，吸收了由熱液產(chǎn)生并積聚的有毒火山氣體后，在事故中死亡。因此，繪制和監(jiān)視地表溫度的變化以及水熱通量對于監(jiān)視潛在的侵入活動(dòng)以及評估對在火山上工作和重建的人們的潛在危害非常重要。

圖上顯示了三腳架1和2場景中表面溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差

研究提供了高分辨率的正視和地理參考的表面視溫度和輻射熱液熱通量圖，并估計(jì)了該地區(qū)的輻射熱液熱散發(fā)率。這里的地面溫度（最高約80°C）和輻射熱液熱量輸出（1.54 kW）。盡管如此，該站點(diǎn)存在的熱液排放量相對較低，但這些排放對冬季在火山上工作和重建的人們構(gòu)成了潛在的危害，并且有機(jī)會(huì)監(jiān)測與潛在的未來火山爆發(fā)相關(guān)的表面變化。因此，紅外熱像儀持續(xù)測量熱液散發(fā)的數(shù)量和空間分布將是監(jiān)測和減災(zāi)的重要工具。

參考資料：

2015. Lewis, G.E. Hilley, J.L. Lewicki. Integrated thermal infrared imaging and structure-from-motion photogrammetry to map apparent temperature and radiant hydrothermal heat flux at Mammoth Mountain, CA, USA. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 303:16-24, 2015.