ENVI 软件在森林火灾地区地表温度提取技术中的研究

一、引言

森林火灾是一种严重的自然灾害，对生态环境、经济和社会都会造成巨大损失。及时准确地监测森林火灾的发生、发展及蔓延情况对于火灾的扑救和防控至关重要。地表温度是反映森林火灾热异常的重要指标之一，通过提取森林火灾地区的地表温度，可以实现火点的快速识别、火灾范围的确定以及火灾强度的评估等。ENVI 软件作为一款功能强大的遥感图像处理软件，在地表温度反演等方面具有广泛的应用。本文将重点研究 ENVI 软件在森林火灾地区地表温度提取技术中的应用。

二、ENVI 软件概述

ENVI 软件是一款专门用于遥感图像处理和分析的软件，具有强大的功能和广泛的应用领域。在地表温度反演方面，ENVI 软件提供了多种工具和方法，能够对遥感影像进行辐射定标、大气校正、波段运算等操作，从而实现地表温度的准确提取。其核心功能包括：

信息提取与分析：支持多种分类算法，如最大似然法、随机森林等，可用于土地覆盖/ 土地利用分类，进而为地表温度提取提供基础数据。

定量遥感：可进行植被指数计算、水体参数反演以及热红外分析等，其中热红外分析功能可直接用于地表温度反演。

三、森林火灾地区地表温度提取的原理与方法

（一）原理

地表温度反演的原理主要是基于热红外波段的辐射特性。当森林火灾发生时，地表温度显著升高，其热辐射强度也随之增强。通过卫星遥感传感器获取的热红外波段数据，可以反映地表的热辐射信息。ENVI 软件利用这些热红外数据，结合相关的物理模型和算法，将辐射亮度转换为地表温度，从而实现对森林火灾地区地表温度的提取。

（二）方法

数据预处理：包括对遥感影像进行辐射定标和大气校正。辐射定标是将遥感数据转换为辐射亮度或反射率，大气校正是消除大气对遥感信号的干扰，以获取更准确的地表信息。在 ENVI 软件中，可以使用 FLAASH 模块等进行大气校正。

波段运算：根据地表温度反演的公式，利用 ENVI 软件的 Bandmath 工具进行波段运算。例如，采用单通道算法或分裂窗算法等，通过计算辐射亮度温度、地表比辐射率等参数，最终得到地表温度。

植被覆盖度计算：植被覆盖度会影响地表温度的反演精度。通过计算归一化植被指数（NDVI）等植被指数，可以获取植被覆盖度信息，并将其用于地表温度反演模型中，以提高结果的准确性。

四、ENVI 软件在森林火灾地区地表温度提取中的应用案例

（一）数据准备

选择合适的卫星遥感影像数据是关键。例如，Landsat 8 卫星影像具有丰富的波段信息和较高的空间分辨率，其热红外波段（如 TIRS 的 b10 波段）可用于地表温度反演。同时，还需要准备 DEM 数据等辅助数据，以进行影像的几何校正和地形校正。

（二）具体流程

影像预处理：对获取的 Landsat 8 影像进行辐射定标和大气校正，使用ENVI 软件中的相关模块完成这些操作。

地表温度反演：利用预处理后的影像数据，通过 Bandmath 工具进行波段运算，根据地表温度反演公式计算地表温度。例如，采用大气校正法反演地表温度，先估计大气对地表热辐射的影响，然后从卫星传感器观测到的总热辐射中减去这部分大气影响，得到地表热辐射强度，最后将其转换为相应的地表温度。

结果分析与验证：将反演得到的地表温度结果与实际观测数据或已有的研究成果进行对比分析，评估反演结果的准确性。例如，可以结合无人机航摄数据和现场勘察数据，对森林火灾地区的地表温度提取结果进行验证。

五、结果分析与讨论

（一）结果分析

通过 ENVI 软件提取的森林火灾地区地表温度结果能够清晰地显示出火点的分布、温度梯度以及火灾的蔓延趋势。例如，在某次森林火灾案例分析中，提取结果显示火点区域地表温度明显高于周边正常植被区域，温度值可达 [X]℃以上，而周边未受火灾影响的区域地表温度则在 [Y]℃左右。这种明显的温度差异为火灾的快速识别和定位提供了有力依据。同时，通过对不同时相的影像进行地表温度提取和对比分析，可以观察到火灾从初始阶段到蔓延阶段地表温度的变化情况，进而推断火灾的蔓延方向和速度。

（二）讨论

精度评估：在实际应用中，地表温度提取的精度受到多种因素的影响，如传感器性能、大气条件、地形地貌等。尽管 ENVI 软件提供了多种先进的处理工具和算法，但在复杂地形和大气条件下，仍可能存在一定的误差。例如，在山区，地形阴影和太阳高度角等因素会对热红外辐射产生影响，导致地表温度反演结果出现偏差。因此，在进行森林火灾地区地表温度提取时，需要充分考虑这些因素，并采取相应的校正措施，以提高反演精度。

与其他技术的结合：为了进一步提高森林火灾监测的准确性和可靠性，可以将 ENVI 软件提取的地表温度数据与其他技术相结合。例如，与地理信息系统（GIS）技术相结合，可以实现对火灾区域的精细化管理和分析；与无人机遥感技术相结合，可以获取更高分辨率的地表温度数据，弥补卫星遥感空间分辨率不足的缺陷；与气象数据相结合，可以更好地分析火灾与气象条件之间的关系，为火灾预警和扑救提供更全面的信息支持。

实时性与自动化：目前，ENVI 软件在地表温度提取过程中仍需要人工进行一定的操作和参数设置，这在一定程度上限制了其在森林火灾实时监测中的应用。未来，需要进一步研究和开发更加自动化和实时化的地表温度提取方法和技术，以满足森林火灾快速响应和应急决策的需求。例如，通过构建基于 ENVI软件的自动化处理流程，结合实时数据传输和处理技术，实现对森林火灾地区地表温度的实时监测和预警。

结论与展望：

（一）结论

本文通过研究 ENVI 软件在森林火灾地区地表温度提取中的应用，详细介绍了其原理、方法和具体操作流程，并以实际案例进行了验证。结果表明，ENVI 软件能够有效地提取森林火灾地区的地表温度，为森林火灾的监测、预警和应急管理提供了重要的技术支持。然而，在实际应用中，仍需要考虑多种因素对地表温度提取精度的影响，并结合其他技术手段，进一步提高监测的准确性和实时性。

（二）展望

随着遥感技术的不断发展和 ENVI 软件功能的不断完善，其在森林火灾监测中的应用前景将更加广阔。未来，可以从以下几个方面开展进一步的研究工作：

多源数据融合：研究如何更好地融合多源遥感数据（如光学影像、热红外影像、雷达影像等）以及地面观测数据，以提高森林火灾监测的精度和可靠性。

自动化与智能化：开发更加自动化和智能化的地表温度提取算法和系统，实现对森林火灾的实时监测和预警，为森林火灾的防控提供更及时、准确的决策支持。

总之，ENVI 软件在森林火灾地区地表温度提取技术中的应用具有重要的理论和实践意义，通过不断的研究和探索，将为森林火灾的防控和管理提供更加科学、有效的技术手段。

参考文献：

[1] 张 志 , 郑 怀 兵 , 杜 璇 . 森 林 火 灾 扑 救 中 的 ” 天 - 地 -人 - 火 ” 系 统 观 [J]. 森 林 防 火 , 2010(2):54-56.DOI:10.3969/j.issn.1002-2511.2010.02.017.

[2] 李长权 . 伊春航站开展”航空灭火特勤中队”试点为创新森林防火灭火的体制机制积累经验 [C]//2016 现代森林消防发展论坛 .; 中国林学会 ;; 中国消防协会 ;;, 2016.

[3] 张志 , 郑怀兵 , 杜璇 . 森林火灾扑救中的”天 - 地 - 人 - 火”系统观[J]. 森林防火 , 2010(2):3.DOI:CNKI:SUN:SLFH.0.2010-02-019.