应用方案—采用红外热成像监测火山喷发，以评估风险

1995年开始，在蒙特塞拉特岛的火山上接连发生圆顶塌陷，导致首都普利茅斯及周边地区撤离并最终被弃置，而1994年默拉皮火山（印度尼西亚）倒塌，造成95人死亡，并破坏了几个村庄。2015年在Volcánde Colima发生的类似事件产生了约10 km的火山碎屑流，所幸仅造成了很小的破坏。熔岩穹顶会造成重大的火山灾害，因为它们容易产生与塌陷有关的火山碎屑流，并且火山以小时数量级的频率连续显示出小型火山爆发。这些通常在火山穹顶放置后会发生较大的爆炸。

监测穹顶的几何形状、增长率和变形是预测此类坍塌事件的关键。越来越多地摄影测量法被考虑投入使用。这些技术，可以安全且廉价地获取形态和几何数据，并将其用于跟踪喷发进程，识别不稳定迹象或积水率变化以及预测火山风险的变化。然而，这些方法依赖于清晰的观察条件，因此增加了对脱气，阴云和不良照明条件时的监测难度。

图为来自两个不同观察飞行的典型单反图像和红外热图像。

热成像技术也广泛用于监测目的，因为它们可以定量评估火山喷口的热通量，圆顶，流量和喷气孔。重要的是，热通量的空间分布可以揭示难以用反射可见光检测到的特征，例如喷气孔，裂缝和落石痕迹。热异常的分布和强度的变化也可以先于火山喷发或喷发形式的变化，因此有可能进行灾害预报。

研究者监测了始于2013年1月的火山穹顶，当时熔岩喷发形成了一个150毫米宽和50毫米深的火山口底部（同月发生了几次大爆炸）。 新的圆顶继续充满了这个火山口，到2013年4月，溢流形成了几个熔岩流，并最终充满了整个山顶火山口（宽约300 m）。 2015年7月10日至11日，几次局部坍塌（伴随火山活动增加）导致穹顶破坏； 这些坍塌产生的火山碎屑密度流沿着蒙特格兰德的山沟传播了约10.6公里，威胁了几家牧场和克萨里亚镇（2010年人口8611）。 自1913年以来，该火山喷发是沃尔坎德科利马州最大的火山喷发。

图为选定的单反和热摄影测量模型

研究者演示了一种方法，该方法可使用运动结构技术直接从倾斜的热图像中获取地形数据和地理参考热图，以及在2013年至2015年墨西哥沃尔坎德科利马州（Volcánde Colima）穹顶生长期间捕获的图像。热模型提供了直观的穹顶表面温度和地理参考以及几何形状的重要测量结果。

这项研究也进一步证明了尽管热图像的空间分辨率较低，但热模型可以在光线不足和大量脱气期间进行监测。并且熔岩穹顶体积的估计值在单反和热量数据集之间具有很好的对应性。成功地使用了结构运动技术和倾斜的热图像来生成沃尔坎德科利马州活动熔岩穹顶的地理参考三维热模型的时间序列。

图为在强脱气条件下，拍摄的红外热图像和单反图像。

热模型提供了有用的互补几何估计，有助于识别模型中的不确定性，并提供温度分布的地理参考图，从而可以确定圆顶表面上的热活动区域，从而使从温度分布中能够预先评估穹顶坍塌的风险。

参考资料：

Samuel T. Thiele, Nick Varley, Mike R. James, et al. Thermal photogrammetric imaging: A new technique for monitoring dome eruptions [J]. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 337:140-145, 2017.