3. 矿区地表温度反演数据预处理实战
拿到一景Landsat 8/9 OLI-TIRS或Landsat 7 ETM+影像后，不能直接进入地表温度反演。原始DN值只是传感器记录的数字量化结果，既没有物理量纲，也混入了大气程辐射、地形阴影、云污染和几何错位。对矿区而言，问题更突出：露天采坑、排土场、煤堆与工业广场的地表覆盖差异极大，热异常信号往往只有几K，任何一步预处理不到位，都可能把“煤堆自燃”误判成“裸岩升温”，或者反过来漏掉真实火点。因此本节按一条可复现的处理链，把辐射定标、大气校正、几何配准、云掩膜与裁剪、研究区矢量边界制作、质量检查与异常值处理串起来讲清楚。
一、辐射定标：把DN值变成辐亮度与反射率
辐射定标分两步。第一步是热红外波段的辐射亮度定标，Landsat Collection 2 Level-1产品在MTL元数据中直接给出RADIANCE_MULT_BAND_10与RADIANCE_ADD_BAND_10，公式为：
Lλ = RADIANCE_MULT_BAND_10 × DN + RADIANCE_ADD_BAND_10 [W/(m²·sr·μm)]以某景2023年夏季Landsat 9影像为例（示例参数，非实测）：RADIANCE_MULT_BAND_10 = 3.8000E-04，RADIANCE_ADD_BAND_10 = -0.10000。若某像元DN=35000，则Lλ≈13.2 W/(m²·sr·μm)。这一步必须用元数据中的真实系数，不能套用其他景或经验值。
第二步是可见光—近红外波段的表观反射率定标，用于后续NDVI、水体指数和云检测：
ρλ' = (REFLECTANCE_MULT_BAND_x × DN + REFLECTANCE_ADD_BAND_x) / sin(θ_SE)其中θ_SE为太阳高度角，需从元数据SUN_ELEVATION读取并转为弧度。定标后应检查结果范围：反射率一般落在0～1之间，若出现大量负值或大于1.5的值，说明系数用错或波段对应错误。热红外辐亮度则应在0～20 W/(m²·sr·μm)量级，明显偏离就要回查DN与系数。
二、大气校正：热红外与可见光分开处理
热红外波段的大气校正目标是得到地表比辐射率与大气透过率，常用单窗算法或劈窗算法。以单窗算法为例，需要大气透过率τ、大气平均作用温度T_a和地表比辐射率ε三个参数。τ可由大气水汽含量估算，T_a可用近地表气温加经验偏移近似。对矿区，比辐射率不能一律取0.95：水体取0.99，植被取0.97～0.98，裸岩与排土场取0.92～0.95，建筑与煤堆取0.90～0.94，可按NDVI阈值分区赋值。
可见光—近红外波段建议用FLAASH或6S做大气校正，得到地表反射率，用于云检测和NDVI计算。若只做温度反演，至少要用暗像元法或简化大气校正扣除程辐射。需要注意：大气校正后的反射率与辐亮度定标结果必须保持同一投影、同一像元网格，否则后续配准会叠加误差。
三、几何配准与云掩膜、裁剪
几何配准以研究区已有的高精度正射影像或DEM为基准，采用二次多项式或TPS薄板样条，控制点优先选道路交叉口、尾矿库坝顶拐角、工业广场建筑角点等稳定地物，每景不少于20个点，RMS误差控制在0.5个像元以内。矿区地表变化快，排土场和采坑边界每年都在变，控制点不要选在正在作业的台阶面上。
云掩膜可先用QA_PIXEL质量波段，按位解析云、云影、雪和卷云标志；再用NDVI与亮温组合做补充判断：云顶亮温通常低于270K且反射率高，云影则表现为亮温略低、NDVI正常。裁剪时用研究区矢量边界做掩膜提取，边界外扩50～100 m作为缓冲，避免边缘像元受邻近地物混合影响。
四、矿区研究区矢量边界制作
矿区边界不能直接用行政界线。推荐以采矿许可证范围为基础，叠加最新遥感影像人工勾绘采坑、排土场、尾矿库、煤堆和工业广场，形成分级面图层：一级为矿区总范围，二级为功能分区。属性表至少包含zone_id、zone_type、area_ha、source、update_date。勾绘时统一采用CGCS2000或WGS84 UTM投影，保证面积计算与后续温度统计在同一坐标系下进行。
五、数据质量检查与异常值处理
质量检查建议按“范围—分布—空间—时序”四步走：先看亮温与反射率的数值范围，再看直方图是否双峰异常，再叠加影像检查条带、坏像元和云影残留，最后与相邻时相或Landsat 8/9交叉比对。常见异常值处理规则如下（示例阈值，需按研究区调整）：亮温低于220K或高于340K判为无效；反射率小于-0.05或大于1.2判为异常；单像元孤立高值用3×3中值滤波替换；连续条带缺失用相邻轨道影像填补并标注来源。
qa_flag，记录0=正常、1=云、2=云影、3=异常值、4=填补，便于后续统计时按需剔除。六、可执行的预处理检查表
为便于复现，下面给出一份可直接填写的检查表（示例字段，按项目实际增删）：
| 检查项 | 判据 | 记录字段 |
|---|---|---|
| 定标系数来源 | 与本景MTL一致 | scene_id、系数值 |
| 辐亮度范围 | 0～20 W/(m²·sr·μm) | min、max、均值 |
| 反射率范围 | −0.05～1.2 | 越界像元数 |
| 配准精度 | RMS ≤ 0.5 像元 | 控制点数、RMS |
| 云覆盖 | 研究区内 < 10% | 云像元占比 |
| 异常值 | 已标记 qa_flag | 各标志像元数 |
| 边界版本 | 与影像时相相差 ≤ 1 年 | update_date |
完成上述步骤后，得到的是一套“带质量标记、统一网格、边界明确”的地表温度栅格。它既是后续单窗/劈窗反演和热异常阈值判定的输入，也是矿区热异常筛查可追溯、可复核的基础。实际作业中，建议把每一步的参数、软件版本和处理时间写入元数据，形成完整的处理日志，这样当某处出现疑似火点时，才能快速回溯是数据问题还是真实热异常。