基于AISA+机载高光谱的海上石油开发溢油监测研究——以珠江口海域为例

采用中国海监南海航空支队在珠江口石油平台执法中获取的机载高光谱溢油数据,对AISA+机载高光谱数据特点进行了分析,并对石油开发平台周围的油膜和海水进行了分析研究,尝试进行基于AISA+机载高光谱遥感影像的珠江口石油平台油膜分布自动提取,对获取的机载高光谱数据进行辐射定标和地理几何校正,得到了地物表现反射率数据;分析了太阳耀光产生的原因,根据获取的高光谱数据特点及水体光谱特性进行太阳耀光的消除,获得了较好效果;采用阈值法进行溢油分布的提取,便于应用于实际工作中.并采用等密度分割法,对溢油的污染程度做了半定量研究.     

基于航空高光谱数据的近岸水体信息提取

近岸水体与人类生产、生活密切相关,航空高光谱遥感以其高分辨率、灵活等优点在环境监测中颇具潜力,尤其是在近岸水色、海岸带环境的实时监测中更具优势。基于与中国海监南海航空支队合作开展的航空高光谱遥感飞行实验资料,以湛江东海岛陆海区域为例,开展该海域水体遥感信息提取及分类研究。以不同地物遥感反射率信息为特征,通过光谱信息直方图进行了该海域水体信息提取方法探索。研究结果表明,湛江港及近海水体与陆地在近红外区域有较大区分度,直方图统计获得的最佳分离阈值可以很好地提取水体信息,但在水陆交界区域提取精度较低。在近红909.7 nm处,遥感反射率分割阈值为10.27%,水体提取精度为84%,kappa系数为0.686 2。     

基于SVM方法的航空高光谱赤潮信息提取与分析

从仪器到外业数据采集再到内业数据处理,较全面的阐述了航空高光谱赤潮监测的工作流程,并着重讨论了航空高光谱赤潮信息提取这一关键技术.采用专门针对小样本高维度的支持向量机模式识别方法,以2013年7月4日浙江舟山东福山赤潮高光谱数据为例,通过采集7个点位的赤潮海水和正常海水波谱曲线,研究分析赤潮海水的差异性特征,开展赤潮信息提取技术的研究,并对相同样本不同的提取方法进行了对比,通过分析,进一步证明了支持向量机方法的准确性和优越性.航空高光谱赤潮信息提取技术的研究可为航空赤潮业务化监测提供必要的技术基础.     

赤潮生物种类特征光谱获取技术

较为系统地研究了赤潮生物水体反射率曲线获取方法，通过对2类反射率反演方法得出的反射率曲线与实际反射率曲线进行比较，得出在不具备大气环境参数的情况下，经验线性法的反演结果与实际反射率曲线最接近的结论，并进一步对正常海水和赤潮生物水体的光谱特性进行分析，提取出赤潮生物水体的特征光谱，这是进行赤潮监测和识别的重要前提。     

浒苔水体光谱特征参量时间序列数据拟合研究

开展时间序列浒苔水体光谱特征参量的拟合研究可为寻求最佳拟合方法,从而对进一步开展大尺度的高光谱高空间高时间分辨率遥感动态实时监测具有重要的参考价值。在实验室培养3种不同浓度的浒苔水体,用ASD光谱仪测定并获取浒苔水体的时间序列反射光谱,基于反射光谱定量提取光谱特征参量,构建时间序列数据;应用曲线拟合和时间序列ARMA模型开展浒苔水体光谱特征参量的时间序列拟合研究。结果表明:应用二阶或三阶多项式和ARMA模型可较高精度地拟合浒苔水体的光谱特征参量;但时间序列ARMA模型比多项式拟合模型更能反映浒苔水体光谱特征参量的时间序列数据的分布和变动特性。该研究可为浒苔灾害动态监测业务化运行部门提供浒苔光谱数据,同时也为光谱数据的处理和分析提供一种新的方法。     

赤潮生物种类特征光谱获取技术

较为系统地研究了赤潮生物水体反射率曲线获取方法。通过对 2类反射率反演方法得出的反射率曲线与实际反射率曲线进行比较 ,得出在不具备大气环境参数的情况下 ,经验线性法的反演结果与实际反射率曲线最接近的结论 ,并进一步对正常海水和赤潮生物水体的光谱特性进行分析 ,提取出赤潮生物水体的特征光谱。这是进行赤潮监测和识别的重要前提     

悬沙水体光谱反射率与质量浓度、粒径的相关关系

根据实验室测得的和野外现场实测的悬沙质量浓度、粒度与光谱数据,分析了不同质量浓度的悬沙水体和同一质量浓度不同粒径大小的悬沙水体的光谱特征,选取了质量浓度的敏感波段,建立光谱反射率与质量浓度、粒径之间的关系模型.分析结果表明:不同质量浓度的悬沙水体光谱反射率具有双峰特征;同一质量浓度的悬沙水体,随着粒径的减小,光谱反射率逐渐增大,粒径大小与反射率呈反比关系;光谱反射率、质量浓度和粒径的指数关系模型能较好地反映三者的关系.     

深度边缘光谱U-Net海水网箱养殖信息提取

网箱养殖是海水养殖的重要类型之一,传统网箱养殖目标光谱特征受近岸植被、水体影响较大,易出现噪声问题.新型深海网箱养殖目标离岸较远,但养殖目标海面框体部分较小,与自然水体光谱相似性较高,难以实现有效提取.本文提出深度边缘光谱U-Net模型对两种海水网箱养殖类型进行养殖信息提取.该模型通过Canny算子双边滤波算法去除波段...     

基于高光谱的射阳河口悬浮泥沙浓度定量反演研究

通过提取高光谱遥感信息,对射阳河口悬浮泥沙浓度与实测光谱及Hyperion影像光谱反射率进行了相关性分析,结果表明：射阳河口含沙水体对实测光谱反射率的敏感波段为898～904nm,对光谱分辨率为10nm的Hyperion影像敏感波段正好位于896nm处,以此构建的指数模型,其相关指数达到0．89。模型的检验显示,相对根均方差值为38．78％,表明单波段896nm对预测射阳河口的悬沙质量浓度具有良好的精度。由于试验取样时间与Hyperion影像的成像时间相匹配,此时水流场较稳定,河口水体中的泥沙运移与扩散规律与影像解译结果相似,即：近岸悬沙质量浓度高,远海浓度低;河口南侧由于属于淤长性海岸,悬沙质量浓度比北侧高。研究结果为利用高光谱分析技术构建海洋悬沙含量的定量反演模型提供了可靠依据,也为海洋水体其他物质成分的定量反演奠定了基础。     

珠江口河网水体非光学活性水质参数高光谱反演

以粤港澳大湾区中山市及其邻近水域河网水体为试验区, 同步采集现场光谱及水质数据, 研究受测水体的高光谱反射率特征, 并分析非光学活性参数中化学需氧量(COD_Cr)、总磷(TP)浓度与高光谱反射率的相关性。结果显示, 各河流水体光谱反射率主要受悬浮颗粒物和叶绿素a的影响; 在500~680nm波段范围内, 水体光谱反射率大小与COD_Cr、TP浓度呈负相关关系; 与单波段相比, 特定波段的反射率比值与COD_Cr、TP浓度值的相关性较高, 与COD_Cr、TP浓度值相关性最高的反射率比值波段组合分别为R₆₇₅/R₇₉₄、R₆₉₀/R₈₁₅。选择上述波段组合建立的水质反演模型具有良好的估算精度, 模型估算平均相对误差分别为27.2%、32.1%, 表明高光谱技术在珠江口河网水体非光学活性参数COD_Cr、TP浓度反演上具有较大的应用潜景。     

回收法治理锯条厂氰化物污水

在采用回收法治理锯条厂氰化物污水中，通过改造生产工艺，减少污水量，提高氰化物浓度及污水经除油后减压蒸馏，可回收５０％～９０％的氰化铂，其他盐分也可全部回收，从污水中蒸出的蒸馏水能在系统内循环使用。     

溢油污染的渤海海冰反射光谱特征实测研究

Oil spilled on the sea ice surface in the Bohai Sea of China is studied through the field measurements of the reflectance of a simulated sea ice-oil film mixed pixel. The reflection characteristics of sea ice and oil film are also analyzed. It is found that the mixed pixel of sea ice and oil film is a linear mixed pixel. The means of extracting sea ice pixels containing oil film is presented using a double-band ratio oil-film sea-ice index(DROSI) and a normalized difference oil-film sea-ice index(NDOSI) through the analysis of the reflectance curves of the sea iceoil film pixel for different ratios of oil film. The area proportion of the oil film in the sea ice-oil film pixel can be accurately estimated by the average reflectance of the band of 1 610–1 630 nm, and the volume of the spilled oil can be further estimated. The method of the sea ice-oil film pixel extraction and the models to estimate the proportion of oil film area in the sea ice-oil film pixel can be applied to the oil spill monitoring of the ice-covered area in the Bohai Sea using multispectral or hyperspectral remote sensing images in the shortwave infrared band(1 500–1 780 nm).     

基于MODIS与HJ-1多源卫星的上海海域溢油事故诊断

随着上海港海上运输业和石油产业链的日趋发达,海上溢油事故风险也随之加剧。本文就2012年发生在上海海域吴淞口和九段沙附近的2起重大溢油事故,基于美国NASA(National Aeronautics and Space Administration)中等分辨率MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)与国产"环境一号"卫星HJ-1的多源卫星数据,对溢油信息进行对比,通过对油水敏感通道进行波段比值运算,突出油膜与背景海水的光谱反射率差异,再结合重柴油光谱特征,利用图像分割的阈值确定法,从疑似溢油区域中有效提取溢油信息,实现溢油区域定位、溢油面积和溢油量的诊断,为事发后海域应急响应工作提供基础性分析依据。     

利用生产动态及地震资料分析井间河流相砂体连通性

渤海PL油田是位于渤海湾盆地的大型河流相油田,在其注水开发过程中,亟需准确认识注水井与生产井之间的砂体连通性,以便优化和调整注采井网,提高采收率.针对油田砂体横向变化快,纵向上薄砂体发育的特点,利用丰富的压力、水淹等生产动态资料及相位转换后赋予地质意义的地震资料综合分析砂体的连通性,进一步完善和修正了早期以地质及测井资料确定的砂体连通性分析成果,并引入注采连通率概念,用来定量表示井组范围内注水井与生产井之间的砂体的连通性.该套方法在PL油田注水优化及井网调整研究中得到了充分的体现,对其它河流相注水开发油田井组范围内井间砂体连通性研究具有一定的借鉴作用.     

油藻混合水体遥感反射比光谱分析

辐射传输模式HydroLight是研究水体辐射传输特性的有效工具,同时也是进行石油类水体辐射传输特性的有效模型。本文基于2018年8月在辽宁大连港海域实测的石油类污染水体的表观及固有光学量数据,通过设置不同浓度的配比模拟试验,利用HydroLight对油类物质和藻类物质的单一组分和两者混合水体的遥感反射比（remote sensing reflectance,R_rs）光谱进行了模拟。模拟结果表明：（1）在仅含油类物质单一组分的水体中,R_rs随着油浓度C_oil的变化分为两个特征波段：400~480 nm和480~700 nm。在400~480 nm波段范围内R_rs随C_oil的增加而减小,在480~700 nm随C_oil的增大而增大;（2）在仅含藻类物质的单一成分水体中,叶绿素的光谱特性需要其浓度C_chl达到一定值才能表现出来,在低C_chl时的R_rs光谱特性反映为纯水的光谱特性;（3）在油藻混合水体中,随C_oil的增加会增大叶绿素的R_rs,但不会明显改变叶绿素的R_rs随波长的变化趋势,这说明油藻混合水体的光谱形状主要受叶绿素的影响,油类物质的存在只改变光谱的量值。利用HydroLight对石油类污染水体的R_rs展开研究,有助于丰富水色遥感基础研究,对完善各类水体生物光学模型研究具有重要的理论意义。     

HY-1C/D卫星中国海洋水色水温扫描仪几何定位方法

海洋一号C/D（HY-1C/D）卫星中国海洋水色水温扫描仪（Chinese Ocean Color and Temperature Scanner,COCTS）主要用于探测海洋水色、水温等要素,这些要素需要经过卫星资料处理才能获取,而几何定位是预处理的核心,直接影响这些要素的质量。COCTS具有114°视场角和四元逐点摆扫的特征,据此研究出一套完整的几何定位方法。从0级数据中提取卫星星历,利用插值法从中获取采样时间对应的卫星位置和速度,进而得到轨道（ORB）坐标系到地心旋转（ECR）坐标系的转换矩阵。基于四元逐点摆扫的特征,中心视矢量分别绕X轴、Y轴旋转相应角度,获得扫描行各采样点ORB视矢量,建立视矢量与地球交叉点关系模型,从而对根据波段数据绘制的遥感图像进行地理定位。本文使用插值法替代了传统需要6个轨道根数来计算卫星位置的复杂方法,同时直接计算ORB到ECR的转换矩阵,而不采用传统的两步转换方法。经过多组数据计算及定性定量验证,HY-1C/D COCTS几何定位结果一致;采样像元尺度效应导致从星下点到两侧边缘、从赤道到两极,误差逐渐增大,约在两个像元内。该方法满足一定的定位精度要求,可以用于COCTS的几何定位。     

Tracking stormwater discharge plumes and water quality of the Tijuana River with multispectral aerial imagery

Spatial–temporal characteristics and environmental factors regulating the behavior of stormwater runoff from the Tijuana River in southern California were analyzed utilizing very high resolution aerial imagery, and time-coincident environmental and bacterial sampling data. Thirty nine multispectral aerial images with 2.1-m spatial resolution were collected after major rainstorms during 2003–2008. Utilizing differences in color reflectance characteristics, the ocean surface was classified into non-plume waters and three components of the runoff plume reflecting differences in age and suspended sediment concentrations. Tijuana River discharge rate was the primary factor regulating the size of the freshest plume component and its shorelong extensions to the north and south. Wave direction was found to affect the shorelong distribution of the shoreline-connected fresh plume components much more strongly than wind direction. Wave-driven sediment resuspension also significantly contributed to the size of the oldest plume component. Surf zone bacterial samples collected near the time of each image acquisition were used to evaluate the contamination characteristics of each plume component. The bacterial contamination of the freshest plume waters was very high (100% of surf zone samples exceeded California standards), but the oldest plume areas were heterogeneous, including both polluted and clean waters. The aerial imagery archive allowed study of river runoff characteristics on a plume component level, not previously done with coarser satellite images. Our findings suggest that high resolution imaging can quickly identify the spatial extents of the most polluted runoff but cannot be relied upon to always identify the entire polluted area. Our results also indicate that wave-driven transport is important in distributing the most contaminated plume areas along the shoreline.     

一种水驱剩余油物模实验相似转化方法数模验证

在水驱剩余油物理模拟实验研究中,目前提出了一种新的相似转化方法,即通过运动速度（渗流真实速度）相等求取的物模实验排量,在岩心物性、流体性质相似,几何尺寸成比例的不同物理模型中驱替,其剩余油分布规律及开采效果相似,该规律是文中相似方法的核心规律,它可以有效地应用到室内物理模型实验对矿场剩余油分布规律的研究中去.此文重点考虑了重力、毛管力对运动速度相似转化方法的影响与修正,并设计了20余套数值模拟方案,验证了这种方法的准确性及实用性.     

广东近海水域油污染的初步分析

广东近岸、河口、港湾、航道及主要锚地水域中的油类含量较高,其余海区较低;表层含量一般较底层高。文中对影响广东近海水域中油类分布的主要因素进行了讨论。     

基于遥感图像分析的极区海冰漂移研究

自然水体中石油污染含量的时空间分布是数字地球领域水体环境研究的一个重要参数,利用遥感技术提取水中石油含量也是数字地球研究领域的一个热点问题.基于2009-2013年进行的六次石油类污水野外配比实验数据,结合2013年6月-2014年4月晴天获取的中国辽宁盘锦辽河油田Landsat 8/OLI遥感数据,在对配比实验测定值、Landsat 8/OLI传感器模拟值和Landsat 8/OLI传感器过境值等三类遥感反射比数据进行归一化处理的基础上,通过对波段特征进行分析,发现含油水样与无油水样在绿色、红色和近红外波段的遥感反射比存在明显的差异,由此提出了水体石油污染归一化遥感反射比指数NDPRI (Normalized Difference Petroleum Remote Sensing Reflectance Index),该指数可用来判断水体是否存在油污染,进一步建立利用NDPRI来反演水中石油含量遥感模式.结果表明:(1)含油水样和无油水样在蓝色波段的归一化遥感反射比差别不大;(2)含油水样在绿色和红色波段的归一化遥感反射比明显低于无油水样;(3)无油水样在近红外波段的归一化遥感反射比呈现下降趋势,而含油水样的归一化遥感反射比随着石油类浓度含量的增加而明显抬升,呈现出较好的线性关系;(4)含油水样,其NDPRI小于0.45,此阈值作为是否有油污染的判断值.最后,利用2014年4-8月污水厂获取的现场实测数据对模式进行验证,相对误差为13.5％,表明所建立的模式具有良好的石油含量反演精度.