水面油膜微波辐射特性实验室测量与分析

要实现利用微波辐射计对海面溢油的厚度等参数进行遥感监测，必须先对水面油膜的微波辐射特性进行研究，以便为传感器的设计和遥感资料的解译提供依据。在实验室条件下，利用“灰体室”的环境条件及测量方法，测试了原油、燃料油和食用植物油膜的微波发射率与油膜厚度之间的关系，并对测量结果进行分析和讨论。为实际应用提供技术资料。     

水面油膜微波辐射特性实验室测量与物理机制研究

为了实现海面油溢量定量测定,必须对油膜的微波发射特性进行仔细测量与深入研究,以便为传感器设计和遥感资料解译提供不可缺少的基础数据与函数关系,本研究在实验室条件下,利用“灰体室”测量法测试了国产原油、燃料油和食用植物油的微波发射率随油膜厚度变化的曲线(或称发射率/油膜厚度谱),并对这种曲线反映出的物理机制进行了研究,提出了与实验数据相符合的理论模式.     

JWH1—1型机载低温黑体

引言黑体作为标准辐射源,广泛地应用于光学系统校准、各种材料发射率测量及红外探测器定标等等。我们研制的JWHI—Ⅰ型低温黑体(以下简称黑体)是为SWH1—1航空红外测温仪(以下简称测温仪)在空中提供一个辐射温度标准,在利用测温仪大面积航测海表温度中以及研究大气红外辐射中都是不可缺少的辅助仪器。一、仪器的原理一八六○年基尔霍夫在他的绝对黑体理论中指出,在等温密封腔壁上开一个小孔,从小孔发出的辐射就是模拟绝对黑体辐射,绝对黑体辐射的发射率为     

海洋微波辐射计动态特性分析

海洋微波辐射计是用来测量海面油膜厚度及其他海水环境参数的仪器,它的性能与其安装在船舶上的动力特性有密切关系.     

海上溢油量获取的技术方法

海上溢油近年来已成为恶化海洋生态环境、导致重大海洋资源损失的一种重要海洋灾害.海面溢油量是评价海上溢油事故威胁程度和确定溢油事故等级的重要指标,而溢油面积和油膜厚度的准确获得是评估溢油量的基础.文中系统总结了当今国内外海洋溢油面积和油膜厚度的监测方法,认为航空遥感和卫星遥感技术是获取海上油膜面积的有效手段,基于光学遥感和超声波原理的激光声学遥感器是最具发展潜力的油膜厚度测量技术.此外,通过构建油膜扩展模型来估算油膜厚度也不失为一种简单而有效的方法,其最大特点是应用范围广,不受时空、气候条件影响,实例分析验证结果有很高的准确性(高达96％),这种方法将有望于业务化监测运行来获取油膜厚度,从而比较准确地获得溢油量.     

海面油溢航空遥感监测方法研究——波谱特性及实验结果分析

本文总结了1979-1982年期间在海面油溢波谱特性和航空遥感监测方法的研究方面所取得的主要成果.遥感实验中,使用多光谱航空像机、闭路电视系统、红外扫描仪和成像微波辐射计等传感器,对海面油膜的实时发现、成像记录、面积计算、污染源的判断和油膜扩散过程的观测等课题进行了研究,获得初步成果.航空遥感资料还被用于评价局部海区海面漂油状况,亦获得较好效果.文中还提出在此领域内待解决的问题.     

微波遥感水面油膜的实验研究

本文探讨了微波遥感水面油膜的实验原理与方法。按实验数据,作出了不同入射角、不同极化方式、不同厚度的水面油膜微波辐射特性曲线,并进行了初步的分析。     

激光三角法溢油油膜厚度测量技术研究

提出一种激光三角法溢油油膜厚度测量方法与海上应用采样池结构设计,针对石油与柴油搭建光学实验平台进行了油膜厚度测量实验,获得了油膜厚度信息。这种非接触测量方法具有原理简单、测量方便、成本低、精度高等特点,对实现水溶液表面油膜厚度的动态在线测量有重要意义。     

海洋激光荧光雷达海面油膜种类鉴别研究

海洋激光雷达在探测海面油荧光方面的应用 ,受到广泛重视。海洋激光荧光雷达是以物质荧光谱理论为基础 ,将荧光技术应用于海面油膜检测领域。本文介绍了激光荧光原理 ,青岛海洋大学海洋激光雷达的基本结构和工作过程 ,以及该套系统进行海面油膜种类鉴别的使用方法和适用范围。通过实验证明 ,该套系统性能可靠 ,测量值稳定 ,能够进行一定程度上的油荧光测量。提出采用荧光强度 4 35 / 380 ,4 35 / 5 0 0 ,4 35 / 5 5 0 ,3个比值作为油样荧光特性的描述值进行油种鉴别。相对其他的鉴别方法 ,三比值法无须配置溶液 ,适于现场测量。根据系统响应情况提取的特征值不但更有针对性 ,而且由于特征值数量多 ,对荧光谱分布曲线的描述更加准确。     

海面微波辐射特性测量与分析

在对海面微波辐射特性现场测量和数据处理的基础上,结合对海面微波辐射理论的初步分析,研究了各种环境参数以及辐射计参数与海洋微波谱特性的相关关系,为海洋微波遥感 资料的分析和解译提供了基础数据。测量结果表明了辐射计参数和环境要素对海面微波辐射特性的影响,而这些影响因素在分析、解译遥感资料时是必需考虑的因素。     

海面溢油无人机高光谱遥感检测与厚度估算方法

海上溢油是海洋国家所面临的共同问题，但至今仍没有一种可靠实用的海上溢油准确识别和油量遥感监测方法。为此，本文以无人机高光谱遥感为手段，开展了海面溢油检测与厚度估算方法研究。实验中，通过搭建室外大型水槽溢油实验装置，获取了模拟真实海洋环境条件下不同溢油量的遥感和现场光谱数据，在此基础上，分析并提取了海上溢油特征光谱波段，给出了海上溢油高光谱检测模型；针对现场实验条件下水面油膜厚度难以测定的问题，设计了3种利用总体溢油量的油膜厚度估算模型。得到如下主要结论:（1）675 nm和699 nm是海上溢油检测的有效特征波段，但对极薄的油膜没有检测能力；（2）提出了归一化溢油指数模型、反比例模型和吸收基线模型等3种海上溢油油膜厚度估算模型，其中对于薄油膜（厚度≤ 5 μm）和厚油膜（厚度>50 μm），反比例模型是溢油厚度反演的首选也是唯一选择。对于中厚度油膜，晴朗天气条件下，归一化溢油指数模型是油膜厚度反演的首选，同时反比例模型和溢油吸收基线模型也都有较好的反演能力，而在多云天气条件下，反比例模型效果最佳。     

海面水包油乳化液溢油量等效估算方法研究

激光诱导荧光(LIF)是一种主动光学探测技术,该技术已在海面未乳化溢油油种鉴别及油膜厚度评估方面取得了一定的研究成果,但乳化溢油的监测理论基础和探测方法尚未成熟。溢油乳化物的量化会直接影响溢油污染的应急处理和灾害评估,但目前对溢油乳化液溢油量的计算尚未有研究报道。本文以水包油乳化液为研究对象,基于等效思想,根据油量相等建立了水包油乳化液与油膜的荧光检测等效模型,并依据光的辐射传输机理推导出等效油膜厚度的估算公式,最后采用仿真实例对估算方法的适用性和有效性进行了验证。实验结果表明,当水包油乳化液含油率小于12×10^-6,厚度小于5.98 cm时,利用所提出的等效方法能有效计算出水包油实际溢油厚度。该方法可为海面乳化溢油量的估算提供一种创新性的方法,具有良好的借鉴意义和实际应用价值。     

海面微波辐射特性测量与分析

在对海面微波辐射特性现场测量和数据处理的基础上,结合对海面微波辐射理论的初步分析,研究了各种环境参数以及辐射计参数与海洋微波波谱特性的相关关系,为海洋微波遥感资料的分析和解译提供了基础数据.测量结果表明了辐射计参数和环境要素对海面微波辐射特性的影响,而这些影响因素在分析、解译遥感资料时是必需考虑的因素.     

光谱信息与纹理特征结合的GF-1海上溢油检测研究

围绕溢油光学探测工作中油膜信息提取精度低等主要问题,本文利用10景GF-1 WFI数据,发展了一种以光谱信息与多种纹理特征相结合的油膜检测方法。该方法不仅充分考虑了不同光谱组合对油膜与海水的区分能力,并且在纹理特征选择中尝试并确定了灰度共生矩阵的窗口大小、方向、位移量和灰度量化级四个参数,结合不同情况的油膜选择了合适的纹理特征;最后,将选取的若干纹理特征量与最优光谱组合构成多波段数据,应用在4种监督学习分类器中,评价分析了油膜检测的准确性,最终确定支持向量机为最优分类器,这一结论将为今后的海上溢油监测工作提供参考。     

两层流体中振荡水平圆柱潜体水动力特性

研究了有限深两层流体中水平圆柱潜体的振荡辐射问题。在线性势流理论框架内,建立求解辐射势的多极展开理论,提出附加质量和阻尼系数的计算方法,进行了数值计算分析,并且与均匀流中的情况进行比较。结果表明,在圆柱潜体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对其附加质量和阻尼系数是有重要影响的。同时,对水平圆柱潜体振荡产生的自由面和内界面波动特性进行了数值分析。     

长江口宝钢码头溢油事故油膜漂移扩散数值模拟

溢油事故发生后, 油膜的漂移扩散会对周围水域和环境敏感目标造成污染。研究溢油事故后油膜漂移扩散, 可为溢油事故的处理提供理论指导。本文应用河口海岸三维水动力模式ECOM-si(semi-implicit estuarine, costal and ocean model), 耦合溢油漂移扩散模块, 模拟和分析长江口宝钢码头发生溢油事故后油膜的漂移扩散, 以及对环境敏感保护目标的影响。基于长江口崇明东滩气象站实测风速风向资料, 给出影响溢油漂移的主导风和不利风向。在冬季多年平均1月径流量11700m³·s^-1、主导风、3个不利风和潮汐作用下, 数值模拟并详细给出了宝钢码头溢油事故发生后油膜的平面分布、油膜到达和离开4个水库取水口和饮用水水源保护区以及其他环境敏感保护区的时间、持续影响时间和最大油膜厚度。长江口宝钢码头溢油事故发生后, 油膜随涨落潮流作上下游来回振荡, 径流使油膜向海输运, 风使油膜朝风向方向漂移。在主导风北风5.6m³·s^-1风速下, 油膜沿长江口南岸向下游漂移扩散, 小部分进入北槽南侧。在不利风向东南风4.0m³·s^-1风速下, 油膜西北方向漂移, 聚集于南支北岸, 受径流作用沿南支和北港的中北侧向下游输运。在不利风向西北风4.8m³·s^-1风速下, 西北风减轻了溢油事故点上游和北港、崇明东滩外侧敏感目标的影响, 加重了南港和南槽的环境敏感保护目标的影响。在不利风向西南风3.2m³·s^-1风速下, 大部分油膜在北港中北侧向下游漂移扩散, 小部分油膜聚集在北槽的中北侧。西南风减轻了溢油事故点上游和下游南港、南槽环境敏感目标受到的影响, 加重了对北港和崇明东滩外侧敏感目标的影响。不同风向作用下油膜的分布和对环境敏感保护目标影响显著不同, 风在油膜漂移扩散中起着十分重要的作用。     

浅水有界水域水下目标辐射噪声测量修正方法

由于适合水下目标辐射噪声测量的理想水域较少,因此测量试验大多在浅水有界水域开展,测量结果难免会受到试验现场界面反射波影响,导致测量的宽带声压级及各频率声压谱级产生偏差。利用虚源法对浅水有界水域下的声场模型进行了数值仿真,重点分析了导致传播损失异常的各项因素,然后基于脉冲声技术提出了一种水下目标浅水有界水域辐射噪声测量结果的修正方法,并进行了外场辐射噪声测量和传播损失异常值标定验证试验,最后对试验数据的测量结果进行了修正。     

海洋溢油油膜厚度影响因素理论模型的构建

溢油扩展过程中油膜厚度的准确获得是进行溢油量估算和损失评估中需要解决的关键科学问题,通过揭示溢油扩展中油膜厚度的理论变化特征来获得油膜厚度随溢油性质和海洋环境条件变化的定量关系,构建海洋溢油油膜厚度影响因素理论模型,对溢油量估算至关重要。依据Lehr提出的油膜椭圆扩展模型构建了油膜厚度随溢油性质和海洋环境条件变化的定量关系,剖析了溢油扩展过程中油膜厚度的变化特征。油膜厚度在溢油发生后最初2小时内会迅速减小,此后衰减速度逐渐减小直至趋于稳定。对于原油来说,通常在6～7h内会达到最小油膜厚度,扩展终止。溢油密度对油膜厚度的影响表现为密度大的溢油初始厚度大,达到平衡的时间也较长;风速对于油膜扩展的影响巨大,风速越大越有利于油膜的扩展,油膜厚度越小;温度也通过影响溢油油膜密度来影响油膜厚度的变化,一定范围内,高温促进油膜的扩展,加快油膜厚度的变化速度。除溢油密度、风速和温度外,溢油方式、海流、潮汐和溢油时间等因素也会影响油膜厚度的变化。     

海岸带潮滩土壤含水量遥感测量

出露潮滩上土壤含水量的遥感测量是潮间带地形地貌测量方法的一种新尝试,也是对潮滩生态环境深层次认知的一条途径。借鉴陆地土壤含水量遥感监测的经验,通过分析实测潮滩土壤含水量与其光谱值的关系,建立出露潮滩上土壤含水量遥感监测模型,并利用该模型对研究区影像的土壤含水量进行反演尝试。研究结果为:(1)潮滩土壤含水量与光谱反射率的关系,波段的相关系数以ETM+4的相关性最大;(2)从多元线性模型、单波段模型、比值模型、仿植被指数模型的应用比较看,对于潮滩土壤含水量的遥感反演模型选用单波段模型的误差最小。结果表明,通过遥感测量和监测模型的反演,可以迅速得到海岸潮间带露滩上土壤含水量分布。     

机载小型SAR研发与海洋溢油监测试验研究

基于海上溢油监测需求,自主研发了小型合成孔径雷达(SAR),并基于机载平台开展海上监测试验,进行应用测试。研发的小型SAR工作在C波段,极化方式为VV,质量24kg,可搭载于有人或无人飞行器,对较大面积海域进行实时连续成像,在获取设定分辨率的SAR实时影像的同时,完整记录原始回波信息,可进一步地面处理生成精细影像。2015年8—9月在山东烟台威海近海海域开展了机载小型SAR海洋监测试验,获取了海上目标包括平台、船只、浮筏和海上疑似油膜现象的SAR影像,成像良好。海上试验研究表明,小型SAR可以提供高质量的海面SAR影像数据,为海面目标及油膜的实时监测提供有利支持。