海面溢油紫外推扫相机航空遥感监测校飞结果分析

海面溢油是最常见的海洋污染物之一,对这类污染进行遥感监测并做出早期快速预报十分重要。研制并验证一种新型的紫外航空遥感推扫成像的方法:在2008年紫外氮化镓(GaN)基512元线列阵探测器关键技术获得突破的基础上,于2009年研制成功一台推扫成像的紫外原理样机(包含2个可见光波段),紫外波段的瞬时视场角500μrad,视场角15°,在一个标准太阳常数下信噪比不小于2 500。在黄海日照近岸海域完成的航空校飞表明,海面溢油目标的紫外推扫图像清晰可辨,达到相机预期设计的全部技术指标,成功验证紫外GaN基线列探测推扫成像技术的可行性;还表明高探测灵敏度的紫外推扫成像技术能够适用于监测海面溢油的薄油膜污染,为未来航空甚至空间平台条件下监测海洋以及内陆水体的溢油污染提供一种新型的光学遥感探测手段。     

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.     

雷达波段对多极化SAR海面溢油检测极化特征参数的影响

多极化SAR数据海面溢油检测研究日益受到重视。本文研究不同波段极化SAR数据的海面溢油检测能力,为最大程度减小观测条件、环境因素等的影响,选取准同步获取的SIR-C/X多极化SAR数据。针对海面油膜、生物油膜和低风区疑似溢油现象,研究L波段和C波段的共极化相位差、一致性系数、极化熵、各向异性和平均散射角等极化特征对海面油膜以及不同海面暗斑现象的检测能力。研究结果表明:在海面溢油检测以及探测不同暗斑现象间差异方面,C波段总体优于L波段;L波段,极化分解特征各向异性参数优于共极化相位差和一致性系数;C波段,共极化相位差、一致性系数特征优于极化分解特征各向异性和极化熵,结合平均散射角特征有助于滤除生物油膜和低风区。     

SAR图像海洋表面油膜检测算法研究

海洋表面油膜对海洋环境影响极大,及时获取海面油膜信息对保护海洋环境具有重要意义.海洋表面油膜检测是合成孔径雷达(SAR)很重要的应用领域之一.总结了传统以及新近提出的SAR图像海洋表面油膜检测4种算法,对每一种算法进行了详细分析说明.文章还通过3幅实际SAR油膜图像,分别从油膜检测的目视效果、运算速度和自动化程度三方面对这4种算法进行了详细的对比研究,最后提出选择SAR图像海洋表面油膜检测算法的原则.     

基于热红外视频图像监测的海面溢油识别技术研究

针对现有海面溢油检测技术难以在石油泄漏初期（尚未形成海面大规模油膜覆盖）及时发现油膜的难题,本文在前期基于热红外图像测算海面油膜面积方法研究的基础上,结合油泄漏至海面后油膜的扩散特征,提出了一种基于热红外视频图像监测油膜面积变化以及时识别海面溢油的方法。首先,基于单帧热红外图像处理算法提取海面前景区域（包含油膜区域与相似物干扰区域）并计算各区域所代表的实际物理面积。基于视频图像处理技术跟踪测算前景区域中各连通区域的实际物理面积变化情况,根据各连通区域的面积变化率识别前景区域中是否存在油膜,从而判断海面是否发生溢油。实验结果表明:所提出的方法能有效识别不同黏度的石油泄漏至海面形成的扩散油膜,在水面包含波浪与相似物干扰时也具有良好的识别精度。该方法适用于特定场景下（如码头、船舶等）的溢油事故的鉴别,能为溢油事故的及时发现和预警提供技术支持。     

沿海实时监测系统与预报系统的需求和技术进展

海洋水文(如海流、潮流、潮汐、水位、海浪等)信息和海上天气信息在沿海存在广泛需求,拥有大量用户。例如,海上航运业需要有关水位、海流、海浪、风和海雾等信息,以保证航行安全,提高航运效率;为了有效地清除海面油膜和其他污染物,需开展海面油膜及污染物运动预报,并获得污染海域海流和海浪数据;因为幼鱼     

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。     

基于无人机载多光谱相机的海面溢油分类方法研究

海洋溢油事故发生后,及时准确地探测油污分布情况极为重要。无人机载多光谱探测海面油膜是高效的溢油监测手段之一,它能弥补卫星遥感的滞后性、精度低等不足,具有灵活性高、实时性强等优点。本研究研制了无人机载多光谱油污探测系统并进行了水面油膜机载探测实验,分别利用最大似然法、最小距离法以及光谱角填图法对成像结果进行分类,并将3种方法的分类结果进行精度评价,结果表明光谱角填图法总分类精度高于90%。利用该系统在小型渔港进行了海面溢油探测实验,基于光谱角填图法将原始图像进行分类。实验结果表明,该溢油探测方法是一种低成本、操作简单、分类精度高的非接触监测手段,能够满足目前海面溢油快速监控的需求,具有良好的应用前景。     

基于热红外图像的海面油膜面积的测算方法

针对现有油膜检测技术难以准确测算油膜面积且检测精度受天气条件影响大的问题,本文提出了一种基于热红外图像的海面油膜面积测算方法。采用波段为 8耀14 滋m 的红外热像仪获取海面油膜的热红外图像,对采集的油膜图像进行预处 理 （灰度化、中值滤波和锐化）;基于图像灰度分布特征分割油膜区域 （感兴趣区域,ROI）,采用形态学操作对 ROI 进行填充、腐蚀与膨胀,并对 ROI 进行数学表征;通过像素面积法计算 ROI 实际物理面积。实验结果表明：在不同的外界天气环境下 （如海浪、海风、海雾、不同光照等环境）,该方法对不同黏度的石油样品在海面形成的油膜均有良好的检测精度, ROI 面积计算平均误差为 3.77%。     

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.     

渤海冰情航空遥感技术研究

本文着重介绍了国家“七五”重点科技攻关专题“海冰航空遥感技术研究”的主要成果。经过五年的高空和地面试验、研究及应用,初步形成了包括航空遥感海冰监测系统、测冰航线设计、海冰地面定标分析、航空遥感测冰航线设计、海冰地面定标分析、航空遥感测冰资料地面处理在内的航空遥感测体技术系统并得到应用。该系统具有监测和分析海冰类型、流冰密集度、冰块大小、流冰范围、海冰厚度、冰脊分布和海冰温度等参数的能力。在可见光、红外和微波波段测一年冰的应用技术研究方面,取得较大进展,达到了80年代国际先进水平。     

基于自扩展深度置信网络的原油油膜绝对厚度反演研究

海上溢油事故危害海洋生态安全、人类健康与经济发展.开展基于遥感技术的海面溢油量的估算研究,对于保护海洋生态环境具有重要意义,而油膜厚度反演是溢油量估算的核心环节.本文通过搭建室外实验场景,模拟真实海面溢油环境,基于现场实测高光谱遥感数据,开展海面溢油厚度反演研究.本文将深度学习与遥感技术融合,提出了基于自扩展深度置信网...     

荧光法遥感海面叶绿素浓度的波段选择研究

本文从荧光波段范围内的大气效应出发,提出了可能应用于荧光法遥感海面叶绿素浓度的波段。并且用同一高度的航空遥感资料建立了荧光线高度值随波段中心位置和带宽变化的定量线性模式。其次,通过对不同度的航空遥感资料分析,提出了最佳波段选择的判别式。最后得到了两组最佳波段,基本上能满足遥感海面叶绿素α(文中简称叶绿素浓度)的使用要求。     

Envisat ASAR溢油检测影响因素分析

开展了Envisat ASAR溢油检测的影响因素分析,以2010 年墨西哥湾溢油事故为例,主要从入射角和海面风速两个 方面,开展了油膜和海水的后向散射特征分析,给出了适合ASAR 溢油检测的入射角与海面风速范围。对入射角的分析表 明,在中等风速条件下,入射角在28毅~36毅的范围内,油膜和海水的后向散射值相差大于5dB,两者在SAR影像上容易区分; 在入射角为20毅~24毅时,油膜和海水的后向散射值相差较小;在入射角大于37毅时,油膜的后向散射值接近ASAR 的系统噪 声。对海面风速的分析显示,适合ASAR影像溢油检测的风速范围是3.0~7.0 m/s;风速小于3 m/s时,油膜和海水的后向散 射值均较低;风速为9.7 m/s时,油膜和海水在ASAR影像上难以区分。     

溢油海面的Marangoni效应分析

溢油海面的"Marangoni"效应是指油膜对短重力波和毛细波具有一定的抑制作用,它是SAR区分溢油与清洁海面的物理基础。本文采用Fung&Lee海浪谱和Lombardiniet溢油模型,定量分析了归一化溢油因子对波高斜率均方根的影响;根据海浪的Longuet-Higgins模型,仿真了溢油海面和清洁海面的波高样本,验证了油膜对短重力波和毛细波具有一定的抑制作用。     

基于二维激光观测的溢油及其乳化过程散射模式研究进展

合成孔径雷达(SAR)以其高分辨率、能不受雨云影响实施全天时全天候全方位监测,在海面溢油灾害应急监测过程中发挥着越来越重要的作用。溢油是因为海面油膜抑制了毛细波和重力波,在SAR图像上呈暗斑而被识别。然而,海面溢油的乳化过程直接影响SAR对海面溢油后向散射截面的观测精度。本研究以物理海洋学和激光原理以及海面电磁散射理论为基础,通过实验利用激光扫描仪观测海面溢油粗糙度,分别与溢油特征参数、后向散射系数建立对应关系;耦合海面溢油参数与后向散射截面的关系,利用电磁散射数值建模方法,建立海面溢油散射模型,研究海面溢油乳化过程对微波后向散射截面的影响。本项目的研究将为SAR监测海面溢油量、溢油厚度及油品分布格局提供了可能;将进一步揭示海面溢油的散射机制,提高SAR海面监测溢油的精度和能力。     

基于GF-3的不同极化方式SAR图像海面油膜识别的比较 ——以"桑吉"轮事故为例

基于我国自主研发的首颗分辨率达到1m的C频段多极化合成孔径雷达高分三号卫星(GF-3),通过典型溢油案例定性和定量地比较了双极化与单极化图像预处理性能,分析了不同的极化组合对海面油膜识别结果的影响。得出结论:同向极化与异向极化成像差异明显,VV极化明显比VH极化回波强度高,并且油膜识别度较高;相反,双极化VHVV方式与单极化VH方式图像效果区别不大,双极化方式并不能绝对性地提高地物识别度。     

极化X波段雷达海面溢油微波散射模型研究

为研究溢油对海面电磁散射的影响,作者根据海面复合微波散射模型理论和蒙特卡洛统计模型理论,通过引入单分子油膜的黏性阻尼,对粗糙的溢油海面进行建模,定量分析溢油对海浪谱和海面后向散射系数值两个方面的影响。为实现基于X波段雷达海面溢油检测提供理论支撑,有助于解决溢油检测中的虚警率高的问题。     

基于极化特征SERD的SAR溢油检测

与单极化SAR(Synthetic Aperture Radar)相比,全极化SAR图像中不仅包含散射目标的几何特征和后向散射特征,还包含散射目标的极化特征。因此,基于极化特征的SAR图像分类能够更全面地描述海面目标的物理特性。单次反射特征值相对差异度(Single Bounce Eigenvalue Relative Difference,SERD)能够比较单次散射机制的相对大小,并且可以反映散射表面的粗糙度情况。而海面油膜的存在抑制了海面的短重力波和毛细波,改变了海表面的粗糙度。基于此,本文将SERD应用到海面溢油检测中。利用两景Radarsat-2全极化SAR数据对比分析了SERD与极化散射熵的溢油检测效果,实验发现:(1)SERD能够较好地区分溢油与海水。(2)对原油而言,SERD的油水对比度与极化散射熵的油水对比度在数值上差异较小;对生物油膜而言,SERD的油水对比度在数值上远小于极化散射熵。利用这一特性,SERD在区分生物油膜与原油方面更具优势。     

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。