[發明專利]基于油、水光譜特征差異的航空高光譜遙感自動識別海表溢油的方法

有效

• 申請號: 201210300671.0
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN102880856A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 王迪峰;潘德爐;詹遠增;毛志華;龔芳;王天愚
• 申請（專利權）人: 國家海洋局第二海洋研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及遙感技術領域，尤其涉及一種基于油、水光譜特征差異的航空高光譜遙感自動識別海表溢油的方法。

背景技術

隨著全球工業化進程的快速推進，人類社會對石油的需求量與日俱增，其開采規模迅速擴大，海上油井數量和海上石油運輸量急劇增加。由海上作業、運輸和設備等原因造成的海面溢油事件也在不斷增加，這加劇了海洋石油污染，進而危害了海洋生物的生存環境，嚴重威脅著海洋生態環境和漁業資源。相比船測，利用遙感手段監測溢油信息具有實時、全面、低成本優勢，能有效地指導清理、評估工作，降低溢油對海洋生態環境的破壞。因此，研究溢油遙感監測機理和技術對海洋生態環境保護具有重要意義。

張永寧^[1]在黃海潔凈海域選用重柴油、輕柴油、潤滑油、煤油、中東原油和大慶原油進行了油膜光譜實驗。通過對實驗數據的細致分析，為TM影像的遙感解譯提供了波段特征。趙冬至^[2]通過油膜光譜實驗，分析了原油、柴油及潤滑油的反射率峰值位置及反射率峰值隨厚度的變化情況，并將其應用于衛星遙感溢油監測。陸應誠^[3]使用遼東灣海水樣本與遼河油田原油，在400-2500nm波段范圍內對多種厚度的油膜光譜特性進行測量。結果表明，在400-1150nm波段范圍內，油膜光譜反射率與厚度呈很強的冪函數負相關關系。這些都是對溢油監測基礎的研究，在衛星遙感上也進行了應用，但未在航空遙感方面開展研究。

通過對此類文獻的分析總結可知，當前絕大多數提取算法都針對已知有溢油分布的影像，未實現有效的自動化提取。目前，光學影像的溢油信息提取方法主要分為以下兩類：

1．基于統計的圖像處理方法

此類方法主要分兩種。

a．統計分類法

基于統計分類的方法有可分為兩個類別，一種為非監督分類，不需要先驗樣本，但分類后需要人工判定類別，確定是否為溢油。如Sanchez^[4]采用ISODATA聚類提取油膜信息。另一種為監督分類，主要有如下幾個步驟：提取訓練樣本，選擇分類判據，確定判別準則。樣本提取的主要方法有：目視解譯^[5]、Dancing?Pixel^[6]、光譜曲線庫等。分類判據主要采用光譜角匹配^[5,6,7]，判別準則采用最大似然法^[5]、BP、GANN^[8]等。

b．紋理識別法

計算紋理特征，結合閾值分割提取油膜信息^[9,10]。這類提取方法主要應用于單波段影像或作為輔助方法用于多波段影像的油膜信息提取。

基于統計法的溢油監測需要符合以下條件：影像中各類別光譜差異較明顯，溢油區與周邊水體邊界較窄。而大多數遙感影像中，較難使用單一或少數離散光譜代表不同水體信息，如存在耀斑、水體光譜連續變化等，因此，該方法局限性較大。

2．彩色合成法

對各波段進行直方圖拉伸、組合運算、主成分分析^[11-14]，使油、水差異最大化，最終將差異最大的三個結果進行彩色合成，目視判別油膜分布，或人工確定閾值進行分割。

基于光譜特征差異的海表溢油遙感監測方法目前較少，而且尚未形成成熟的自動監測方法。而本專利通過相關的前期研究，針對油、水光譜差異特征（幅值、譜型），提出了一種基于油、水光譜特征差異的航空高光譜遙感自動識別海表溢油的方法。

參考文獻：

[1]張永寧,丁倩,李棲筠.海上溢油污染遙感監測的研究.大連海事大學學報.1999.25(3).1-5

[2]趙冬至,叢丕福.油膜波譜特征分析與遙感監測溢油.遙感技術與應用.2000.15(3).160-164.

[3]陸應誠,田慶久,王晶晶等.海面油膜光譜響應實驗研究.科學通報.2008.53(9).1085-1088.

[4]Sanchez?G.,Roper?W.E.,Gomez?R..Detection?and?monitoring?of?oil?spills?using?hyperspectral?imagery.Proc.of?SPIE.2003.5097.233-240

[5]Salem?F.,Kafatos?M..Hyperspectral?Image?Analysis?for?Oil?Spill?Mitigation,http://www.crisp.nus.edu.sg.