基于雷达信息的海上溢油与小目标识别方法

发布时间：2020-05-13 21:39

【摘要】：海上溢油和目标的探测在海洋安全、海事搜救、监控非法行为等方面,都具有很重要的应用价值。运用现代化的监测手段和技术,可以提高对海上事件的应急反应能力和管理决策水平。雷达回波信号中包含了海面散射回波信息,通过对该回波信息的分析研究可以实现目标的探测与识别。本文研究了使用SAR图像进行溢油识别和使用海杂波信号进行小目标探测的方法。快速准确地识别SAR图像上溢油和疑似溢油是非常关键的。识别过程主要分为三个阶段:预处理、图像分割和溢油识别。首先,在图像分割阶段,本文使用本体的概念和推理在分割之前对黑色区域进行分析,事先排除一些疑似溢油的图像,筛选后的待分割图像使用KFCM算法进行分割,从而提高了效率。其次,在溢油识别阶段,本文使用BEMD方法将待识别的SAR图像分解为若干二维固有模态函数分量,再进行Hilbert谱分析,并通过Relief方法筛选,构建了全新的特征向量来识别油膜和类油膜,实验证明了该方法在识别正确率方面有了明显的改进。海杂波下小目标具有回波信杂比较低的特点,有效地探测海上小目标具有一定的挑战性,是目前雷达探测领域的热点研究问题。本文首先证实了海杂波数据经过EEMD分解后具有分形的特性,然后使用多重分形的广义Hurst指数作为特征来实现小目标的检测。其次,分析了 EEMD分解前后有无目标的相关系数的差异,将相关系数作为特征实现了小目标的检测,通过实测和模拟海杂波数据验证了这两种方法的有效性,并与同类方法相比性能有所提高。最后,针对海杂波数据缺乏、采集和标记困难以及历史数据浪费等问题,本文使用TrAdaBoost迁移方法和SVM分类器,通过不同域之间的数据迁移来实现目标的检测,实验分别证实了将历史数据和不同种类目标数据迁移时,该算法的有效性。总之,本文构建了海洋表面现象本体库,在分类特征选择方面做了不同类型特征向量的尝试,拓展了迁移学习的应用范畴,为未来的工作奠定了一定的基础。
【图文】：

统计图,统计图,年代,次数

运输、海上油气开采及沿岸工业排污为主。船舶泄漏是污染的主要来源，据国际油轮船逡逑东防污联盟（ＩＴＯＰＦ）统计［１］，：１９７０年到２０１５年间，各起油轮事故导致总溢油约５７２逡逑吨，溢油次数统计如图１．１所示。虽然几十年来油轮的溢油事故有很大的改善，但是只逡逑要发生海上溢油事件，就会给人类带来严重的危害。要保护好海洋环境，除了加强海洋逡逑石油开发活动和海上运输的管理，减少意外溢油事故的发生外，同时要加强对海上溢油逡逑的监测，提高对海上溢油事件的应急反应能力和溢油治理能力。现阶段，全国范围内的逡逑各海事部门对海上污染的监管主要依靠群众举报、到港检查纪录、或以定时不定时的驾逦－逡逑船巡视方式来监视海上的溢油情况。这些原始的手段严重限制和制约了对海上溢油污染逡逑事故的有效监管，以及对溢油事故及时准确的处理和应急反应，给偷排废油的违法船舶逡逑以可乘之机。因此，运用现代化的监测手段和技术，实现监测点和船舶周围全天候、实逡逑时、高效地监测，对海洋环境进行监管，及时发现违规行为，保护海洋环境是非常重要逡逑的。目前，通过ＳＡＲ图像监控海上溢油已经成以一种普遍可行的方法，由于海面油膜逡逑能够降低海面粗糙度

图像,海面溢油

后向散射主要是Ｂｒａｇｇ散射，海洋和大气现象通过风、浪、流和海面油膜等调制海面逡逑Ｂｒａｇｇ波而被ＳＡＲ观测到。海面被油膜覆盖后，海面的短波分布受到油膜的影响，且雷逡逑达接收到的后向散射系数减弱，在雷达卫星图像上表现为较低的灰度值（黑色），，如图２．１逡逑为ＥＲＳ－１得到的新加坡马六甲海峡远东港口的ＳＡＲ图像，图中的黑色区域为船舶溢油。逡逑＿逡逑—逡逑图２．１邋ＳＡＲ图像逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋ＳＡＲ邋ｉｍａｇｅ逡逑２．２影响ＳＡＲ海面溢油检测的主要因素逡逑根据ＳＡＲ成像的原理，海面溢油检测的效果会受到很多因素的影响。雷达自身的逡逑参数、海水表面的粗糙度和海面目标的散射结构等信息都会成为ＳＡＲ进行溢油检测的逡逑重要参数［５６］。逡逑－１２－逡逑
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.52

【参考文献】