SAR及MODIS数据海面溢油监测方法研究

发布时间：2020-06-02 17:49

【摘要】： 海洋溢油发生后,准确及时的监测溢油对于海洋环境保护具有重要意义。随着卫星遥感技术的高速发展,遥感已经成为监测溢油的最重要和最有效手段之一。本论文以海面溢油为研究对象,讨论了利用SAR和MODIS监测海面溢油的方法,重点在SAR图像中溢油现象识别、MODIS监测海面油膜厚度、基于GIS的遥感溢油监测系统和中国海溢油分布等方面进行研究。本文的主要研究结果归纳如下: 1.系统介绍了SAR图像中识别溢油现象和疑似现象的全过程,主要包括图像预处理(辐射校正和斑点噪声滤除)、图像分割、特征提取、特征筛选和神经网络识别。在SAR图像预处理方面,比较了10种滤波方法,最后选择了窗口为3×3的增强Lee滤波对SAR图像进行滤除斑点噪声的处理。在SAR图像中油膜区域分割方面,将水平集方法与多尺度小波方法相结合,提高了计算效率,降低了算法的复杂度,同时对SAR图像中油膜区域的模糊边缘进行了有效监测。在识别溢油和疑似溢油方面,除灰度特征量外,引入图像纹理特征参量,并利用方差分析从计算的31个特征参量筛选出16个作为神经网络的输入,建立了区别溢油现象和疑似溢油现象的神经网络模型。研究结果表明,该模型识别精度达到83%,可以较好地识别溢油现象;纹理特征作为特征参量提高了溢油现象的识别精度;基于方差分析的特征参量筛选不仅简化了神经网络结构,而且提高了模型的识别精度。 2.将模糊聚类方法FCM与图像纹理分析相结合用于对250m分辨率的MODIS图像中的溢油区域分割;将这种方法应用到2005年4月3日发生在大连海域“阿提哥”事件的MODIS图像中,较好的区分了溢油区域,并在此基础上,利用多时相的MODIS数据计算了油膜的漂移,结果与风场和潮汐数据一致。建立了一个简单的海面油膜的光学模型,并在此基础上对海面油膜的可见光波段的光学性质进行了定性分析:油膜与海水的反差主要依赖于油膜对海水向上辐亮度的吸收,离水辐亮度差异在海水光谱反射峰的波段油水反差最大,随着油膜厚度的增加,油膜的离水辐亮度减少。在传感器接收的大气顶辐亮度的图像中,油膜与海水的反差依赖于镜面反射和下表面向上辐亮度传输的平衡:当镜面反射的差异大于下表面向上辐亮度的差异时,油膜海水反差为正,反之为负。基于此,根据两次溢油事故的MODIS数据定性给出了油膜厚度的分布。 3.设计了基于WebGIS和卫星数据的海面油污染监测系统,该系统是一个融合了Apache web服务器、Oracle数据库管理系统、Mapserver、PHP和卫星遥感数据处理系统的网络地理信息系统(WebGIS),主要包括环境信息收集模块、溢油信息提取模块和油膜扩散预测模块。基于这个系统和2002～2005年的SAR数据对东中国海的溢油事件进行了统计分析,污染比较严重的四个海区包括:黄海中部,纬度范围在32°～37°N;渤海海峡东部;长江口周围海域;纬度范围在28°～32°N的东海海域及台湾海峡。溢油主要是由船舶非法排污引起的,分布在主要航线的海区,另外还包括渔船作业产生的油膜、河口排放的工业污染形成的油膜。 4.将WebGIS系统与FCM方法相结合建立了一个帮助农民用户产生定量施肥图的专家系统。基于此系统,进一步研究利用陆地卫星Landsat数据制定定量施肥图的可能性;系统输出结果通过产量或现场土壤属性的测量进行评价,研究表明可以利用作物生长茂盛时期(NDVI均值最高)的卫星NIR波段数据产生变量施肥图。
【图文】：

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、、声、J护‘U.b./、z‘、图1.1FLS·AU系统测量示意图(a)及联合高光谱成像仪CAsl一2测量的海表溢油色标图1.2.2微波辐射计海洋能够发射微波辐射，在微波波段，水体的发射系数为0.4，，而油的发

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图1.2.SAR图像中的‘疑似溢油现象”。但是，上面提到的各种方法只是将SAR图像中黑色区域划分出来。事实上，从雷达的探测机制不难看出，不仅仅是油污在其影像上表现出暗色的特征，时还存在很多干扰的因素(如图1.2)，如平静海水面、低风速区、海上浮游
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X834

【引证文献】