机载激光荧光溢油油膜厚度反演算法研究

遥感技术在历次大型溢油应急事故处理中起到了关键的作用，但事故处理中溢油量的准确计算一直没有解决，问题的关键点是溢油油膜厚度识别的基础研究没有突破。海上由于油膜的存在改变了海水光谱特性，油膜厚度不同，其对海水光谱特征的影响也不同。课题针对海上船舶装载的常见油种（原油、轻柴油、重柴油），利用机载激光荧光探测装置获取溢油目标的光谱数据，通过对各种油在不同的厚度下的拉曼光谱和荧光光谱曲线的识别，分析油膜厚度与光谱特征的相关性，并利用测量光谱特征的手段以消除环境/背景干扰，对不同种类的油膜厚度进行反演，解决连续油膜厚度识别的问题。并结合海洋环境数据和多元空间数据等外部数据研究算法，绘制出溢油厚度等值线分布图，实现溢油厚度分布的面状信息提取，为溢油量的精确计算提供有力依据，为解决我国溢油应急反应中遥感应用的瓶颈问题提供了基础理论依据。

海上溢油事故发生后，及时准确地探测溢油与油源鉴定并获取油膜的厚度极为重要，它可以有效降低溢油污染的危害，为清污应急反应、事故评估及鉴定提供可靠的依据和手段。机载激光荧光探测海面油膜是目前最重要和最有效的溢油监测技术手段之一，它能够弥补卫星遥感反应滞后，舰船搜寻速度慢、效率低等不足，具有灵活、实时性强的特点。通过对海上溢油的光谱特征的探测，可以快速、实时、准确的获得高空间分辨率、高精度的海上溢油区的溢油种类、油膜厚度等信息。根据激光荧光探测原理，对提取海面溢油区的荧光信息进行了研究。分别通过地面实验和海上试验对机载激光荧光探测系统进行验证，证明了系统的选型、集成、运行整个环节稳定可靠。实验使用的机载激光荧光探测系统主要由激光器、激光束扩束准直系统、光学收集和光谱分光系统、光电探测系统、数据采集和数据处理系统组成。应用拉曼校正的方法将测量的荧光光谱校正至“统一”的尺度，因此可以对不同仪器设备或同一仪器设置不同获取的光谱数据进行校正以便进行比对。运用曲波变换及支持向量机（SVM）组合的算法，并利用溢油荧光光谱形状特征及时间特性相结合，对油种类进行识别研究，算法除具有相对较高的识别率外，对于小样本和处理速度上也具有很大的优势，特别适合机载条件下快速、实时获取光谱数据和反演。最后分别研究了并实验了利用激光拉曼测量油膜厚度的两种方法，并指出各自的局限性。提出了以直升机作为搭载平台，结合机载多波段探测器，利用激光拉曼获取油膜厚度，并最终确定溢油量的方法。本项目研究提供的溢油油膜厚度信息作为水上溢油应急反应系统的重要信息，对于提高我国水上溢油应急反应能力具有重要意义，为我国日后研究出应用与实际油厚探测的设备提供应用基础。