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光譜成像技術(shù)在海洋溢油監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2022-05-30
溢油污染是最常見的海洋污染之一，如海上作業(yè)船只、輸油管道等造成的油污泄漏，給近海水域生態(tài)環(huán)境和沿岸居民生活健康帶來了惡劣影響。如何高效、及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢油情況，防微杜漸，是目前保障海洋生態(tài)環(huán)境亟待解決的重要問題之一。傳統(tǒng)方法是通過人工目測(cè)或船巡方式來檢測(cè)海面有無溢油情況，但其手段單一，效率也較低。
本案例主要通過模擬海面溢油，采用無人機(jī)結(jié)合光譜相機(jī)的方式，在100米左右不同高度下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。
機(jī)載光譜采集分析設(shè)備
機(jī)載高清光譜相機(jī)由深圳市中達(dá)瑞和科技有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)制造，可快速、精準(zhǔn)、大面積獲取光譜信息。該產(chǎn)品覆蓋400-1000nm波段光譜范圍，可并行采集7個(gè)光譜通道的圖像數(shù)據(jù)和1個(gè)可見光通道圖像，實(shí)時(shí)圖傳，實(shí)時(shí)查看計(jì)算結(jié)果，針對(duì)異常狀況可快速做出針對(duì)性決策。
機(jī)載高清光譜相機(jī)
海面溢油光譜數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)
數(shù)據(jù)分析與模型匹配
通過光譜相機(jī)搭載無人機(jī)，對(duì)存在溢油區(qū)域的海面進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)采集和分析。
7波段光譜圖像，紅色區(qū)域?yàn)橐缬?/span>，高度52米
選取不同高度下采集的光譜數(shù)據(jù)，對(duì)溢油、海水及海中物體（石塊）進(jìn)行光譜分析，其光譜曲線如下圖：
光譜曲線（紅色：溢油，藍(lán)色：海水，綠色：海中石塊）
從如上光譜曲線圖中看出，將不同時(shí)間與高度下采集的光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)行歸一化技術(shù)處理后，不同物質(zhì)光譜曲線各有特點(diǎn)，且具有自身一致性，如不同時(shí)間采集的溢油光譜具有明顯相同的曲線趨勢(shì)，驗(yàn)證溢油是可被識(shí)別的。
基于溢油和背景水體（海水）兩者的光譜特征差異，通過對(duì)獲取的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜標(biāo)注、算法計(jì)算和模型匹配處理后，海面溢油區(qū)域可清晰辨別，同時(shí)可上報(bào)溢油坐標(biāo)位置，通過坐標(biāo)位置，可進(jìn)一步計(jì)算出溢油面積，如下圖。
海面溢油光譜偽彩圖
溢油面積約：123平方米
緯度：GPS Latitude: 22 deg 39’ 2.88” N
經(jīng)度：GPS Longitude: 114 deg 32’ 5.74” E
根據(jù)本案例結(jié)果表明，基于機(jī)載光譜成像技術(shù)，溢油與海水在光譜成像技術(shù)下可被明顯識(shí)別與區(qū)分，輔助相關(guān)部門做出快速響應(yīng)，降低溢油污染對(duì)環(huán)境的影響，減少經(jīng)濟(jì)損失，降低人工成本。
