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光譜成像技術在海洋溢油監(jiān)測中的應用
發(fā)布時間：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或船巡方式來檢測海面有無溢油情況，但其手段單一，效率也較低。
本案例主要通過模擬海面溢油，采用無人機結合光譜相機的方式，在100米左右不同高度下進行現(xiàn)場實測。
機載光譜采集分析設備
機載高清光譜相機由深圳市中達瑞和科技有限公司自主研發(fā)和生產制造，可快速、精準、大面積獲取光譜信息。該產品覆蓋400-1000nm波段光譜范圍，可并行采集7個光譜通道的圖像數(shù)據(jù)和1個可見光通道圖像，實時圖傳，實時查看計算結果，針對異常狀況可快速做出針對性決策。
機載高清光譜相機
海面溢油光譜數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場
數(shù)據(jù)分析與模型匹配
通過光譜相機搭載無人機，對存在溢油區(qū)域的海面進行光譜數(shù)據(jù)采集和分析。
7波段光譜圖像，紅色區(qū)域為溢油，高度52米
選取不同高度下采集的光譜數(shù)據(jù)，對溢油、海水及海中物體（石塊）進行光譜分析，其光譜曲線如下圖：
光譜曲線（紅色：溢油，藍色：海水，綠色：海中石塊）
從如上光譜曲線圖中看出，將不同時間與高度下采集的光譜數(shù)據(jù)，進行歸一化技術處理后，不同物質光譜曲線各有特點，且具有自身一致性，如不同時間采集的溢油光譜具有明顯相同的曲線趨勢，驗證溢油是可被識別的。
基于溢油和背景水體（海水）兩者的光譜特征差異，通過對獲取的光譜數(shù)據(jù)進行光譜標注、算法計算和模型匹配處理后，海面溢油區(qū)域可清晰辨別，同時可上報溢油坐標位置，通過坐標位置，可進一步計算出溢油面積，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
經度：GPS Longitude: 114 deg 32’ 5.74” E
根據(jù)本案例結果表明，基于機載光譜成像技術，溢油與海水在光譜成像技術下可被明顯識別與區(qū)分，輔助相關部門做出快速響應，降低溢油污染對環(huán)境的影響，減少經濟損失，降低人工成本。
