基于ENVISat的海洋污染性油膜雷达散射特征与扩散趋势分析

污染性海洋溢油一旦发生,快速获取油膜信息对有效控制溢油危害具有重要意义。以渤海湾一次溢油污染事件为例,利用ENVISat数据根据油膜雷达后向散射特征分析溢油的发生,并利用溢油期间的连续风场信息和连续SAR数据对比研究油膜的扩散趋势以及扩散过程中油膜尺度的变化。结果表明：污染性油膜在海上扩散的不同阶段具有不同的SAR图像特征,海上溢油雷达遥感检测分析方法与检测效果因SAR图像获取时油膜所处扩散阶段不同而有所不同,通过SAR连续观测结合辅助信息可以对污染油膜及其运动进行有效监控与预测。     

改进Notch滤波的全极化SAR数据船舶检测方法

全极化SAR数据提供了更多的地物极化散射信息,目前被广泛的应用于海上船舶检测的应用研究。本文提出改进的Notch滤波方法,实现全极化SAR数据的海上船舶检测。该方法结合目标的极化散射特性与能量双重特点,设计针对海面、方位向模糊、相干斑噪的不同滤波,消除虚警,通过SPAN能量因子降低由于散射机制相同而造成的漏检。利用RADATSAT-2全极化精细扫描数据对本文的算法进行验证,并与PWF和SPAN方法进行对比分析,实验结果表明本文提出的方法能从海面上有效检测出各种大小的船舶,同时能抑制方位向模糊、相干斑噪以及船舶的旁瓣造成的虚警。     

利用SAR图像识别海面油膜的方法介绍

利用SAR图像可以有效地识别海上油膜。通过对南海及渤海地区的80多景ASAR数据进行暗区域分析,利用海面烃类油膜雷达遥感图像监测系统(System for Oil Spill Detection 1.0,简称SOSD 1.0)提取出油膜及低风速区等暗目标的特征参数,包括油膜的后向散射系数、均一度、梯度值、面积、复杂度等。通过对这些参数进行统计分析并结合人工解译,找出规律,形成根据这些规律以及其它的经验知识来区分油膜及非油膜的过程,并结合实例进行说明。     

ERS-1的SAR校准试验

前言欧洲遥感卫星1号(ERS-1)于1991年5月4日发射上天。合成孔径雷达(SAR)是其星载传感器的一种,自发射升空后,一直顺利运转着。SAR系全天候型传感器,由于它收集的信息不同于历来的光学传感器,所以近些年来,它是深受重视的一种仪器。SAR所观测的物理量为地表后向散射雷达的截面积,这种物理量借助地表与SAR的辐射关系便可转换成后向散射系数。为了有效利用SAR,对该物理量赋予绝对值较为重要,因此,数据的辐射校准是必要而不可缺的。     

利用星载SAR图像检测海洋锋的方法

海洋锋区剪切流、辐聚流与海洋表面波之间存在相互作用,将这种相互作用处理为对海浪谱的扰动,来分析其对海浪谱密度和谱梯度的影响;根据两尺度模型,分析了海面小尺度波(厘米级)和大尺度波(海浪)与雷达后向散射系数的关系,从而说明了海洋锋的SAR成像原理。在海面SAR图像中,海洋锋的尺度比海浪的尺度大2~3个数量级,可以通过二维空间谱分析,将海浪信息的主要部分滤除,再利用数字图像处理技术提取海洋锋的特征信息,由此形成了一套用海面SAR图像提取海洋锋特征参数的信息处理方法。     

基于外部风向初始信息的SAR影像海面风场反演研究

首先利用SeaWinds散射计风向作为初始信息进行SAR(Synthetic Aperture Radar)影像海面风场反演,在对SAR影像进行了噪声剔除、辐射定标、极化转换等处理后获得VV极化下各分辨单元的后向散射系数,结合地球物理模式函数获取风速并显示输出海面风场的分布情况。在此基础上,尝试利用WRF(Weather Research Forecast)数值预报模式风向作为初始场从SAR影像中反演风速信息,将结果与之前以散射计风向作为初始信息得到的反演结果进行对比,验证实验方法的正确性,高分辨率数值预报模式风向结合SAR影像将是未来业务化近岸海面风场反演的发展趋势。     

基于水体散射特性的SAR图像水体检测

基于SAR图像中水体后向散射系数服从Gamma分布的特点,提出了一种基于水体散射特性的自动化水体提取算法。研究重点包括:第一,利用高斯分布拟合地物后向散射系数,并结合改进的Gamma模型进行分析,确定最优阈值位置,构建优化准则,自适应迭代求解目标阈值。第二,引入含水体的目标块选择准则,剔除非目标块,对目标块运用所建模型获取阈值,取各目标块平均值作为全景图最优阈值,该过程大大缩短了运行时间,增加了阈值准确率,对SAR图像中水体的实时检测具有深刻意义。实验数据选用Radarsat-2获取的淮南地区单极化数据,实验结果表明该算法可以实现大幅图像中水体的快速、精确和自动化提取。     

卫星遥感信息应用研究

近几年来,随着海洋石油运输业与航运业的迅猛发展,频繁发生的溢油事故造成了严重的环境污染、破坏着海洋生态系统。利用卫星遥感手段监视海面溢油可以达到覆盖面积大、快捷真实、同步连续的效果。通过分析溢油信息在遥感图像上的成像原理、各种卫星影像成像特点、采用遥感图像上溢油信息识别技术,卫星遥感监视海面溢油方法在多个实际溢油事故中得以成功应用。     

基于空间信息的SAR图像船只交通监测方法

快速准确获得研究区海上船只状态,对海洋交通监测具有重要意义。本文从技术角度提出了基于空间信息的SAR图像海上船只交通监测方法。首先利用已有的空间先验信息对图像进行自动陆地掩膜;建立海面杂波分布模型,对海面船只进行检测;估算船只的长度、面积、中心坐标等参数信息,并对目标进行筛选;最后根据船只信息库结合空间信息平台进行统计与分析,可为海上船只监测以及交通规划等应用提供决策信息。重点介绍了数据处理方法,并以9景ERS2数据进行了实验和详细分析,通过实验,分析了技术的可行性与正确性。     

基于半分析模型的石头口门水库总悬浮物浓度反演研究

总悬浮物（TSM）是水质遥感反演的重要参数之一,以遥感技术为手段监测总悬浮物浓度成为未来发展的趋势。利用2008年6月13日在石头口门水库采集的高光谱数据和实验室分析数据,计算得到水体总悬浮物的后向散射系数,并经相关分析,选取675 nm处的后向散射系数建立总悬浮物浓度的反演模型,决定系数为0.8327。与基于遥感反射率的经验方法比较,半分析方法具有一定的物理意义,反演精度更高,且在悬浮泥沙含量较高的区域效果更佳。     

福建海域溢油应急处置辅助决策系统设计和实现

海上溢油污染问题目前已成为国际公认的危害性极大的环境污染问题之一。建立相关海域溢油应急处置辅助决策系统,研究海上溢油漂移的数值预报机理,开发海上溢油应急处置模拟训练系统和海上溢油应急处置决策支持系统是十分必要的。本文提出了福建海域溢油应急处置辅助决策系统设计思路和实现技术路线。     

弱海流与波作用引起的海面雷达后向散射系数扰动特征

从波- 流作用产生的海面雷达后向散射系数扰动模型出发, 根据弱海流假定对模型进行了简化, 计算了弱海流与波作用引起的海面雷达后向散射系数扰动相对流场分布、流速幅值、海面风速、波流夹角、雷达波长、雷达入射角变化的数值结果, 分析了有关特征, 为研究微波雷达对海面流场变化效应的探测能力提供了有价值的参考。     

An investigation into the factors influencing the detectability of oil spills using spectral indices in an oil-polluted environment

The aim of this article is to investigate and test the influence of oil spill volume and time gap (number of days between oil spill events and image acquisition date) on normalized difference vegetation index (NDVI) and normalized difference water index (NDWI). This was carried out to determine the effect of these factors on vegetation condition affected by the oil spill. Based on regression analysis, it was shown that increase in the volume of oil spill resulted in increased deterioration of vegetation condition (estimated using NDVI and NDWI) in the study site. The study also tested how the length of time gap between the oil spill and image acquisition date influences the detectability of impacts of oil spill on vegetation. The results showed that the length of time between image acquisition and oil spill influenced the detectability of impacts of oil spill on vegetation condition. The longer the time between the date of image acquisition and the oil spill event, the lower the detectability of impacts of oil spill on vegetation condition. The NDVI seemed to produce better results than the NDWI. In conclusion, time and volume of oil spill can be important factors influencing the detection of pollution using vegetation indices (VIs) in an oil-polluted environment.     

海洋监视监测SAR卫星任务初步分析

以海浪、船舶、溢油、内波和海冰等海洋现象为主要的观测目标,海洋监视监测卫星利用多极化SAR的高分辨率模式进行精细成像,识别目标细节特征,利用宽观测带扫描模式进行快速覆盖观测,获取全球海洋遥感信息。针对各观测目标要素,借鉴ERS和RADARSAT-1的观测结果,结合理论分析与仿真,初步分析了海洋监视监测SAR卫星轨道参数和有效载荷工作模式等卫星任务。     

基于多特征融合与ResNet的海面溢油区识别研究

近年来,合成孔径雷达（SAR）在改善溢油检测方面得到了广泛应用。然而,由于其特殊的成像机理,乘性相干斑噪声和其他物理现象引起的暗斑一直影响着溢油检测的精度。单独使用一种特征很难对图像上的油膜和类油膜现象进行区分,针对这一问题提出了利用多特征融合结合深度残差网络（ResNet）的方式来区分全极化图像上的油膜和类油膜现象。实验中将C波段的三种极化特征：极化散射熵（Entropy）、平均散射角（Alpha）和单次散射特征值相对差异度（SERD）组合在一起,形成一个优化特征子集,在确定的三种极化特征对应的特征图上选取多个感兴趣区域作为ResNet网络的训练集和测试集。该实验所用训练集由3 600个原油样本、3 600个生物油样本和3 600个乳化油样本（共计10 800个）组合而成。测试集由600个原油样本、600个生物油样本和600个乳化油样本（共计1 800个）组合而成,最终得到97.56%的分类精度。用同样的实验数据采用同是深度学习的VGG和AlexNet分类算法进行油膜和类油膜的分类,并与ResNet算法分类结果进行对比分析。为了减弱过拟合现象以及获得更可靠的实验结果,分别进行了[K]-交叉验证和ROC曲线实验。结果表明所提出的算法是有效的。     

Research and Development of SAR Satellite Remote Sensing System of Ocean Oil Spills

SAR satellite remote sensing system of ocean oil spills has been developed for the operational surveillance in the offshore oil exploration areas of National Offshore Oil Corporation in China.The system is capable of SAR images processing,oil spill automatic detection using the algorithm of agglomeration hierarchy cluster and oil features extraction.The comprehensive analysis of oil detection results is also available including confidence analysis,multi-source and multi-phase data analysis as well as backtracking of oil spill sources.Oil thematic maps are output utilizing oil detection and comprehensive analysis results,which can be overlaid with electronic charts.The system can provide the technical backup and decision support for oil spill early warning and emergent measures implement.     

The valve location problem: Minimizing environmental damage of a spill in long oil pipelines

A shutoff valve is a control device that blocks oil flow in a pipeline in order to reduce the oil escape. This paper addresses the valve location problem where, given a pipeline network and a number of valves for installation, the task is to find a valve location that minimizes the maximum environmental damage of an oil spill. We present the first complete framework for fast computing of an optimal valve location in a general oil pipeline network. To achieve this, we formalize the problem and explain how to quantify environmental damages. Next, we present two fast algorithms optimally solving the valve location problem on linear pipeline segments. Further, we show how to extend the algorithms to solve the problem on a general pipeline network. We conclude with a computational study showing that solutions provided by our framework can reduce the adverse effects of a spill by up to 37% compared to the currently used solutions.