[发明专利]一种基于SAR的海面溢油监测方法及装置

说明书

本发明提供的一种基于SAR的海面溢油监测方法，包括根据观测与模拟的NRCS确定区域是否存在溢油；采用最大类间法和最大熵法两种阈值分割方法同时对一个像素区域进行阈值对比确定溢油具体区域。本发明提供的方法及装置，利用IDL软件分析获得观测NRCS，利用地球物理模式函数通过风场数据获得模拟的NRCS，通过比较和模拟NRCS是否大于3DB判断存在溢油，如果存在溢油用阈值分割方法进行判断，基于最大类间法和最大熵法两种阈值分割方法都可以得到当前像素下存在溢油时，就能准确判定这块像素区域存在溢油，提高了基于SAR海面溢油监测的准确性，降低了分析难度，提高了分析效率，在海面溢油监测领域具有广泛的适用性。

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达领域，特别涉及一种基于SAR的海面溢油监测领域。

背景技术

近几年，随着海洋石油资源的不断勘探和开采，石油加工业和海上运输业的快速发展，海上油气田溢油、输油管道破裂、载油船舶的突发性溢油等等重大事故也随之增多，这给海洋环境、海洋生态资源和海洋经济造成重大损害。海底油气的泄露、海洋当中石油的开采、载油船舶的泄露等都是海洋溢油污染的来源，历史上也有许多溢油事故导致财产严重损失。2002年，在欧洲一篇海域“威望”号油轮因为暴风雨导致油箱的爆裂，导致大约7.6×10⁴m³的石油溢出到海面，油轮也在欧洲海域沉没，清理费用达到120亿美元。当然除过欧洲外，海洋里的溢油事故几乎在全世界都不少见，数据表明最近半个世纪以来石油的开采以及船只故意排放废油导致海洋生态严重破坏的事故不计少数。我国绵长的海岸线，海岸带以及周边海域也长期收到溢油污染的威胁。

此外，海面溢油监测方法也可用于海上军事侦察以及寻找失事飞机或船只。如何有效监测海面溢油，及时为后续工作获取有用的海洋表面信息，是目前各国研究的热点。

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种具有较高空间分辨率的主动式卫星微波探测器，它的出现为受制于传统观测的物理海洋学研究方向提供丰富的资料。SAR可以在其运行轨道上全天候连续获得对海洋表面大面积的图像，其功能意味着它可以成为海面溢油监测重要的手段技术之一。SAR海面溢油检测是在实现溢油监测起到很大的作用。

目前外溢油检测的主要技术手段很多，其中包括对溢油图像进行预处理去除图像上的异常值，针对溢油区域采用分割方法来分离海水和油膜基于溢油区域进行特征提取与分类来确定油膜属性。然而，无论在滤波器的选择、分割算法的改进以及分类器的设计等，仍旧存在缺陷和不足，比如航天恒星科技有限公司CN201611177475.3海上油膜识别提取方法及系统虽然提供了油膜识别方法，但是没有充分考虑海风因素，也没有确立定位方法；中国人民解放军理工大学CN201310260542.8一种机载合成孔径雷达海面风矢量反演方法虽然考虑了海风因素，但是计算方法复杂，溢油与海水背景分割难度大，整幅SAR图像内的溢油区域确定困难。

发明内容

针对现有技术中SAR提取海面资料分析难度大以及溢油监测区域定位不准确的技术问题，本发明提供了一种基于SAR的海面溢油监测方法，利用地球物理模型CMOD7算法来反演海面风场(风向、风速)，通过比较和模拟NRCS判断是否存在溢油，如果存在溢油用阈值分割方法进行判断，基于最大类间法和最大熵法两种阈值分割方法都可以得到当前像素下存在溢油时，就能准确判定这块像素区域存在溢油，在海面溢油监测领域具有广泛的适用性。

本发明提供的一种基于SAR的海面溢油监测方法，包括如下步骤：

(1)根据观测与模拟的NRCS确定区域是否存在溢油。

(2)采用最大类间法和最大熵法两种阈值分割方法同时对一个像素区域进行阈值对比。

(3)确定溢油具体区域。

本发明SAR图像上灰度变化反映的是归一化后向散射截面的变化，通过IDL语言分析图像上的NRCS数据。