遥感技术海上溢油监测研究进展

宋仕林 朱永英* 张明慧

(大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁 大连 116023)

遥感技术海上溢油监测研究进展

宋仕林 朱永英* 张明慧

(大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁 大连 116023)

从卫星遥感、航空遥感、地面遥感三个角度对海上溢油监测的研究成果进行了论述，对溢油遥感监测中存在的问题进行了探讨，并对未来遥感技术在该领域的研究趋势进行了展望，以期为海上溢油研究提供参考。

遥感技术，溢油，监测，无人机，传感器

随着石油产业和海上运输业的迅猛发展，海洋石油污染频发，给海洋生态和社会经济发展造成严重损失。遥感技术作为监测海上溢油的一种有效手段，通过图像解译和特征分析，能精确定位事故地点和提取油膜光谱特征，为溢油应急处置提供决策依据[1]。近年来，遥感技术在海洋环境监测、资源开发等领域的应用愈加广泛，在溢油污染监测方面已得到国内外学者的重视。本文从卫星遥感、航空遥感、地面遥感三个角度总结近年来遥感技术在海上溢油监测方面的研究成果，探讨海洋溢油遥感监测的不足，并对未来遥感技术的发展进行展望，以期为海上溢油研究提供参考。

1 卫星遥感溢油监测

卫星遥感具有全天候实时监测、探测范围广等优势，是海洋环境监测的有效手段之一。溢油改变了遥感影像中原海水背景的灰度、纹理、亮度等基本特征，因此通过分析图像特征变化能够识别出溢油。针对遥感光谱数据溢油监测的研究开展较早，并取得了诸多成果[1,2]。但早期的光谱数据波段信息不连续，提取的油膜信息有限。随着高光谱探测技术的发展，地物光谱较窄的通道数据被探测，进一步提高了溢油的识别准确率。目前，微波雷达遥感不受天气条件影响，对溢油范围的监测最为有效，在环境监测中受到许多国家重视。

在溢油范围研究方面，研究人员基于遥感图像采用阈值分割、光谱角匹配、边缘检测等算法，实现了溢油信息提取[3-5]。在油种识别研究方面，模糊逻辑检测、深度信念网络、RBF神经网络等算法具有较大优势，能有效识别溢油类型[6-8]。在溢油量估计研究方面，熊攀等开展了油膜厚度与反射率关系研究，为油膜厚度的估算提供理论依据[9]。溢油总量多借助于溢油范围和油膜厚度来估算。M.S.Lee和B.G.Gautama等开展了反射率和消光系数的溢油厚度研究，取得了较好效果[10,11]。这些研究多以实测油膜数据为标准进行分析，忽略了空间尺度、海洋环境对油膜光谱的影响[6-8,10,11]。在溢油轨迹研究方面，“油粒子”溢油轨迹和风化模型、二维拉格朗日轨迹模型等方法被用于溢油漂移模拟，研究中考虑了气象条件、潮流等因素对油膜扩散的影响[12,13]。目前对海上溢油范围的研究理论和方法较为成熟，而对于溢油量的估计多结合地面遥感实测油膜光谱进行研究，精度相对较低，同时对海上溢油漂移扩散预测的研究相对较少，有待深入研究。

2 航空遥感溢油监测

航空遥感具有探测速度快、灵活机动、空间分辨率高等优势，在溢油监测应用中发展较快，成为卫星遥感的有效补充。

在航空遥感溢油监测方面，研究人员采用曲波变换、决策树分类、Borda算法等方法实现了航空遥感数据不同油种、厚薄油膜、油膜与非油膜的信息提取[14-16]。基于航空遥感监测海上溢油，大连海事大学较早地开展了相关试验研究，由李颖科研小组开发的空基机载激光荧光溢油探测系统，实现了海上油膜、油种和油膜厚度的信息获取和自动识别，在国内外属首创。根据油膜和海水之间不同的热红外特性，陈澎等分析了不同条件下油膜的热红外特征，有效监测了溢油，在“7·16”大连新港油污清理中发挥了重要作用[17]。目前，海上溢油的热红外监测研究仍处于初级阶段，不能排除海岸线、海洋植物的干扰，无法识别薄油膜。

无人机作为新型航空遥感监测平台，能够搭载多种高分辨率探测设备，具有高机动性、低成本的优势，已广泛应用于生态环境和海岸带监测等领域[18,19]，未来在遥感溢油应急监测中有较大应用潜力。

3 地面遥感溢油监测

海上溢油地面遥感监测主要有固定点监测、船舶监测、浮标监测和实验监测等。固定点监测通常用于港口、码头和桥梁等地，传感器多采用激光荧光和电磁能量吸收传感器，虽然能够实现全天监测和自动报警，但受传感器条件限制，监测范围较小。船舶通过搭载航海雷达能够实现海上溢油全天候、实时探测，不受雨雾等天气的影响，缩短了溢油应急响应时间，能够实现溢油位置的精确定位和溢油面积的估计[20]，但船舶监测在速度和灵活性方面存在不足。海上浮标是一种新型溢油监测设施，主要用于溢油跟踪，当溢油发生后将其投入溢油区，能实时获取油膜漂移的速度、轨迹和溢油厚度等信息[21]。油膜光谱特征是遥感监测溢油的数据基础，文献[9][22]开展了不同油种的紫外—近红外、热红外等波段的实验研究，获取了光谱特征信息，为遥感图像溢油监测提供了数据支撑，但研究中未考虑复杂海况条件对油膜光谱特征的影响。

4 前景

随着遥感、图像处理等相关技术的发展，遥感技术在海洋资源开发、环境保护、科学研究等方面对传感器的光谱分辨率、空间分辨率等性能提出了更高要求，需要研制高性能传感器和小型化探测设备。通过遥感图像解译获得不同地物的光谱特征，虽能实现溢油与假目标的区分，但对油品快速识别和溢油量的精确估算等方面达不到精度要求，仍需要进一步研究。受海洋环境影响，油膜在不同阶段的光谱特征差异明显，油膜信息的实时探测难度较大，这就需要进一步开展海上溢油实验，研究油品在复杂海况环境下的波谱特征，建立油指纹数据库，为遥感溢油监测和油种快速识别提供数据支持。

5 结语

从卫星遥感、航空遥感、地面遥感三个角度总结了近年来遥感技术在海上溢油监测的研究成果，探讨了溢油监测存在的不足，分析了遥感溢油监测的发展前景，以期为海上溢油研究提供参考。

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Advances in marine oil spill monitoring using remote sensing

Song Shilin Zhu Yongying* Zhang Minghui

(OceanandCivilEngineeringDepartment,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China)

The paper indicates the research results of the oil spill monitoring from the satellite remote sensing, aerial remote sensing, and ground remote sensing, explores the problems in the oil spill monitoring, and has the prospect for the research trend for the future remote sensing technique in the field, so as to provide some reference for the ocean oil spill research.

remote sensing technique, oil spill, inspection, drone, sensor

1009-6825(2017)20-0205-02

2017-04-26

朱永英(1979- )，女，副教授

TP753

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