溢油油水混合率的估计方法、装置、存储介质及计算设备制造方法及图纸

技术编号:19177154 阅读:44 留言:0更新日期:2018-10-17 00:20
本发明专利技术公开了一种溢油油水混合率的估计方法、装置、存储介质及计算设备。所公开的方法包括:基于油区的CPSAR观测数据,计算油区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值

Estimation method, device, storage medium and calculating device for oil and water mixing rate of spilled oil

The invention discloses an estimation method, a device, a storage medium and a calculation device for the oil-water mixing ratio of spilled oil. The methods disclosed include: calculating the observed ratios of the principal diagonal elements of the covariance matrix CCP corresponding to the pixels in the oil region based on the CPSAR observations in the oil region

【技术实现步骤摘要】
溢油油水混合率的估计方法、装置、存储介质及计算设备
本专利技术涉及海洋环境立体监测领域,尤其涉及一种溢油油水混合率的估计方法、装置、存储介质及计算设备。
技术介绍
在海洋石油的遥感监测与评估中,海面溢油是遥感探测的一个重要对象,多光谱、热红外、雷达等诸多遥感领域均对此有一定研究。由于海洋背景复杂,海面受大气影响、水体对电磁波的散射与吸收作用,海面油膜遥感信息表现为弱信息;又由于海面溢油随来源、构成种类、油膜厚度、乳化程度、存在时间的不同,表现为不确定的遥感影像特征;这些因素对海面油膜遥感信息提取存在一定的制约。目前,国内海面溢油污染检测已经取得了一些成就,针对海面溢油的遥感探测、分类与量化一直是海洋资源与环境遥感研究领域的重点、难点与热点,对于实现海面溢油油膜量的实时、动态、定量、快速测量,到现在为止还没有有效方法。油水混合率是估算溢油量的关键参数,同时也是应对溢油事故特别是制定溢油控制措施和评估分散剂性能必须的重要指标,对溢油数量的准确估算、溢油事故的快速反应具有重要意义。简缩极化合成孔径雷达(CompactPolarizationSyntheticalApertureRadar,CPSAR)是一种新型合成孔径雷达(SyntheticalApertureRadar,SAR)。CPSAR是主动式微波传感器,相对光学传感器,微波能穿透黑暗、云层、灰尘和雾气,具有全天时、全天后观测、高分辨、受干扰少等优点。CPSAR可以搭载在卫星、飞机、船舶上,使用灵活,相对先进的全极化SAR,CPSAR具有刈幅宽、重访周期短的优点,更适合海上大面积监测。目前,印度的RISAT-1(发射于2012年4月26日)和日本的ALOS-2(发射于2014年5月24日)都载有这种新型传感器。同时加拿大的RADARSATConstellationMission(RCM)拟定在2018年发射,也载有这种新型传感器,其刈幅可达350km。因此,CPSAR海面溢油油水混合率的研究亟待开展。综上所述,需要提出结合CPSAR的观测数据来准确估计海面溢油油水混合率的新的技术方案。
技术实现思路
根据本专利技术的海面溢油油水混合率的估计方法,包括:基于油区的CPSAR观测数据,计算油区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值根据油区像元所对应的实际入射角度值θ和油区像元所对应的观测比值来查找油水混合率查找表,得到油区像元所对应的油膜的油水混合率的估计值其中,协方差矩阵CCP的公式如下:其中,表示约等于,*表示共轭转置,<·>表示对多个邻近像元进行系综平均,用以去除斑点噪声,Spq表示复数散射系数,Spq中的下标p、q是CPSAR的发射和接收电磁波的极化方式,HH表示水平极化,VV表示垂直极化,HV和VH表示交叉极化,表示tilted-Bragg散射模式下的归一化雷达后向散射截面NRCS(NormalizedRadarCrossSection)的公式,NRCS的公式如下:其中,kr表示CPSAR的雷达波数,W(·)表示用于描述海表面的粗糙程度的Bragg波数的海浪谱函数,反射函数Γpq的公式如下:其中,其中,其中,ψ和ζ分别为方位和距离向海洋表面倾斜角,θi为油区像元所对应的实际入射角度值θ所对应的局地入射角度值,w0为油水混合率,w0其的值大于等于0且小于等于1,为油的介电常数,为水的介电常数,εr为油区像元所对应的油膜的实际介电常数。根据本专利技术的油水混合率的估计方法,还包括:基于油区附近的水区的CPSAR观测数据,计算油区像元附近的水区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值基于NRCS公式,水的介电常数观测比值与理论计算比值近似相等的前提条件,以及像元局地入射角度值θi、入射角度值θ、方位和距离向海洋表面倾斜角(ψ,ζ)之间的以下角度关系式:θi=cos-1[cos(θ+ψ)cosζ]计算水区海洋表面倾斜角估计值其中,水区海洋表面倾斜角估计值满足以下关系式:基于油区海洋表面倾斜角(ψ,ζ)与水区海洋表面倾斜角估计值相同的前提条件、角度关系式,计算角度间隔为第一指定值的所有不同像元入射角度值θ所对应的油区像元局地入射角度值θi、数值间隔为第二指定值的所有不同油水混合率w0所对应的不同油水混合介电常数εr、不同油区像元局地入射角度值θi和不同油水混合介电常数εr所对应的不同油水混合αHH与αVV,基于油区海洋表面倾斜角(ψ,ζ)、不同入射角度值θ、不同油区像元局地入射角度值θi、不同油水混合αHH与αVV,计算不同的油水混合ΓHH、ΓVV和ΓHV、以及不同的油水混合理论计算比值构建油水混合率查找表。根据本专利技术的油水混合率的估计方法,在计算油区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值时,将待计算的一个油区像元及相邻像元中的信噪比大于预定阈值的各个像元的观测比值的平均值作为待计算的这个油区像元所对应的新的观测比值根据本专利技术的油水混合率的估计方法,第一指定值小于等于1度,第二指定值小于等于0.1。根据本专利技术的海面溢油油水混合率的估计装置,包括:观测比值计算模块,用于基于油区的CPSAR观测数据,计算油区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值油水混合率估计模块,用于根据油区像元所对应的实际入射角度值θ和油区像元所对应的观测比值来查找油水混合率查找表,得到油区像元所对应的油膜的油水混合率的估计值其中,协方差矩阵CCP的公式如下:其中,表示约等于,*表示共轭转置,<·>表示对多个邻近像元进行系综平均,用以去除斑点噪声,Spq表示复数散射系数,Spq中的下标p、q是CPSAR的发射和接收电磁波的极化方式,HH表示水平极化,VV表示垂直极化,HV和VH表示交叉极化,表示tilted-Bragg散射模式下的归一化雷达后向散射截面NRCS的公式,NRCS的公式如下:其中,kr表示CPSAR的雷达波数,W(·)表示用于描述海表面的粗糙程度的Bragg波数的海浪谱函数,反射函数Γpq的公式如下:其中,其中,其中,ψ和ζ分别为方位和距离向海洋表面倾斜角,θi为油区像元所对应的实际入射角度值θ所对应的局地入射角度值,w0为油水混合率,w0其的值大于等于0且小于等于1,为油的介电常数,为水的介电常数,εr为油区像元所对应的油膜的实际介电常数。根据本专利技术的油水混合率的估计装置,观测比值计算模块,还用于基于油区附近的水区的CPSAR观测数据,计算油区像元附近的水区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值估计装置还包括:海洋表面倾斜角估计模块,用于基于NRCS公式,水的介电常数观测比值与理论计算比值近似相等的前提条件,以及像元局地入射角度值θi、入射角度值θ、方位和距离向海洋表面倾斜角(ψ,ζ)之间的以下角度关系式:θi=cos-1[cos(θ+ψ)cosζ]计算水区海洋表面倾斜角估计值其中,水区海洋表面倾斜角估计值满足以下关系:油水混合率查找表构建模块,用于基于油区海洋表面倾斜角(ψ,ζ)与水区海洋表面倾斜角估计值相同的前提条件、角度关系式,计算角度间隔为第一指定值的所有不同像元入射角度值θ所对应的油区像元局地入射角度值θi、数值间隔为第二指定值的所有不同油水混本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种海面溢油油水混合率的估计方法,其特征在于,包括:基于油区的CPSAR观测数据,计算油区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值

【技术特征摘要】
1.一种海面溢油油水混合率的估计方法,其特征在于,包括:基于油区的CPSAR观测数据,计算油区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值根据所述油区像元所对应的实际入射角度值θ和所述油区像元所对应的所述观测比值来查找油水混合率查找表,得到所述油区像元所对应的油膜的油水混合率的估计值其中,所述协方差矩阵CCP的公式如下:其中,表示约等于,*表示共轭转置,<·>表示对多个邻近像元进行系综平均,用以去除斑点噪声,Spq表示复数散射系数,Spq中的下标p、q是所述CPSAR的发射和接收电磁波的极化方式,HH表示水平极化,VV表示垂直极化,HV和VH表示交叉极化,表示tilted-Bragg散射模式下的归一化雷达后向散射截面NRCS的公式,所述NRCS的公式如下:其中,kr表示所述CPSAR的雷达波数,W(·)表示用于描述海表面的粗糙程度的Bragg波数的海浪谱函数,反射函数Γpq的公式如下:其中,其中,其中,ψ和ζ分别为方位和距离向海洋表面倾斜角,θi为所述油区像元所对应的实际入射角度值θ所对应的局地入射角度值,w0为油水混合率,w0的值大于等于0且小于等于1,为油的介电常数,为水的介电常数,εr为所述油区像元所对应的油膜的实际介电常数。2.如权利要求1所述的油水混合率的估计方法,其特征在于,还包括:基于所述油区附近的水区的CPSAR观测数据,计算油区像元附近的水区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值基于所述NRCS公式,水的介电常数观测比值与理论计算比值近似相等的前提条件,以及像元局地入射角度值θi、入射角度值θ、方位和距离向海洋表面倾斜角(ψ,ζ)之间的以下角度关系式:θi=cos-1[cos(θ+ψ)cosζ]计算水区海洋表面倾斜角估计值其中,所述水区海洋表面倾斜角估计值满足以下关系式:基于油区海洋表面倾斜角(ψ,ζ)与所述水区海洋表面倾斜角估计值相同的前提条件、所述角度关系式,计算角度间隔为第一指定值的所有不同像元入射角度值θ所对应的油区像元局地入射角度值θi、数值间隔为第二指定值的所有不同油水混合率w0所对应的不同油水混合介电常数εr、不同油区像元局地入射角度值θi和不同油水混合介电常数εr所对应的不同油水混合αHH与αVV,基于油区海洋表面倾斜角(ψ,ζ)、不同入射角度值θ、不同油区像元局地入射角度值θi、不同油水混合αHH与αVV,计算不同的油水混合ΓHH、ΓVV和ΓHV、以及不同的油水混合理论计算比值构建所述油水混合率查找表。3.如权利要求1或2所述的油水混合率的估计方法,其特征在于,在所述计算油区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值时,将待计算的一个油区像元及相邻像元中的信噪比大于预定阈值的各个像元的观测比值的平均值作为待计算的这个油区像元所对应的新的观测比值4.如权利要求2所述的油水混合率的估计方法,其特征在于,所述第一指定值小于等于1度,所述第二指定值小于等于0.1。5.一种海面溢油油水混合率的估计装置,其特征在于,包括:观测比值计算模块,用于基于油区的CPSAR观测数据,计算油区像元所对应的协方差矩阵CCP的主对角线元素的观测比值油水混合率估计模块,用于根据所述油区像元所对应的实际入射角度值θ和所述油...

【专利技术属性】
技术研发人员:李海艳吴进
申请(专利权)人:中国科学院大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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