一种基于动态遥感数据驱动的溢油仿真参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动态遥感数据驱动的溢油仿真参数优化方法，包括以下步骤：步骤1：溢油信息遥感反演过程；步骤2：ECOM溢油仿真过程；步骤3：遥感反演结果与ECOM仿真结果对比验证过程；步骤4：数据整合及优化过程；步骤5：系统反馈及参数优化过程。本发明专利技术的有益效果为：通过引入动态数据驱动的思想，利用遥感反演溢油信息验证优化溢油仿真结果，并通过BP神经网络模型参数训练及预测过程实现溢油仿真初始参数优化，使遥感监测与溢油仿真构成一个动态的反馈调节系统，从而预测得到较为精确的溢油扩散运动趋势。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括以下步骤：步骤1：溢油信息遥感反演过程；步骤2：ECOM溢油仿真过程；步骤3：遥感反演结果与ECOM仿真结果对比验证过程；步骤4：数据整合及优化过程；步骤5：系统反馈及参数优化过程。本专利技术的有益效果为：通过引入动态数据驱动的思想，利用遥感反演溢油信息验证优化溢油仿真结果，并通过BP神经网络模型参数训练及预测过程实现溢油仿真初始参数优化，使遥感监测与溢油仿真构成一个动态的反馈调节系统，从而预测得到较为精确的溢油扩散运动趋势。【专利说明】
本专利技术涉及动态遥感数据驱动的溢油仿真技术，具体来说，涉及一种基于动态遥 感数据驱动的溢油参数优化方法。
技术介绍
2011年6月4日和17日，蓬莱19-3油田先后发生两起溢油事故；蓬莱19-3油田 溢油事故是近年来中国内地第一起大规模海底油井溢油事件。据康菲石油中国有限公司统 计，共有约700桶原油渗漏至渤海海面，另有约2, 500桶矿物油油基泥浆渗漏并沉积到海 床。国家海洋局表示，这次事故已造成5, 500平方公里海水受污染，大致相当于渤海面积的 7%。 鉴于海洋溢油事故频繁发生，对公共水域环境及公共安全造成严重危害，准确、快 速地获取溢油信息、预测溢油运动轨迹，是我们亟需探索研究的方向。由于遥感技术具有覆 盖面广、经济、易快速获取等特点，是海洋溢油污染监测的有效手段。利用遥感卫星数据不 仅可以大面积监测海上溢油的面积、种类及厚度，及时引导海监船只和飞机进行执法监测， 而且还可以利用卫星连续跟踪油污范围和溢油扩散方向，制定最佳的溢油清除方案。其中， 星载合成孔径雷达（SAR)具有全天候、全天时、覆盖面积大、快速获取及接近实时等特点，利 用SAR遥感技术可及时、准确、全面地监测海洋溢油污染，是溢油监测最有效的手段。 对于溢油运动轨迹模拟，目前应用较为广泛的为ECOM (Estuarine Coastal and Ocean Model)模式。ECOM模式是在POM (Princeton Ocean Model)基础上发展起来的一 个较为成熟的浅海三维水动力学模式。它从原始三维方程出发，以自由水位、三方向速度分 量、温度、盐度、密度以及代表湍流的两个特征量：湍动能、湍宏观尺度作为预报变量，可以 得到连续时间步长的水平、垂直方向的精细的预报结果。然而，海上溢油事故具有复杂的发 生、发展与演化机理，同时还存在次生灾害与灾害耦合问题；受系统非线性、时变性、多变量 和不确定性等特点的影响，很难通过传统的解析模型与仿真模型分析和预测溢油事故应急 系统中复杂的行为；且目前的仿真模型主要依靠历史事故数据和经验假设初始参数进行仿 真分析，不能利用应急系统中的实时观测数据提高仿真模型预测的精确性。 针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于动态遥感数据驱动的溢油参数优化方法，引入动 态数据驱动应用系统，将遥感溢油检测与溢油仿真结合起来，将实际系统数据映射到仿 真模型的方法、仿真模型状态的更新算法、以及溢油事故模拟算法等，目的是提高溢油仿 真模型的预测准确性，提高应急决策的科学性。动态数据驱动应用系统（Data Driven Application System, DDDAS)是一种能够将试验或测量数据与仿真紧密结合在一起的新 型研究模式，通过在仿真运行时将附加数据动态地引入模型，并在此基础上有选择性地抽 象、细化初始模型或进行模型替换，可以实现仿真模型与实验之间的动态反馈，有效的克服 了目前现有技术存在的上述不足。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现： 一种基于动态遥感数据驱动的溢油参数优化方法，包括以下步骤： 步骤1 :根据预先采集的SAR影像的海洋溢油区别于海水的特征，利用阈值分割算法， 通过影像灰度级别划分且提取出级别最小的地物作为海面溢油信息； 步骤2 :根据预先采集的溢油历史事故数据，建立ECOM仿真模型，并对ECOM仿真模型 设置初始参数，启动ECOM仿真模型，得到仿真油膜信息； 步骤3 :将步骤1得到的遥感提取的海面溢油信息与步骤2得到的ECOM仿真结果进行 对比验证，判断ECOM溢油仿真结果是否符合预先设置的标准信息；在所述ECOM溢油仿真结 果与预先设置的标准信息不符合的情况下，对遥感反演溢油信息与ECOM仿真结果数据进 行整合及优化，其中，所述符合包括相同或相符； 步骤4 :将遥感反演溢油信息与ECOM仿真结果进行数据整合及优化，得到优化的ECOM 溢油仿真结果； 步骤5 :将步骤2的溢油初始参数及仿真油膜信息进行训练BP神经网络，并将步骤4得 到的优化的ECOM溢油仿真结果输入训练的BP神经网络，利用遥感溢油反演溢油信息预测 得出溢油的初始参数,并对ECOM仿真模型的初始参数进行优化。 进一步的，在步骤3中，在ECOM溢油仿真结果符合预先设置的标准的情况下，对海 面溢油运动模拟结束，返回到步骤2,进入到下一个ECOM溢油仿真过程。 进一步的，所述步骤5包括： 步骤5-1 :BP神经网络模型训练过程，选择任意一次ECOM仿真的输入、输出参数作为 BP神经网络的输入、输出参数，进而训练得出ECOM仿真模型的输入、输出参数的非线性映 身寸关系； 步骤5-2 :BP神经网络模型预测过程，根据步骤5-1训练得出的BP神经网络，选择遥感 反演与ECOM仿真对比验证得出的优化的溢油信息作为神经网络的输入参数，通过ECOM仿 真模型预测得出优化的溢油仿真参数。 本专利技术的有益效果为：通过引入动态数据驱动的思想，利用遥感反演溢油信息验 证优化溢油仿真结果，并通过BP神经网络模型参数训练及预测过程实现溢油仿真初始参 数优化，使遥感监测与溢油仿真构成一个动态的反馈调节系统，有效地利用实时获得的动 态遥感数据，对ECOM溢油仿真的初始参数进行优化，使遥感监测与溢油仿真构成一个动态 的反馈控制系统；减小了传统仿真过程由经验参数造成的误差，可在溢油事故发生后迅速 圈定油污位置并预测其运动趋势，为油污控制的应急指挥提供决策信息，从而预测得到较 为精确的溢油扩散运动趋势。 【专利附图】【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。 图1是根据本专利技术实施例所述的一种基于动态遥感数据驱动的溢油参数优化方 法的流程图； 图2是根据本专利技术实施例所述的一种基于动态遥感数据驱动的溢油参数优化方法的 动态遥感数据驱动的系统反馈及参数优化过程的流程图； 图3是根据本专利技术实施例所述的一种基于动态遥感数据驱动的溢油参数优化方法的 2011年6月11日获取的ASAR影像的灰度直方图； 图4是根据本专利技术实施例所述的一种基于动态遥感数据驱动的溢油参数优化方法的 2011年6月14日获取的ASAR影像的灰度直方图； 图5是根据本专利技术实施例所述的一种基于动态遥感数据驱动的溢油参数优化方法的 2011年6月11日获取的ASAR影像的蓬莱19-3B平台溢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态遥感数据驱动的溢油仿真参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据预先采集的SAR影像的海洋溢油区别于海水的特征，利用阈值分割算法，通过影像灰度级别划分且提取出级别最小的地物作为海面溢油信息；步骤2：根据预先采集的溢油历史事故数据，建立ECOM仿真模型，并对ECOM仿真模型设置初始参数，启动ECOM仿真模型，得到仿真油膜信息；步骤3：将步骤1得到的遥感提取的海面溢油信息与步骤2得到的ECOM仿真结果进行对比验证，判断ECOM溢油仿真结果是否符合预先设置的标准信息；在所述ECOM溢油仿真结果与预先设置的标准信息不符合的情况下，对遥感反演溢油信息与ECOM仿真结果数据进行整合及优化，其中，所述符合包括相同或相符；步骤4：将遥感反演溢油信息与ECOM仿真结果进行数据整合及优化，得到优化的ECOM溢油仿真结果；步骤5：将步骤2的溢油初始参数及仿真油膜信息进行训练BP神经网络，并将步骤4得到的优化的ECOM溢油仿真结果输入训练的BP神经网络，利用遥感溢油反演溢油信息预测得出溢油的初始参数，并对ECOM仿真模型的初始参数进行优化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王力哲，阎继宁，陈腊娇，赵灵军，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11