一种溢油探测系统以及溢油预警方法技术方案

本发明专利技术公开了一种溢油探测系统，包括初始化控制模块，与初始化控制模块连接的一对开/关门模块，与开/关门模块连接的一对极值处理单元，与极值处理单元连接的一对分割单元，同时与初始化控制模块和一对分割单元连接的绝对值单元，与绝对值单元连接的分类模块，用于接收信号后根据初始化控制模块设定的分类信息，在遇到污染物的时候输出预警信号；还公开了一种溢油预警方法，先采集大范围目标场景的光谱图像，再提取可见光波段L1和近红外波段L2的反射谱信号，然后计算光谱对比度平移值，如果超过阈值，则系统认为场景中有溢油污染，并给出光学、声音等预警信号；本发明专利技术相对于传统的传统监控成像技术，具有溢油探测精度更高、预警更准确的优势。

An oil spill detection system and an early warning method for oil spill

The invention discloses a detection system of oil spill, including the initialization module, the initialization and control module is connected with a pair of open / closed modules, and open / closed module is connected with a pair of extreme processing unit, a processing unit is connected with the extreme value of the segmentation unit, at the same time and the initial control unit module and an absolute value the segmentation unit is connected, and the absolute value of the classification module unit is connected, for receiving a signal according to the control information classification module initialization settings, the output warning signal when the pollutant; also discloses an oil spill warning method, spectral image acquisition to large range scene, and then extract the visible band reflectance L1 and the near infrared spectrum of L2 signal, and then calculate the spectral contrast of translation value, if the threshold is exceeded, the system assumes that the scene has spilled oil pollution, and gives light Compared with traditional traditional monitoring and imaging technology, the invention has the advantages of higher oil spill detection precision and more accurate early warning.

【技术实现步骤摘要】
一种溢油探测系统以及溢油预警方法
本专利技术属于光电探测
，尤其涉及一种实现海上溢油区域的光谱探测的预警溢油探测系统，以及其溢油预警方法。
技术介绍
近年来，随着国际间海上贸易日益繁荣，海洋运输业发展迅猛。然而，随之而来的海上溢油污染，已经超过海洋中的重金属污染、氯代烃污染、放射性污染和热污染等，成为海洋污染中最严重的问题，由船舶、油轮引起的油污染成为国际社会关注的焦点。目前，海洋溢油发生的次数约占所有海洋污染次数的80％，海上油污染已成为各种海洋污染中最常见的、分布面积最广、危害程度最大的一种，其特点是扩散范围广、流动性大、持续时间长、难以控制和消除、清理费用高等。我国是当今世界第二、亚洲第一大石油进口国，石油进口量的迅速增加，导致船舶溢油污染，特别是特大船舶溢油污染的风险增大。将红外成像光谱仪用于实现海上溢油在线实时监测，可以突破传统监控成像技术的局限，及时获取溢油的成分信息和厚度，辅助海监救援人员在瞬息万变的海洋环境下对事故进行高效率分析，制定合理的处理方案，弥补了普通光电成像以及星载光谱成像的不足。进一步的，利用红外成像光谱仪对海上油田和运输油轮进行监控，可以判断油气泄漏状况，实现环境灾害预防检测或早期预警，防止更大规模的环境灾害发生。
技术实现思路
为了满足海上溢油的在线探测预警，本专利技术提出了一种基于红外成像光谱仪的溢油探测系统，该系统能够实现海面溢油区域的自动在线监测和识别，辅助海监救援人员在瞬息万变的海洋环境下对事故进行高效率分析，制定合理的处理方案，弥补了卫星雷达遥感监测的不足。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种溢油探测系统，基于中分辨率红外成像光谱仪，该成像光谱仪可探测近红外波段L2和可见光波段L1的反射光谱信息，所述的反射光谱信息来自于海面的溢油区域和非溢油区域，包括：初始化控制模块，用于初始化系统的工作状态及控制整个系统的有序运行，并且输入监控区域的背景信息；与初始化控制模块连接的一对开/关门模块，使系统在背景中没有云层和陆地的时候接收波段L1和波段L2的光谱信号，在背景中存在云层和陆地的时候阻止系统接受波段L1和波段L2的光谱信号；与开/关门模块连接的一对极值处理单元和一对延时单元，记录来自于可见光波段L1和近红外波段L2的数据流中超过设定阈值的值；所述的极值处理单元和延时单元同时连接初始化控制模块；与极值处理单元连接的一对分割单元，产生可见光波段L1/近红外波段L2分别用于计算极值和邻值；同时与初始化控制模块和一对分割单元连接的绝对值单元，用于计算来自不同波段的光谱、不同反射面的反射谱信号之间的差值，并计算输出光谱对比度平移值；与绝对值单元连接的分类模块，用于接收到绝对值单元的信号后根据初始化控制模块设定的分类信息，在遇到污染物的时候输出预警信号。本专利技术的目的之二在于提供一种溢油预警方法，包括如下步骤：21）、利用中分辨率红外成像光谱仪采集大范围目标场景的光谱图像数据；22）、提取可见光波段L1和近红外波段L2的反射谱信号；23）、通过如下公式实时计算可见光波段L1和近红外波段L2的光谱对比度平移值，和分别表示可见光波段L1光谱辐射信号的最大值和最小值，而和分别表示近红外波段L2光谱辐射信号的最大值和最小值；24）、将计算出的P值和初始设定的阈值进行比较，如果超过阈值，则系统认为场景中有溢油污染，并给出光学、声音等预警信号。本专利技术的有益效果是：采用中分辨率成像光谱仪同时探测两个波段范围的反射谱信号，可以实现海面溢油以及其它污染物的探测；相对于传统的传统监控成像技术，具有溢油探测精度更高、预警更准确的优势；相对于传统的实验室分析手段具有实时性好，可以在线监测分析的优势。附图说明图1为本专利技术系统的基本组成框图和工作原理图2为本专利技术系统用于海面溢油探测的流程图。各附图标记为：L1—可见光波段，L2—近红外波段，01—开/关门模块，02—开/关门模块，03—初始化控制模块，04—极值处理单元，05—极值处理单元，06—分割单元，07—分割单元，08—延时单元，09—延时单元，10—绝对值单元，11—分类模块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提出的溢油探测系统是根据探测的不同波段的反射谱信号来判断海面的溢油或者其它污染物。系统同时探测两个波段范围的反射谱信号，其中一个波段是近红外波段L2，另一个波段是可见光波段L1。其中一个波段的反射谱信号来自于海面受污染区域，另一个波段的反射谱信号来自于海面污染区域临近的未受污染的区域。利用中分辨率成像光谱仪可以分别采集到海面溢油探测系统所需要的两个波段范围的反射谱信号。根据采集到得光谱信号，系统可以实时计算出恒量标签P——“光谱对比度平移”，根据计算结果，系统可以给出针对海面污染物的预警信号。图1所示的是系统的基本组成框图和工作原理。一种溢油探测系统，该系统可以探测海面的溢油或者其它的污染物，该系统主要基于一种中分辨率成像光谱仪，该成像光谱仪可以以较高的灵敏度探测较宽波段范围内的反射光谱信息，光谱响应波段包括可见光波段L1和近红外波段L2，反射光谱信息来自于海面的溢油区域的反射谱和非溢油区域的反射谱，包括：初始化控制模块03，该模块用于初始化系统的工作状态及控制整个系统的有序运行，并且输入监控区域的背景信息，例如：云层信息和陆地信息等，探测区域是否有云层阴影，初始化控制模块03还可以控制整个系统的有序运行。与初始化控制模块03连接的开/关门模块01，使系统在背景中没有云层和陆地的时候接收可见光波段L1的光谱信号，在背景中存在云层和陆地的时候阻止系统接受可见光波段L1的光谱信号；与初始化控制模块03连接的开/关门模块02，使系统在背景中没有云层和陆地的时候接收近红外波段L2的光谱信号，在背景中存在云层和陆地的时候阻止系统接收近红外波段L2的光谱信号。与开/关门模块01连接的极值处理单元04和延时单元08，记录来自于可见光波段L1的数据流中超过设定阈值的值；与开/关门模块02连接的极值处理单元05和延时单元09，记录来自于近红外波段L2的数据流中超过设定阈值的值；一对极值处理单元04和05以及一对延时单元08和09同时连接初始化控制模块03。延时单元08和09以及控制模块03设定的延时参数d这三者用于定义邻域。此外，系统中还包含了一对数据处理模块，分别用来处理来自波段L1和波段L2的数据流。与极值处理单元04连接的分割单元06，产生可见光波段L1用于计算极值和邻值；与极值处理单元05连接的分割单元07，产生近红外波段L2用于计算极值和邻值；同时连接初始化控制模块03、分割单元06和分割单元07的绝对值单元10，用于计算来自不同波段的光谱、不同反射面的反射谱信号之间的差值，并通过如下公式计算并输出光谱对比度平移值P=其中和分别表示可见光波段L1光谱辐射信号的最大值和最小值，和分别表示近红外波段L2光谱辐射信号的最大值和最小值。与绝对值单元10连接的分类模块11，用于接收到绝对值单元10的信号后根据初始化控制模块03设定的分类信息，在遇到污染物的时候输出预警信号，系统分别在上述的两个波段范围内计算溢油区域和非溢油区域的反射谱对比度平移，从而确定是否存在海面异常目标。图2给出了具体的海面溢油探测的具体方法。一种溢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溢油探测系统，基于中分辨率红外成像光谱仪，该成像光谱仪可探测可见光波段L1和近红外波段L2的反射光谱信息，所述的反射光谱信息来自于海面的溢油区域和非溢油区域，其特征在于：包括初始化控制模块（03），用于初始化系统的工作状态及控制整个系统的有序运行，并且输入监控区域的背景信息；与初始化控制模块（03）连接的开/关门模块（01），在背景中没有云层和陆地的时候接收可见光波段L1的光谱信号，在背景中存在云层和陆地的时候阻止系统接受可见光波段L1的光谱信号；与初始化控制模块（03）连接的开/关门模块（02），使系统在背景中没有云层和陆地的时候接收近红外波段L2的光谱信号，在背景中存在云层和陆地的时候阻止系统接收近红外波段L2的光谱信号；与开/关门模块（01）连接的极值处理单元（04）和延时单元（08），记录来自于可见光波段L1的数据流中超过设定阈值的值；与开/关门模块（02）连接的极值处理单元（05）和延时单元（09），记录来自于近红外波段L2的数据流中超过设定阈值的值；所述的极值处理单元（04、05）和延时单元（08、09）同时连接初始化控制模块（03）；与极值处理单元（04）连接的分割单元（06），产生可见光波段L1用于计算极值和邻值；与极值处理单元（05）连接的分割单元（07），产生近红外波段L2用于计算极值和邻值；同时与初始化控制模块（03）和分割单元（06、07）连接的绝对值单元（10），用于计算来自不同波段的光谱、不同反射面的反射谱信号之间的差值，并计算输出光谱对比度平移值；与绝对值单元（10）连接的分类模块（11），用于接收到绝对值单元（10）的信号后根据初始化控制模块（03）设定的分类信息，在遇到污染物的时候输出预警信号。...

【技术特征摘要】
1.一种溢油探测系统，基于中分辨率红外成像光谱仪，该成像光谱仪可探测可见光波段L1和近红外波段L2的反射光谱信息，所述的反射光谱信息来自于海面的溢油区域和非溢油区域，其特征在于：包括初始化控制模块（03），用于初始化系统的工作状态及控制整个系统的有序运行，并且输入监控区域的背景信息；与初始化控制模块（03）连接的开/关门模块（01），在背景中没有云层和陆地的时候接收可见光波段L1的光谱信号，在背景中存在云层和陆地的时候阻止系统接受可见光波段L1的光谱信号；与初始化控制模块（03）连接的开/关门模块（02），使系统在背景中没有云层和陆地的时候接收近红外波段L2的光谱信号，在背景中存在云层和陆地的时候阻止系统接收近红外波段L2的光谱信号；与开/关门模块（01）连接的极值处理单元（04）和延时单元（08），记录来自于可见光波段L1的数据流中超过设定阈值的值；与开/关门模块（02）连接的极值处理单元（05）和延时单元（09），记录来自于近红外波段L2的数据流中超过设定阈值的值；所述的极值处理单元（04、05）和延时单元（08、09）同时连接初始化控制模块（03）；...

【专利技术属性】
技术研发人员：余徽，张智杰，王晨晟，贾国伟，邹尔博，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42