一种无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统及方法技术方案

本申请提供一种无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统及方法，系统包括：无人机溢油检测部，用于获取监测区域的紫外光谱数据和可见光高清影像数据；多源数据处理部，用于基于紫外光谱数据和可见光高清影像数据，从监测区域中确定出可疑溢油区域；联合指挥控制部，用于基于可疑溢油区域，生成溢油查证信息；无人船溢油检测部，用于基于溢油查证信息，对位置信息对应的可疑溢油区域进行紫外荧光识别，获取紫外荧光数据；多源数据处理部，还用于基于紫外荧光数据，判断可疑溢油区域是否发生溢油，并在可疑溢油区域发生溢油时，生成溢油信息，其中，溢油信息包含溢油区域的位置信息；预警模块，用于接收溢油信息并进行预警。用于接收溢油信息并进行预警。用于接收溢油信息并进行预警。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统及方法


[0001]本申请涉及水上溢油监测
，具体而言，涉及一种无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统及方法。

技术介绍

[0002]人类每年消耗巨量石油，其中约2/3的石油贸易通过水上运输，而在运输石油过程中，水上溢油事故多发。据统计，1973～2008年，中国沿海共发生大小溢油事故2800多例，其中50t以上的重大船舶溢油事故74例。这些溢油事故给海洋或河流生态环境造成了巨大危害，严重影响了人与自然的和谐共生。此外，当溢油事故发生时，若不能迅速发现溢油，任凭溢油扩散，就会使得危害成倍放大。因此，迅速而准确地监测水上溢油是一项意义重大的课题。
[0003]在实现本专利技术过程中，申请人发现现有技术中至少存在以下不足：
[0004]1)针对目前已有的无人机监测水上溢油技术：专利名称为“基于无人机的近海溢油检测方法及系统”，公开号为CN104618689A。这些技术实施过程中，无人机返航需要消耗大量能量，如此使得无人机续航能力降低，工作效率低下。
[0005]2)针对目前已有的无人船监测水上溢油技术：专利名称为“水面溢油跟踪方法、水面溢油跟踪装置及电子设备”，公开号为CN109960283A。这些技术需要无人船行驶到溢油区域或区域附近才能进行溢油监测，如此使得溢油监测反应不够迅速，不利于后续的应急处理。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的在于提供一种无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统及方法，以快速准确且高效地实现水上溢油监测。
[0007]为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：
[0008]第一方面，本申请实施例提供一种无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统，包括：无人机溢油检测部，用于获取监测区域的紫外光谱数据和可见光高清影像数据；多源数据处理部，用于基于所述紫外光谱数据和所述可见光高清影像数据，从所述监测区域中确定出可疑溢油区域；联合指挥控制部，用于基于所述可疑溢油区域，生成溢油查证信息，其中，溢油查证信息包含所述可疑溢油区域的位置信息；无人船溢油检测部，用于基于所述溢油查证信息，对所述位置信息对应的可疑溢油区域进行紫外荧光识别，获取紫外荧光数据；所述多源数据处理部，还用于基于所述紫外荧光数据，判断所述可疑溢油区域是否发生溢油，并在所述可疑溢油区域发生溢油时，生成溢油信息，其中，所述溢油信息包含溢油区域的位置信息；预警模块，用于接收所述溢油信息并进行预警。
[0009]在本申请实施例中，首先利用无人机的大范围监测优势，进行紫外光谱数据和可见光高清影像数据的可疑溢油区域监测(可以理解为初步监测)，能够尽可能发现可能发生溢油的可疑溢油区域，避免漏检风险。在确定出可疑溢油区域后，联合指挥控制部生成溢油
查证信息，控制无人船前往可疑溢油区域进行二次检测——对可疑溢油区域进行紫外荧光识别，获取紫外荧光数据，并通过多源数据处理部判断可疑溢油区域是否发生溢油，从而在可疑溢油区域发生溢油时，生成溢油信息并利用预警模块进行预警。因此，本方案结合无人机和无人船的水上溢油监测技术，采用多种技术手段判定，减少了采用单一手段引起的误判率(太阳耀光或者黑潮等会引起溢油的误判)，显著提高了无人船监测溢油的效率和性价比。并且，结合无人机和无人船的水上溢油监测技术，可以实现较大范围和长时间的连续监测。以及，由于油膜在紫外波段的反射率比水体高，紫外光会激发水面油膜产生可见光荧光，而一般水体或者水面浮游生物在紫外光照射下不会产生可见光荧光，因此，采用紫外被动遥感溢油技术(紫外光谱数据)和紫外荧光主动探测技术(紫外荧光数据)，可以实现对水上溢油的高效准确的监测，由此实现对水上溢油大范围和精细化的监测。
[0010]结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述无人机溢油检测部包括无人机、第一云台、机载紫外高光谱成像仪、机载高清摄像仪和无人机通信模块，所述第一云台安装于所述无人机的底端；所述机载紫外高光谱成像仪和所述机载高清摄像仪安装于所述第一云台上，分别用于获取监测区域反射的紫外光谱数据和可见光高清影像数据；所述无人机通信模块，安装在所述无人机的顶端，用于将所述紫外光谱数据和所述可见光高清影像数据发送给所述多源数据处理部。
[0011]结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述无人船溢油检测部包括无人船、无人机起落平台、挂载装置、紫外荧光溢油监测装置和无人船通信模块，所述无人机起落平台安装在所述无人船的船体上，用于所述无人机的起降；所述挂载装置安装于所述无人船的船舷一侧；所述紫外荧光溢油监测装置包括紫外激发光源和可见光高光谱仪，所述紫外激发光源和所述可见光高光谱仪安装于所述挂载装置上的第二云台上，用于通过所述紫外激发光源照射所述可疑溢油区域，并通过所述可见光高光谱仪获取紫外荧光数据；而无人船通信模块安装在无人船的顶端，用于将紫外荧光数据发送给多源数据处理部。
[0012]结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述紫外激发光源为高强度紫外线射灯，所述可见光高光谱仪为紫外
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可见光高光谱仪，所述高强度紫外线射灯，垂直于水面安装，用于向水面发射脉冲式紫外线；所述紫外
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可见光高光谱仪，与所述高强度紫外线射灯水平平行安装，其镜头指向与水面垂直，用于接收和测量受紫外线激发而产生的荧光信号，得到所述紫外荧光数据。
[0013]结合第一方面的第二种或第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述多源数据处理部，具体用于：对所述紫外光谱数据进行中值滤波处理，再利用Kittle二值化算法对处理后的所述紫外光谱数据进行阈值分割以获得对应的二值图像，其中，将亮度值达到分割阈值的像元赋值为像素值255，将亮度值未达到分割阈值的像元赋值为像素值0；确定出此二值图像中像素值255的像元所占的比例，并在此比例达到设定比例时，确定满足第一条件，从而基于所述二值图像中像素值255的像元确定出对应的可疑溢油区域；对所述可见光高清影像数据进行图像识别，确定所述可见光高清影像数据中是否存在可能发生溢油的图像区域，并在存在可能发生溢油的图像区域时，确定满足第二条件，并基于此图像区域确定出对应的可疑溢油区域；若满足所述第一条件和/或所述第二条件，确定所述监测区域中可能存在溢油，而可能发生溢油的区域则为其各自对应的可疑溢油区
域。
[0014]在该实现方式中，对紫外光谱数据进行中值滤波处理，再利用Kittle二值化算法对处理后的紫外光谱数据进行阈值分割以获得对应的二值图像，确定出此二值图像中像素值255的像元所占的比例，并在此比例达到设定比例时，确定满足第一条件，从而基于二值图像中像素值255的像元确定出对应的可疑溢油区域。对可见光高清影像数据进行图像识别，确定可见光高清影像数据中是否存在可能发生溢油的图像区域，并在存在可能发生溢油的图像区域时，确定满足第二条件，并基于此图像区域确定出对应的可疑溢油区域。这样可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统，其特征在于，包括：无人机溢油检测部，用于获取监测区域的紫外光谱数据和可见光高清影像数据；多源数据处理部，用于基于所述紫外光谱数据和所述可见光高清影像数据，从所述监测区域中确定出可疑溢油区域；联合指挥控制部，用于基于所述可疑溢油区域，生成溢油查证信息，其中，溢油查证信息包含所述可疑溢油区域的位置信息；无人船溢油检测部，用于基于所述溢油查证信息，对所述位置信息对应的可疑溢油区域进行紫外荧光识别，获取紫外荧光数据；所述多源数据处理部，还用于基于所述紫外荧光数据，判断所述可疑溢油区域是否发生溢油，并在所述可疑溢油区域发生溢油时，生成溢油信息，其中，所述溢油信息包含溢油区域的位置信息；预警模块，用于接收所述溢油信息并进行预警。2.根据权利要求1所述的无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统，其特征在于，所述无人机溢油检测部包括无人机、第一云台、机载紫外高光谱成像仪、机载高清摄像仪和无人机通信模块，所述第一云台安装于所述无人机的底端；所述机载紫外高光谱成像仪和所述机载高清摄像仪安装于所述第一云台上，分别用于获取监测区域反射的紫外光谱数据和可见光高清影像数据；所述无人机通信模块，安装在所述无人机的顶端，用于将所述紫外光谱数据和所述可见光高清影像数据发送给所述多源数据处理部。3.根据权利要求2所述的无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统，其特征在于，所述无人船溢油检测部包括无人船、无人机起落平台、挂载装置、紫外荧光溢油监测装置和无人船通信模块，所述无人机起落平台安装在所述无人船的船体上，用于所述无人机的起降；所述挂载装置安装于所述无人船的船舷一侧；所述紫外荧光溢油监测装置包括紫外激发光源和可见光高光谱仪，所述紫外激发光源和所述可见光高光谱仪安装于所述挂载装置上的第二云台上，用于通过所述紫外激发光源照射所述可疑溢油区域，并通过所述可见光高光谱仪获取紫外荧光数据；而无人船通信模块安装在无人船的顶端，用于将紫外荧光数据发送给多源数据处理部。4.根据权利要求3所述的无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统，其特征在于，所述紫外激发光源为高强度紫外线射灯，所述可见光高光谱仪为紫外
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可见光高光谱仪，所述高强度紫外线射灯，垂直于水面安装，用于向水面发射脉冲式紫外线；所述紫外
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可见光高光谱仪，与所述高强度紫外线射灯水平平行安装，其镜头指向与水面垂直，用于接收和测量受紫外线激发而产生的荧光信号，得到所述紫外荧光数据。5.根据权利要求3～4中任一项所述的无人机与无人船联合平台的水上溢油监测系统，其特征在于，所述多源数据处理部，具体用于：对所述紫外光谱数据进行中值滤波处理，再利用Kittle二值化算法对处理后的所述紫外光谱数据进行阈值分割以获得对应的二值图像，其中，将亮度值达到分割阈值的像元赋
值为像素值255，将亮度值未达到分割阈值的像元赋值为像素值0；确定出此二值图像中像素值255的像元所占的比例，并在此比例达到设定比例时，确定满足第一条件，从而基于所述二值图像中像素值255的像元确定出对应的可疑溢油区域；对所述可见光高清影像数据进行图像识别，确定所述可见光高清影像数据中是否存在可能发生溢油的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艺蔚，张涛，毛志华，丁睿彬，邬宾杰，张登，金颖，
申请(专利权)人：自然资源部第二海洋研究所，
类型：发明
国别省市：