一种海面溢油监测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合成孔径雷达和海洋数值模拟技术领域，特别涉及一种海面溢油监测 方法及装置。
【背景技术】
[0002] 自20世纪60年代，几乎每年世界各地都会有溢油量总和近万吨的溢油事故发生， 一旦海上发生溢油事故，将对海洋环境甚至全球生态循环造成严重的影响。90年代以来，随 着各国人民环保意识的增强，海上溢油事故也越来越备受关注。近几十年中，重大的海上溢 油事故带来的后果让人们触目惊心，无论是因为恶劣的天气还是人为的过失造成的溢油事 故，这些溢油事故对环境造成的破坏以及给经济带来的损失都是无可估量的。
[0003] 随着时间的推移，我国的经济在迅速的发展，伴随着的必然是大量的能源需求，因 而海洋石油资源的开采、运输和储存成为发展的重要问题之一。但由于输油管破裂、沿岸油 库泄漏等突发性溢油事故的发生，给我国近海岸海洋环境、海洋生态和海洋经济造成了巨 大的破坏。2010年7月16日大连新港地区属于中石油的一条输油管道起火爆炸，造成大量 的原油泄漏入海，对渤海海洋环境等带来了巨大的危害，是我国有记录以来规模最大的海 上溢油污染事件。2013年11月25日，青岛黄岛输油管道发生破裂，造成严重的生态灾害和 重大的经济损失。据不完全统计，从1980年至2007年，我国发生了 140多起溢油事故，尽 管近几年我国加快了海上溢油应急反应体系的建设，但是依旧存在诸多问题，还不能完全 适应国家航运发展和环境保护的要求。综上所述，加强海上溢油应急反应体系的建设迫在 眉睫，特别是溢油的动态监测和预测，应作为海上溢油应急反应体系建设的重中之重，研发 新型的海上溢油监测技术，对海洋环境保护和海洋经济的发展具有重要意义。
[0004] 现有技术中，合成孔径雷达（英文全称：Synthetic Aperture Radar,英文缩写： SAR)是一种具有较高空间分辨率的主动式卫星微波探测器，它的出现为受制于传统观测的 物理海洋学研究方向提供丰富的资料。SAR可以在其运行轨道上全天候连续获得对海洋表 面大面积的图像，高分辨率意味着溢油源和溢油面积的监测的精确。
[0005] 另外，对于溢油扩散趋势的研究大多采用数值模式的方式，其中"油粒子模型"被 普遍采用。油粒子方法，是把浓度场模拟为由大量的粒子组成的"云团"，其中每一个粒子表 征一定数量的示踪物质。油粒子模型中，粒子的平流过程具有拉格朗日性质，可用拉格朗日 方法模拟。剪切流和湍流引起的紊动扩散过程属于随机运动，可用随机走动法来实现模拟， 亦即将湍流视为一种随机流场，而每个模型粒子在湍流场中的运动则类似于流体分子的布 朗运动，由于每个粒子的随机运动而导致整个粒子"云团"在水体中的扩散。这种模拟方法 实际上是确定性方法和随机性方法的结合，即采用确定性方法模拟平流过程，采用随机性 方法模拟扩散过程。
[0006] 但是在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
[0007] 虽然SAR具有全天候、全天时和高分辨率观测海洋的优势，但是对于海面溢油只 能反演其溢油状态，并不能预报未来的溢油状态，并且由于提取算法CFAR本身的原因，溢 油结果会出现虚假信息，即把疑似溢油点也归为真实溢油；油粒子模型虽然可以模拟溢油 扩散趋势，但是初始条件（风场与流场）的准确性直接制约着预测结果的准确性。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种海洋溢油监测技术，能对海面溢油给出最 优的监测结果。
[0009] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种海面溢油监测方法包括：
[0010] 根据雷达监测的溢油区域影像，获取海上油库的溢油油源信息和溢油面积；
[0011] 获取大气模型预报的海面风场参数与海洋模型预报的流场参数，根据海面风场 参数、流场参数油及溢油油源信息利用油粒子模型模拟溢油的漂移扩散趋势；
[0012] 判断海上油库的溢油油源信息和溢油面积与溢油的漂移扩散趋势的空间地理坐 标偏差是否大于预设阈值；
[0013] 当空间地理坐标偏差小于或等于预设阈值时，确定溢油油源信息和溢油面积对应 的区域为真实的溢油区域。
[0014] 本发明的有益效果是：使用现今最为先进的微波雷达技术SAR，对海洋溢油进行 实时监测；采用国际上成熟使用的油粒子模型，对溢油扩散趋势进行预测；利用SAR遥感技 术所获取溢油状态的监测数据，与油粒子模型的预测结果相互校正，不仅能去除SAR溢油 监测结果中的虚假信息，同时避免油粒子模型模拟结果的偏差，最终得到真实的溢油点。
[0015] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0016] 进一步，所述根据雷达监测的溢油区域影像，获取海上油库的溢油油源信息和溢 油面积包括：
[0017] 将高斯分布作为所述溢油区域影像的概率密度函数，并把整幅所述溢油区域影像 作为参考窗口，计算所述溢油区域影像中各个图像像素单元灰度的均值和标准差，将所述 灰度的均值和标准差确定为所述溢油区域影像的高斯分布参数；
[0018] 根据所述溢油区域影像的高斯分布参数确定所述溢油区域影像任一图像像素单 元的概率密度函数，统计计算所述溢油区域影像中各个图像像素单元图像亮度的均值和标 准差，将图像亮度的均值和标准差确定为所述溢油区域影像的概率密度函数参数；
[0019] 根据预设虚警概率及所述溢油区域影像的概率密度函数参数，代入概率密度函数 中，得到图像的分割阀值，依据所述分割阀值再对所述溢油区域影像进行分割，得到海上油 库的溢油油源信息和溢油面积。
[0020] 进一步，所述获取大气模型预报的海面风场参数与海洋模型预报的流场参数，根 据海面风场参数、流场参数油及溢油油源信息利用油粒子模型模拟溢油的漂移扩散趋势包 括：
[0021] 利用油粒子模型将油膜进行粒子化剖分，并对每个油粒子分别进行标识；
[0022] 获取大气模型预报的海面风场参数与海洋模型预报的流场参数；
[0023] 将每个油粒子的标识、大气模型预报的海面风场参数与海洋模型预报的流场参数 跟踪每个油粒子在风场和海流的作用下发生的漂移，得到溢油的漂移扩散趋势。
[0024] 进一步，所述判断海上油库的溢油油源信息和溢油面积与溢油的漂移扩散趋势的 空间地理坐标偏差是否大于预设阈值包括：
[0025] 获取海上油库的溢油油源信息对应的溢油点的地理坐标及溢油面积；
[0026] 获取溢油的漂移扩散趋势对应的地理坐标；
[0027] 在所述溢油区域影像上，计算溢油点的地理坐标与溢油的漂移扩散趋势对应的地 理坐标之间的距离；
[0028] 当溢油点的地理坐标与溢油的漂移扩散趋势对应的地理坐标之间的距离小于预 设阈值，确定溢油点的地理坐标为真实的溢油点。
[0029] 进一步，一种海面溢油监测装置，包括：
[0030] 信息获取单元，用于根据雷达监测的溢油区域影像，获取海上油库的溢油油源信 息和溢油面积；
[0031] 趋势模拟单元，用于获取大气模型预报的海面风场参数与海洋模型预报的流场参 数，根据海面风场参数、流场参数油及溢油油源信息利用油粒子模型模拟溢油的漂移扩散 趋势；
[0032] 阈值判断单元，用于判断海上油库的溢油油源信息和溢油面积与溢油的漂移扩散 趋势的空间地理坐标偏差是否大于预设阈值；
[0033] 区域确定单元，用于当空间地理坐标偏差小于或等于预设阈值时，确定溢油油源 信息和溢油面积对应的区域为真实的溢油区域。
[0034] 进一步，所述信息获取单元包括：
[0035] 灰度计算模块，用于将高斯分布作为所