海上溢油SAR遥感监测及溢油漂移快速数值预报技术研究.pdf

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1、第34卷第1期海洋科学进展V01．34No．12016年1月ADVANCESINMARINESCIENCEJarluary，Z0t6海上溢油SAR遥感监测及溢油漂移快速数值预报技术研究宋莎莎1’2⋯，赵宇鹏2⋯，安伟2“，靳卫卫2⋯，李建伟2’3(1．中国海洋大学，山东青岛266003；2．中海石油环保服务有限公司，天津塘沽3004523．海洋石油安全环保技术研发中心，山东青岛266061摘要：为探讨海上溢油遥感监测与溢油漂移数值模拟技术的联合应用，采用凝聚层次聚类算法从SAR遥感影像中识别油膜，采用基于风、浪、流耦合三

2、维水动力模型研发的中国近海溢油漂移快速预报模型，将遥感识别结果作为溢油漂移数值预报模式的初始输入，预测油膜的漂移，然后将溢油漂移预测油膜与下一时相SAR遥感识别油膜进行比对，发现二者吻合较好，表明SAR遥感监测技术与数值模拟技术结合应用，可优势互补，同时获取海面油膜位置、面积和动态漂移信息。关键词：溢油；SAR；遥感监测；数值预报中图分类号：X55；TP752文献标识码：A文章编号：16716647(2016)01—0138一09doi：10．3969／i．issn．1671-6647．2016，01．014海上溢油应急

3、管理和事故处置重在预防和早期预警。通过遥感监测和数值预测技术，尽早发现溢油并做出污染预警，可以有效提高应急处置效率，降低环境污染损害。通过近几年的发展，建立了海上溢油卫星遥感监测系统和溢油预测系统，在海上溢油应急中发挥了重要作用。SAR(合成孔径雷达)遥感技术具有大范围海域同步监测、全天时全天候监测的优势，获取的油膜信息可为现场飞机船舶勘查提供指导，并相互配合确认溢油状态；但是SAR遥感监测受卫星重访周期的限制，溢油监测时效性无法保证。而溢油漂移数值模拟技术可以在一定时长内有效预报油膜在海面的漂移轨迹和行为归宿。溢油监测

4、和数值预报技术综合利用，可大大减少对地面监测数据的依赖，将油膜静态性质与动态信息有效结合，为溢油应急作业提供有效的技术支持，有利于降低应急作业成本，减少海洋污染损害口]。为此，国内外学者开展了溢油遥感监测与预测技术的综合研究[13

5、。溢油预报需要高分辨率、高精度的海面风、表层流的数值预报和完善的溢油漂移扩散数值预报模式[4]。对于局部海域的溢油预测来说，更需要精细的局部海域岸线、水深、潮流等信息。Xu等比。将遥感监测和基于GNOME模型的溢油预测结合，在渤海海域进行技术应用。GNOME模型是美国NOAA业务化的全球环境模

6、型，采用NC()M流场输入，对于我国近海海域，可基于此开展溢油漂移的初步估计，高精度预测仍需输入局部海域的精细信息心。3j。本文将溢油SAR遥感监测技术与基于我国近海海域风、浪、流耦合三维水动力模型研发的数值模拟技术结合，应用于渤海海域，同时提取海面油膜位置、面积和动态漂移信息。1海上溢油SAR遥感监测技术在分析历史溢油事故遥感影像、研究油膜和类油膜差异特征的基础上，发展了基于凝聚层次聚类的溢油识别方法睁6I。油膜识别算法中，传统的K均值(K—Means)、迭代自组织聚类(ISODATA)和模糊C均值算法(FCM)都是基

7、于像素判断的分类算法，会产生较多的碎斑，且没有考虑周围像素的分布情况。而凝聚层收稿Et期：2015-03—24资助项目：中国海洋石油总公司科技项目一海上溢油卫星自动识别和预警业务化系统研发(CN(XXT-KJ125ZDXM25JABNFCY2012—01)作者简介：宋莎莎(】989)，女．山东青岛人，工程师，博士研究生，主要从事海Jj溢油污染防治技术方面研究．E-maihsongshsh2@CFIOOC．com．cn(王燕编辑)l期宋莎莎，等：海上溢油SAR遥感监测及溢油漂移快速数值预报技术研究139次聚类方法首先将每个

8、对象作为一个类，设置一定的规则把它们合并为越来越大的类，直到某个终结条件被满足，是面向对象的方法，可减少碎斑现象。该方法已在海冰分类和海冰边缘线提取方面得到有效应用u{。。基于凝聚层次聚类的SAR影像油膜识别算法，首先采用凝聚层次聚类方法进行图像分割，然后在图像分割基础上区分溢油斑块和类油膜斑块，从而达到识别油膜的目的。基于凝聚层次聚类方法的SAR溢油识别算法主要包含5个步骤：初始化、异质性合并、灰度合并、碎斑合并和斑块分类。其中前4步是图像分割的操作，其流程见图1；第5步溢油斑块识别见图2。否图1SAR影像分割算法流程

9、图Fig．1FlowchartofSARimagesegmentation否型类油膜分割斑块是否暗斑＼／上是遍历斑块所有邻域．计算出对比度特征量的值最大亮度差是否高于阈值是非油暗斑油膜图2SAR影像溢油识别Fig．2DetectionofoilspillinSARimage1)初始化初始化是将图像中所有像元看作区域，