船舶溢油监测方法的应用现状及发展趋势.pdf

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1、第39卷第5期2010年10月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGV01．39No．5Oct．2010船舶溢油监测方法的应用现状及发展趋势尹奇志1一。初秀民2，孙星1-一，张涛3(1．武汉理工大学能源与动力工程学院。武汉430063；2．水路公路交通安全与装备教育部工程中心，武汉430063；3．吉安市地方海事局，江西吉安343000)摘要：介绍了可见光、红外、紫外、激光荧光、微波及电磁能苣吸收等船舶溢油监测传感器的工作原理及优缺点；分析卫星遥感监测、飞机遥感监测、巡逻船监测、VTS监测，CCYV监测、定点监测和浮标监测等7种监测方法的研究

2、、应用现状，并通过对比分析指出今后的发展趋势。关键词：溢油；监测；船舶；研究进展中图分类号：U698．7文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)05．-0246—05’船舶溢油事故发生后，如果不能迅速发现并且对溢油进行跟踪控制，溢油将会很快扩散，使危害加剧，而且增大寻找肇事船舶的难度。为了能及时监测到溢油，国内外很多学者开展了大量研究，这些研究主要从溢油监测传感器和溢油监测模式两方面进行。1溢油监测传感器目前溢油监测的传感器有光学传感器、激光传感器、微波传感器和电磁能量吸收传感器。其中光学遥感器包含可见光传感器、红外传感器和紫外传感器，微波

3、传感器包含辐射计和雷达。1．1光学传感器1．1．1可见光传感器’可见光传感器的监测原理为：在可见光波段(0．39～0．76脚)，水面油膜的反射率与洁净水面的反射率相比有一定的差别，该差别在通过可见光传感器接收并处理后的图像上表现为不同的灰度，利用灰度差别可以从图像中提取出溢油信息。随着电荷耦合器件(chargecoupleddevice，CCD)技术的发展，可见光传感器的分辨率越来越高，而且价格越来越便宜。但由于溢油在可见光内缺乏有效的区别于背景信息的特征光谱，在进收稿日期：2009—12—02修回日期：2010-01—22资助项目：西部交通科技项目(2

4、009328811064)作者简介：尹奇志(1976一)，男。硕士，讲师。研究方向：船舶节能减排与防污染技术E-mail：qzyin@whut．educn246行溢油识别时会受到水以外的其他背景信息的干扰LlJ。如太阳耀斑和风引起的海表亮斑以及海表水草或水下海藻床等生物物质往往会与溢油发生混淆，海岸上的溢油也往往难与海草等物质区分开来。另外在黑暗环境下由于没有光线反射，通常无法识别水面溢油[2]。总的来说，可见光溢油探测能力有限，但从提供溢油定性描述和相对位置信息等方面看，是一种较为经济和实用的手段。1．1．2红外传感器该传感器的监测原理为：油类物质吸收

5、太阳辐射，并将吸收的部分辐射以热能的形式重新释放出去。应用红外扫描仪可以测_}{{辐射温度的差值，从而可从热图像上显示出水面的油污染及其分布情况口]。利用红外波段的传感器有红外辐射计、红外扫描仪、热像仪、红外摄像机等，这些传感器均可测定海水和油膜的不同辐射能量，从而获得海面油膜的影像。美国的加利福尼亚海岸进行了运用红外技术监测海面石油污染的广泛研究，研究表明：在8～14ym的热红外波段中能够清晰地探测m海面的石油污染L4‘。红外线传感器可以探测到的最薄油膜厚度是20～70ym。对于厚度小于1mm的油膜，其辐射率随厚度的增加而增加。海面油膜的红外影像也能反

6、映出灰度层次随厚度的变化情况。因此，从海面油膜的灰度等级可以确定油膜的厚度等级，据此，可以算出油膜的厚度并推算出总溢油量L5j。红外传感器的优点是不受光线的影响，可以在白天和夜问进行溢油识别。在红外溢油监测系统研究方面，大连海事大学船舶溢油监测方法的应用现状及发展趋势——尹奇志，初秀民，孙星，张涛时吉强等采用可见光和红外线相结合的技术，选用红外一体摄像机对溢油进行监测，并运用图像处理技术对溢油图像进行图像识别和处理L6]。1．1．3紫外传感器紫外传感器的溢油监测原理为：油层有很高的紫外辐射反射，应用紫外传感器可以测出油和水之间的辐射温度的差值，从而可以从

7、热图像上显示出水面油污染及其分布情况。紫外传感器在其波长范围内，对厚度小于5肛m的各种海面油膜敏感。油膜对紫外光的反射率比海水高1．2～1．8倍，有较好的亮度反差。另外，根据大连海事大学做的溢油光谱特征实验结果，在0．303～0．400“m的紫外区，油膜覆盖的海面反射率大于洁净海面的反射率，润滑油、轻柴油、煤油等的薄油层(厚度小于3009m)反射率普遍高于海水；较厚轻油油层(厚度大于300灶m)及重油(重柴油、原油)反射率在0．345“m附近高于海水。由于油膜与海水相比有较大的反射率，因此在紫外波段拍摄的图像中油膜与海水间的反差大，且边界清晰明显L7{]

8、。虽然紫外遥感监测海面油膜比较准确，但至今其应用仍受到许多限制。这是凶为紫外波段