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基于多源遥感数据的东中国海溢油识别

作　者: 陈健
导　师: 杨红
学　校: 上海海洋大学
专　业: 环境科学
关键词: 遥感溢油 MODIS SAR Radarsat-2
分类号: X55
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

现代经济的发展对能源的需求大幅度增加，石油作为重要的能源之一，带动了海洋运输的发展，然而近年来，海洋溢油事故频发增加了人们对海上溢油的关注。海上溢油给海洋的生态环境造成重大的破坏，使海洋鱼类、鸟类以及水生植物等大量死亡，给当地的渔业生产、旅游业造成重大损失。例如，2010年7月16日大连新港的输油管道爆炸，导致大量原油泄漏，使当地水产养殖业基本上全部停产，目前该地区仍然有些企业无法正常生产。东中国海是我国重要的渔业资源产地，也是重要的航运通道，对我国的经济发展影响重大，因此，保持东中国海的生态环境稳定，进行防灾减灾等工作意义重大。遥感技术作为海洋环境监测的一种重要手段已经得到广泛的应用，卫星传感器的发展推动了海洋溢油的监测，为此本文首先对主要卫星传感器的发展历史以及相应的应用领域进行了说明，主要介绍了应用广泛的MODIS传感器和合成孔径雷达（SAR）传感器。MODIS传感器搭载在由美国航空航天局发射的EOS系列卫星上，其具有多波段、多分辨率的特性，我们可以利用多波段的合成增强图片中的溢油信息。SAR是一种微波雷达传感器，但其分辨率高，因此我们可以利用它进行小面积溢油的提取。此外，海上溢油的蒸发、扩散、漂移等变化，受海域的地形、径流、气温、水温、风速、风向、水团、环流、潮汐、潮流、海浪等海洋因素的影响，本文分别对东中国海的三个海区（渤海、黄海、东海）的海域背景环境进行介绍，为溢油信息的诊断、溢油面积的扩散等提供依据。本文采用了三种遥感源（即MODIS、Radarsat-2和ENVISAT-1遥感数据）提取海上溢油，应用MODIS和Radarsat-2数据对大连“7.16”海上溢油进行分析，这两种方法各有优缺点，MODIS数据具有36个光谱波段可以进行多通道的彩色合成，从而增强提取信息，获取图片周期比较短，一天可以获得4景图片，但是其只有250m、500m、1000m三种分辨率，分辨率比较低，受天气的影响比较大，MODIS遥感数据经过“蝴蝶结”去除、几何校正、大气校正等预处理后，应用波段运算去除了少量云层的影响并提取出溢油信息。Radarsat-2数据属于单波段雷达图片，其分辨率比较高，可以提取比较详细的信息，其不受云、雾天气的影响，然而Radarsat-2数据只有单波段信息不能进行信息的真彩色增强，风速过低时（＜3m/s)不能很好的区别油膜和海水，风速过大时（＞8m/s）产生的斑点噪声过大，难以去除海水对溢油信息的影响，Radarsat-2数据经过几何校正、斑点噪声去除等预测出来后，通过对图像的纹理分析提取出溢油信息。东海海域是重要的渔业资源产地，也是重要的交通枢纽，存在着极大的船舶溢油风险性，文中分析了2004年1月到2010年9月份东海海域的28景ENVISAT-1遥感图片，对该海域的船舶溢油信息进行识别判断，结果发现有6景图片存在疑似溢油信息，经过进一步的纹理滤波、灰度值分析，在2005年5月16日和2010年9月13日的两景图片中存在溢油信息。本文的创新点：在利用MODIS遥感图片进行溢油信息提取时，利用MODIS数据多波段的特性，采用了波段计算，使溢油信息的提取更加准确，此外本文又采用了Radarsat、ENVISAT遥感数据，从而实现利用多源遥感图片来分析海上溢油，对溢油信息的提取达到取长补短的作用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章引言  10-22
  1.1 选题的目的意义  10-11
  1.2 国内外卫星传感器的发展  11-17
    1.2.1 Landsat 系列卫星传感器  11-12
    1.2.2 SPOT 系列卫星传感器  12
    1.2.3 IRS 系列卫星传感器  12-13
    1.2.4 中国资源卫星传感器  13
    1.2.5 高光谱类卫星传感器  13-15
    1.2.6 合成孔径雷达类卫星传感器  15-17
  1.3 国内外遥感监测海上溢油的研究进展  17-20
    1.3.1 MODIS 探测海上溢油的国内外进展  17-18
    1.3.2 SAR 探测海上溢油的国内外进展  18-20
  1.4 论文的主要研究内容和技术路线  20-22
第二章东中国海溢油的研究背景分析  22-30
  2.1 渤海溢油的海域情况分析  22-25
  2.2 黄海溢油的海域情况分析  25-26
  2.3 东海溢油的海域情况分析  26-30
第三章遥感技术探测海上溢油的原理和方法  30-35
  3.1 遥感数据提取海上溢油的方法  30-31
    3.1.1 遥感图像的预处理  30-31
    3.1.2 遥感图像的信息增强  31
  3.2 遥感数据提取海上溢油的原理  31-35
    3.2.1 MODIS 传感器监测海上溢油的原理  31-32
    3.2.2 Radarsat-2 传感器监测海上溢油的原理  32-35
第四章基于 MODIS 和 Radarsat-2 数据的大连新港“7.16”事故海上溢油识别分析  35-47
  4.1 应用 MODIS 数据分析大连“7.16”溢油事故  35-42
    4.1.1 MODIS 遥感数据的预处理  35-38
      4.1.1.1 “蝴蝶结”现象去除  35-36
      4.1.1.2 几何校正  36-37
      4.1.1.3 大气校正  37-38
    4.1.2 MODIS 遥感数据提取海上溢油信息  38-42
    4.1.3 MODIS 数据提取出的溢油面积计算  42
  4.2 应用 Radarsat-2 数据分析大连“7.16”溢油事故  42-46
    4.2.1 Radarsat-2 遥感数据的预处理  42-44
      4.2.1.1 几何校正  42-43
      4.2.1.2 滤波处理  43-44
    4.2.2 Radarsat-2 数据提取溢油信息  44-45
    4.2.3 Radarsat-2 数据提取出的溢油面积计算  45-46
  4.3 两种遥感源提取溢油的比较分析  46-47
第五章基于 ENVISAT-1 的东海海域船舶溢油探测  47-53
  5.1 船舶溢油探测的遥感数据  47-48
  5.2 遥感图片中船舶溢油信息提取  48-53
第六章总结和展望  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
硕士期间主要的科研概况  60

基于多源遥感数据的东中国海溢油识别

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