SAR及MODIS数据海面溢油监测方法研究
海洋溢油发生后，准确及时的监测溢油对于海洋环境保护具有重要意义。随着卫星遥感技术的高速发展，遥感已经成为监测溢油的最重要和最有效手段之一。本论文以海面溢油为研究对象，讨论了利用SAR和MODIS监测海面溢油的方法，重点在SAR图像中溢油现象识别、MODIS监测海面油膜厚度、基于GIS的遥感溢油监测系统和中国海溢油分布等方面进行研究。本文的主要研究结果归纳如下：
1.系统介绍了SAR图像中识别溢油现象和疑似现象的全过程，主要包括图像预处理(辐射校正和斑点噪声滤除)、图像分割、特征提取、特征筛选和神经网络识别。
在SAR图像预处理方面，比较了10种滤波方法，最后选择了窗口为3×3的增强Lee滤波对SAR图像进行滤除斑点噪声的处理。在SAR图像中油膜区域分割方面，将水平集方法与多尺度小波方法相结合，提高了计算效率，降低了算法的复杂度，同时对SAR图像中油膜区域的模糊边缘进行了有效监测。
在识别溢油和疑似溢油方面，除灰度特征量外，引入图像纹理特征参量，并利用方差分析从计算的31个特征参量筛选出16个作为神经网络的输入，建立了区别溢油现象和疑似溢油现象的神经网络模型。研究结果表明，该模型识别精度达到83％，可以较好地识别溢油现象；纹理特征作为特征参量提高了溢油现象的识别精度；基于方差分析的特征参量筛选不仅简化了神经网络结构，而且提高了模型的识别精度。
2.将模糊聚类方法FCM与图像纹理分析相结合用于对250m分辨率的MODIS图像中的溢油区域分割；将这种方法应用到2005年4月3日发生在大连海域“阿提哥”事件的MODIS图像中，较好的区分了溢油区域，并在此基础上，利用多时相的MODIS数据计算了油膜的漂移，结果与风场和潮汐数据一致。
建立了一个简单的海面油膜的光学模型，并在此基础上对海面油膜的可见光波段的光学性质进行了定性分析：油膜与海水的反差主要依赖于油膜对海水向上辐亮度的吸收，离水辐亮度差异在海水光谱反射峰的波段油水反差最大，随着油膜厚度的增加，油膜的离水辐亮度减少。在传感器接收的大气顶辐亮度的图像中，油膜与海水的反差依赖于镜面反射和下表面向上辐亮度传输的平衡：当镜面反射的差异大于下表面向上辐亮度的差异时，油膜海水反差为正，反之为负。基于此，根据两次溢油事故的MODIS数据定性给出了油膜厚度的分布。
3.设计了基于WebGIS和卫星数据的海面油污染监测系统，该系统是一个融合了Apache web服务器、Oracle数据库管理系统、Mapserver、PHP和卫星遥感数据处理系统的网络地理信息系统(WebGIS)，主要包括环境信息收集模块、溢油信息提取模块和油膜扩散预测模块。基于这个系统和2002～2005年的SAR数据对东中国海的溢油事件进行了统计分析，污染比较严重的四个海区包括：黄海中部，纬度范围在32°～37°N；渤海海峡东部；长江口周围海域；纬度范围在28°～32°N的东海海域及台湾海峡。溢油主要是由船舶非法排污引起的，分布在主要航线的海区，另外还包括渔船作业产生的油膜、河口排放的工业污染形成的油膜。
4.将WebGIS系统与FCM方法相结合建立了一个帮助农民用户产生定量施肥图的专家系统。基于此系统，进一步研究利用陆地卫星Landsat数据制定定量施肥图的可能性；系统输出结果通过产量或现场土壤属性的测量进行评价，研究表明可以利用作物生长茂盛时期(NDVI均值最高)的卫星NIR波段数据产生变量施肥图。
SAR数据;MODIS数据;海面溢油;溢油监测
中国海洋大学
博士
海洋信息探测与处理
赵朝方
2008
中文
X55
106
2008-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）