機(ji)載高光譜(pu)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)在(zai)溢油(you)檢(jian)測(ce)方(fang)面的(de)應(ying)用(yong)

石(shi)油(you)汙(wu)染(ran)是(shi)指石油(you)開(kai)采(cai)、運(yun)輸(shu)、裝(zhuang)卸、加(jia)工(gong)和(he)使用(yong)過(guo)程(cheng)中，由於烴類(lei)的(de)溢出(chu)和(he)排放(fang)。石油(you)烴類(lei)大(da)量溢出(chu)，釋放(fang)到(dao)水(shui)生或(huo)陸地環境中時(shi)，會(hui)對(dui)動(dong)植物群以(yi)及人類(lei)健康產生(sheng)負面影響。

因(yin)此，對(dui)石油(you)泄漏進行快(kuai)速(su)、有(you)效地空間評估(gu)，輔助(zhu)相關(guan)部(bu)門(men)做出(chu)快(kuai)速(su)響應(ying)，有(you)利(li)於降(jiang)低(di)原油(you)汙(wu)染(ran)對(dui)環境的(de)影(ying)響，減少經濟(ji)損(sun)失(shi)。針對(dui)大(da)範(fan)圍(wei)的(de)海洋(yang)溢油(you)和(he)陸地石油(you)泄漏等突(tu)發(fa)情(qing)況，基(ji)於高(gao)光譜(pu)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)的(de)航(hang)空遙感(gan)目前(qian)有(you)效監(jian)測(ce)手(shou)段(duan)之(zhi)壹(yi)。

壹(yi)、海洋(yang)溢油(you)檢(jian)測(ce)

隨(sui)著(zhe)海上(shang)運(yun)輸(shu)業的(de)發(fa)展，海上(shang)漏油(you)事(shi)故(gu)也日(ri)趨(qu)頻(pin)發(fa)。溢油(you)是(shi)嚴重(zhong)的(de)海洋(yang)事(shi)故(gu)，嚴重(zhong)汙(wu)染(ran)著(zhe)海洋(yang)生(sheng)態環(huan)境。水(shui)體(ti)石(shi)油(you)汙(wu)染(ran)和(he)土壤汙染不同(tong)，水(shui)具有(you)流(liu)動(dong)性，不及時(shi)處理(li)會(hui)使汙(wu)染(ran)範(fan)圍(wei)迅速(su)擴大(da)。因(yin)此，獲(huo)取(qu)及時(shi)有(you)效的(de)溢油(you)信息(xi)至(zhi)關(guan)重要(yao)。高(gao)光譜(pu)成(cheng)像(xiang)具有(you)波段(duan)多，分(fen)辨(bian)率(lv)高(gao)，信息(xi)豐(feng)富的(de)特點。與(yu)可見(jian)光或(huo)多(duo)光譜(pu)成(cheng)像(xiang)相比(bi)，高(gao)光譜(pu)成(cheng)像(xiang)的(de)細(xi)節表達能(neng)力(li)尤(you)為(wei)突(tu)出(chu)，可以(yi)更(geng)好地區(qu)分(fen)海水(shui)與(yu)油(you)膜(mo)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)異，獲(huo)得更(geng)加真實客(ke)觀的(de)溢油(you)信息(xi)。

圖(tu)1.1：AISA+機(ji)載高光譜(pu)影像(xiang)（左）；工(gong)作平臺野外航(hang)拍(pai)影像(xiang)（中）；溢油(you)區(qu)確認(ren)圖（黑(hei)色為油(you)膜(mo)，灰(hui)色為海水(shui)，白色為工(gong)作平臺）（右(you)）

但(dan)是(shi)，由(you)於海水(shui)具有(you)流(liu)動(dong)性，圖(tu)像(xiang)中不可避免(mian)地會(hui)出(chu)現(xian)太陽(yang)眩(xuan)光，以(yi)致從遙感(gan)數(shu)據中提取(qu)的(de)漏油(you)特征信息(xi)不夠準確。因(yin)此，專家(jia)學者(zhe)基(ji)於AISA+機(ji)載高光譜(pu)溢油(you)圖(tu)像(xiang)，采(cai)用(yong)多尺(chi)度小(xiao)波變(bian)換(huan)、增強(qiang)Lee濾波、增(zeng)強(qiang)Frost濾波和(he)均值濾波方(fang)法(fa)對(dui)圖像(xiang)進(jin)行海面閃爍抑制。然後將經典(dian)支(zhi)持向(xiang)量機(ji)方法(fa)用(yong)於溢油(you)信息(xi)檢(jian)測(ce)，並(bing)采(cai)用(yong)人機(ji)交(jiao)互(hu)解(jie)釋獲(huo)得的(de)溢油(you)信息(xi)分(fen)布(bu)圖，驗證(zheng)了(le)溢油(you)檢(jian)測(ce)的(de)準確性(xing)。結(jie)果(guo)表明(ming)，以上(shang)方(fang)法(fa)可以(yi)有(you)效抑制海面閃爍，提(ti)高漏油(you)檢(jian)測(ce)的(de)準確性(xing)。增(zeng)強(qiang)Lee濾波方(fang)法(fa)的(de)高(gao)檢(jian)測(ce)精(jing)度(du)為(wei)88.28％，比原始圖(tu)像的(de)檢(jian)測(ce)精(jing)度(du)高(gao)12.2％。其(qi)次為(wei)增強(qiang)Frost過(guo)濾方(fang)法(fa)和(he)中值過(guo)濾方(fang)法(fa)，漏油(you)檢(jian)測(ce)精(jing)度(du)分(fen)別(bie)為86.64％和(he)84.35％。

圖(tu)1.2：基(ji)於不同(tong)方(fang)法(fa)的(de)太(tai)陽(yang)閃爍抑制處(chu)理（左）；不同(tong)太(tai)陽閃爍抑制方(fang)法(fa)的(de)SVM檢(jian)測(ce)結(jie)果(guo)（黑(hei)色為油(you)膜(mo)，灰(hui)色為海水(shui)，白色為工(gong)作船平臺）（右(you)）

二、土壤原油(you)汙(wu)染(ran)監(jian)測(ce)

原油(you)輸(shu)油(you)管(guan)線腐蝕(shi)滲(shen)漏不僅會(hui)造成(cheng)土壤多環芳(fang)烴，因(yin)有(you)致癌、致變(bian)、致畸(ji)等活性(xing)和(he)能(neng)通過(guo)食(shi)物鏈在(zai)動(dong)植物體(ti)內逐級富(fu)集，它(ta)在(zai)土壤中的(de)累積(ji)更(geng)具危害。

在(zai)以(yi)前(qian)的(de)研(yan)究(jiu)中，使用(yong)機(ji)載高光譜(pu)遙感(gan)（HRS）進(jin)行陸地區(qu)域(yu)原油(you)檢(jian)測(ce)的(de)方(fang)法(fa)主要(yao)依(yi)賴(lai)於油(you)脂(zhi)含(han)量較(jiao)高(gao)的(de)樣品。這些(xie)研(yan)究(jiu)方(fang)法(fa)都基(ji)於可以(yi)清(qing)楚(chu)觀察(cha)到(dao)石(shi)油(you)烴（PHC）的(de)光譜(pu)特征，但(dan)真(zhen)實的(de)石(shi)油(you)泄漏現(xian)場並(bing)非都能(neng)準確的(de)識(shi)別(bie)到(dao)PHC光譜(pu)特征。原油(you)釋放(fang)到(dao)環(huan)境中壹段(duan)時(shi)間後(hou)，地面表層(ceng)已(yi)經無(wu)法(fa)檢(jian)測(ce)到(dao)明(ming)顯的(de)PHC光譜(pu)特征，從(cong)而無(wu)法(fa)使(shi)用(yong)PHC指數等光譜(pu)辦(ban)法(fa)進(jin)行準確地檢(jian)測(ce)，這(zhe)對(dui)於石(shi)油(you)的(de)有(you)效檢(jian)測(ce)是(shi)壹(yi)個(ge)較(jiao)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。

以(yi)色列(lie)特拉維夫(fu)大(da)學的(de)研(yan)究(jiu)人員(yuan)使(shi)用(yong)AISA Fenix1K傳感(gan)器(qi)對(dui)暴(bao)露於地面兩年(nian)半(ban)後(hou)的(de)埃(ai)夫(fu)羅納(na)自(zi)然保護(hu)區(qu)原油(you)泄漏環境進行了(le)原油(you)的(de)識(shi)別(bie)與(yu)分(fen)析研究。首(shou)先采(cai)集了(le)研(yan)究區(qu)的(de)機(ji)載高光譜(pu)圖像(xiang)，並使(shi)用(yong)先進(jin)的(de)數(shu)據挖掘技(ji)術(shu)對(dui)數據進行了(le)分(fen)析。通過(guo)使用(yong)標準化(hua)技(ji)術(shu)，替(ti)代頻(pin)帶(dai)選擇、降(jiang)維、多(duo)變(bian)量校準和(he)有(you)監(jian)督的(de)機(ji)器(qi)學習(xi)，成(cheng)功地區(qu)分(fen)了(le)受(shou)汙染(ran)像(xiang)素和(he)未受(shou)汙染(ran)像(xiang)素。總體(ti)準確性(xing)、敏感性、特異性(xing)和(he)Kappa分(fen)類(lei)準確性(xing)度(du)量標準分(fen)別(bie)對(dui)交(jiao)叉(cha)驗(yan)證(zheng)產生(sheng)了(le)0.95、0.95、0.95和(he)0.9的(de)良好結(jie)果(guo)，驗證(zheng)數(shu)據集也(ye)獲(huo)得了(le)0.93、0.91、0.94和(he)0.85的(de)良好結(jie)果(guo)。分(fen)類(lei)的(de)圖(tu)像(xiang)和(he)測(ce)試(shi)場景(jing)也(ye)與(yu)災(zai)難(nan)後幾天的(de)正(zheng)射(she)影像(xiang)非常吻(wen)合。

圖(tu)2.1：埃(ai)夫(fu)羅納(na)（Evrona）研究(jiu)區(qu)正射(she)影像（左）；漏油(you)和(he)土壤的(de)光譜(pu)特征（右(you)）

圖(tu)2.2：高(gao)光譜(pu)圖像(xiang)之(zhi)上(shang)的(de)模(mo)型(xing)預(yu)測(ce)：O表(biao)示(shi)油(you)（B），C表(biao)示(shi)幹(gan)凈(jing)（C）。每(mei)個(ge)場景(jing)以(yi)三種顯示(shi)方式呈現(xian)：真彩(cai)色、模型(xing)預(yu)測(ce)（紅(hong)色表示(shi)油(you)，白(bai)色表示(shi)幹(gan)凈(jing)）和(he)正射(she)影像。

在(zai)預(yu)測(ce)圖(tu)像(xiang)中，紅色和(he)白色像素分(fen)別(bie)對(dui)應(ying)於油(you)和(he)幹(gan)凈(jing)像素的(de)分(fen)類(lei)結(jie)果(guo)。漏油(you)圖(tu)案和(he)分(fen)類(lei)圖像之(zhi)間(jian)顯示(shi)出(chu)很好的(de)壹(yi)致性。因(yin)此，即(ji)使在(zai)溢油(you)事(shi)件(jian)發(fa)生(sheng)很(hen)長壹段(duan)時(shi)間之(zhi)後(hou)，高(gao)光譜(pu)技(ji)術(shu)也(ye)可以(yi)檢(jian)測(ce)出(chu)溢油(you)現(xian)場中的(de)PHC痕(hen)跡。

該(gai)技(ji)術(shu)還(hai)可用(yong)於監(jian)視汙(wu)染物非法(fa)排(pai)放和(he)泄漏，並且(qie)還(hai)可適(shi)用(yong)於環(huan)境監(jian)視，災(zai)難(nan)管理，管道監(jian)視等應(ying)用(yong)領域(yu)。

易(yi)科(ke)泰(tai)生(sheng)態技(ji)術(shu)公(gong)司及西安光譜(pu)成(cheng)像(xiang)與(yu)無(wu)人機(ji)遙感(gan)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)中心(xin)提供(gong)近地遙感(gan)與(yu)無(wu)人機(ji)遙感(gan)石(shi)油(you)汙(wu)染(ran)等環(huan)境監(jian)測(ce)全面技(ji)術(shu)方(fang)案：

Ø近(jin)地遙感(gan)與(yu)無(wu)人機(ji)遙感(gan)高(gao)光譜(pu)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)

ØMWIR中波紅(hong)外(wai)熱成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)檢(jian)測(ce)石(shi)油(you)烴 、VOC及汙染排放監(jian)測(ce)

ØEcoProbe便(bian)攜(xie)式VOC檢(jian)測(ce)、易(yi)燃(ran)易(yi)爆物檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)