[发明专利]机载多光谱扫描仪用于工业温排水监测的技术方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电厂、核电站等沿海工业基地运行过程中排放冷却水的空间分布信息的自动获取与分析技术领域，特别是基于实现航空图像、实验室辐射定标结果、机上黑体定标数据、POS系统数据等多元数据集成的高分辨率遥感技术进行温排水量化监测方法，并应用于工程方案的选址及环境保护措施的制定。

背景技术

我国能源消费量居世界第二位，能源问题更加严峻。核动力也将再次成为化石燃料强有力的替代能源，未来3年内中国将开建9个核电站，16台核电机组，装机容量在1000万千瓦以上，这意味着未来3年的核电建设总量将超过过去23年的总和。电力企业运行需要大量的冷却水，同时也要排放大量的温排水，势必对工业基地附近海域温度场造成影响，不同季节、不同潮汐状况下影响情况不同。这种变化反过来也可能影响电力企业的运行。这些都需要客观真实的海面温度场数据来说明。

当前，卫星遥感技术在我国水环境监测中发挥极其重要的作用，但是受空间分辨率和重访周期的制约对于电力企业温排水的定量化监测分析难以有效进行。而航空遥感技术要满足这种应用需求，还需要解决成图质量和测量精度、稳定性方面的问题，而且要尽可能提高作业效率。因此，需要研究针对温排水监测的扫描型遥感成像数据处理方法。

发明内容

本发明的目的是，针对现有的温排水监测技术和方法中存在的缺陷或不足，提供一种新的高分辨率的温排水遥感定量化监测技术方法，并用于取排水口工程方案的选址及环保措施的制定。该发明能实现温排水的识别、信息提取与量化分析，对温排水给附近海域造成的影响程度、范围以及是否降低电力企业冷却水循环效率等进行评估。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术措施：

一种工业温排水的高分辨率遥感量化监测技术方法。其特征在于：通过实验室试验测试标定遥感器黑体源，基于机上高低温黑体进行遥感数据的辐射校正，利用POS系统数据，构建扫描型遥感成像的几何粗校正模型，进行图像几何畸变纠正、定位和航带拼接，以现场实测水温标定校正后的影像，根据能够反映潮汐变化规律温度升高0.5度为区间，从而实现一种工业温排水高分辨率遥感监测方法。

本技术方法包含下列步骤：

1)制定飞行计划，获取监测区的遥感数据。

2)热红外通道传感器的机上定标，采用内部温度参考源法，热遥感器附有内部温度参考源，采用在旋转扫描镜角视场的两侧放置两个黑体辐射源的形式，这两个黑体辐射源的温度被精确控制，并设置为地面监测目标的“最冷”与“最热”，对于每一条扫描线，扫描器先记录冷参考源的辐射温度，然后扫描地面，最后记录热参考源的辐射温度，所有的信号均记录下来，两个温度源也随图像数据记录，用来推算整幅热图像的辐射温度，也可由一个绝对辐射值作参考与其他热扫描仪输出值比对。转换公式基于这样一个假设，即普朗克函数在一定温度范围内近似为线性的。通过实验室辐射定标确定机上定标黑体的辐射亮度与亮温的转换关系。

3)相对卫星平台，航空平台受到气流影响较大，姿态(侧滚角，俯仰角和偏转角)变化剧烈；此外，飞机自身状态(如飞行速度变化、航高变化、航偏)以及摆扫式的工作模式等影响，导致机载多光谱影像几何畸变严重。DGPS/IMU组合导航与定位系统能以较高的精度和频率提供传感器的位置和姿态，可直接测定影像的外方位元素，进行扫描型机载多光谱扫描仪影像的几何校正。

4)测量获取GPS天线相位中心、IMU及机载传感器之间空间关系，直接对POS系统获取的GPS天线相位中心的空间坐标(X，Y，Z)及IMU系统获取的侧滚角、俯仰角、航迹角进行数据处理，获取航空影像像元成像瞬间的扫描行中心点三维空间坐标(X_S，Y_S，Z_S)及其三个姿态角，实现无地面控制点辅助条件下直接恢扫描型复航空遥感的成像过程。计算插值影像的四个角点坐标，然后基于地面点坐标作影像的拼接。

5)根据完成辐射校正、几何校正、航带拼接的航空遥感数据，以外围均匀海水表面水温为本底，以温升0.5度为区间，制作温度场分布图。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，采用结合POS系统数据的方法，可以实现一种基于摆扫成像的高分辨率遥感方法手段，能够查清工业温排水的扩散规律。

第二，采用实验室定标和机上定标结合的方法，提供了一种定量化数据分析的手段，解决多时相观测比较的难题。

第三，采用本发明的技术方法，实现航空红外传感器的数据获取和处理流程，有利于进行依据潮汐规律的遥感探测分析。