[发明专利]MODIS时间序列标准差溢油检测算法

说明书

技术领域

本发明为一种基于时空过程的海面溢油检测算法，特别地，一种基于MODIS时间序列标准差溢油检测算法。 

技术背景

海洋环境中的石油泄漏已成为造成海面环境污染的主要原因，严重危害海洋生态环境，同时给沿岸的社会、经济和人类的身体健康带来直接的危害。随着海洋石油开发活动愈发频繁，对海洋环境的危害也在逐渐加大。海洋石油泄漏一般由以下情况引起：海上石油钻井平台爆炸、海上石油开采的泄露和井喷事故以及油轮在航行过程中搁浅、触礁和相撞等所引起的石油泄漏事故，导致大量石油在短时间内侵入海洋，造成严重的污染，它发生频率高，分布面积广，危害程度高。因此及时精确的对溢油区的识别和及时高效的溢油预测对减少污染的危害具有至关重要的作用。 

随着空间信息技术的飞速发展，利用卫星遥感数据获取海表面信息的数据量也高速增长。由此，卫星遥感为大区域海洋溢油检测提供了先进高效的技术手段。目前用于海面溢油检测的可见光遥感卫星数据源主要包括低分辨率的NOAA卫星的AVHRR数据和Seastar的SeaWiFS数据、中等分辨率的Terra和Aqua卫星的MODIS数据、中高分辨率的Landsat卫星的ETM数据和SPOT卫星的HRV等数据。 

AVHRR数据主要应用于两方面，一方面是大尺度区域(包括国家、洲乃至全球)调查，主要应用于土地覆盖调查利气象监测；另一方面是中小尺度区域的调查，利用AVHRR数据来获得宏观的、实时的、能达到一定精度的地面信息。AVHRR没有海洋通道，光谱分辨率也不高，因此，对海洋环境检测的能力较低。1997年，美国的海洋水色卫星Seastar的发射，极大地提高了海洋遥感的能力。该卫星上载有的“宽视场水色扫描仪”(SeaWiFS)，SeaWiFS的光谱分辨率比AVHRR有较大的改进，许多海洋用户采用SeaWiFS资料开展海洋监测，但该数据的空间分辨率为1.1KM，仍然较低。Landsat、SPOT遥感卫星数据在空间分辨率上具有优势，非常有利于溢油的精确检测分析。但卫星重复访问周期长，分别为16天和26天，在实践上难以对任意日期的海洋溢油进行捕获和每天连续的跟踪，并且波段有限，光谱分辨率也难以有效地区别溢油区和非溢油区，在现有的中低分辨率的其他卫星相比，Terra和Aqua卫星的MODIS数据，在保留了AVHRR数据的能力的同时，在数据光谱分辨率，数据时间分辨率、数据接收和数据格式、卫星波段数与数据应用范围等方面都作了相当大的改进。特别是每日2次重访的高时间分辨率非常有利于对溢油进行实时监测。 

MODIS是EOD-AMI系列卫星的主要探测仪器，是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器，具有36个光谱通道。在36个波段中1～2波段是250米，3～7波段是500米，其余29个波段为1000米。从而使得MODIS数据量大幅度地增加(大约相当于AVHRR同期数据量的18倍左右)。MODIS数据具有极高时间分辨率。卫星一天之内可重访2次，对各类突发性、快速变化的自然灾害有更强的实时监测能力。由于具有较高的光谱分辨率，MODIS的36个波段大大增强了对地球复杂系统的观测能力和对地表类型的识别能力。而且地面接收站每日或每两日可获取一次全球观测数据，多波段数据可以应用广泛，对于开展自然灾害利生态环境监测、全球环境和气候变化研究以及进行全球变化的综合性研究等有着非常大的意义。 

利用卫星遥感数据进行海洋溢油检测，可见光技术是最普通的遥感方法，也是造价最低廉的。最为常用的方法是人工判读方法，通过油品对可见光波段的波普特征分析，通过专家知识，专家判断来对海洋溢油进行检测。遥感图像的灰度值实际上本身所代表的就是波普特征，因此波普信息是识别地物的重要依据，色调是载负信息最直接的反映，当然影响判读解译的重要因素是几何分辨路，但是在解译的过程中，影像的时空特征也是相当重要的一个因素。因此，仅仅通过专家判读，很可能因为许多人为因素导致了海洋溢油检测的错误判断，并且，海洋溢油一般发生在环境恶劣的天气条件下，影响了数据的可读性，这就使得通过人工目视解译方法检测海洋溢油存在着非常大的不确定性。因此，增加一个队影像时空特征的动 态监测更加科学的辅助了专家判读的结果，提高了监测结果的准确性和科学性，为国家相关部门及时应对溢油事件，将危害降低到最小提供决策支持。 

发明内容

为了克服并弥补现有的基于专家经验知识的人工目视解译海洋溢油检测方法的不足，本发明提供提出一种新的基于时空过程动态监测的监测方法——基于MODIS时间序列标准差溢油检测算法。对海洋溢油进行准确及时的识别和监测，更好地为国家相关部门及时应对溢油事件提供高效的决策支持。