[发明专利]基于毫米波辐射特性的3mm波段水污染监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波目标辐射特性相关研究领域，特别是一种基于毫米波辐射特性的3mm波段水污染监测方法及装置。

背景技术

随着经济和社会的快速发展,世界范围内水污染问题越来越突出。引起水环境污染加剧的原因,除了由于人口急剧增加导致生活污水排放量增加外，最主要的原因是部分工矿企业污废水的违法、违规排放。水污染遥感监测具有快速、宏观、实时的特点，其数据能直观反映水污染在区域上的分布情况，是对大面积水域的污染情况进行监测的有效途径。但是国内对水污染卫星遥感监测技术只停留在研究阶段，尚未有在实际监测中应用的实例。

除了先进的水污染治理方式和理念，欧美发达国家采用飞机、卫星搭载光学、红外、微波等多种波段、谱段传感器系统进行观测与分析。在水质遥感监测中常用的多光谱遥感数据，包括美国Landsat卫星的MSS、TM、ETM+数据，法国SPOT卫星的HRV数据，气象卫星NOAA的AVHRR数据，印度遥感IRS系统的LISS数据，日本JERS卫星的OPS(光学传感器)接收的多光谱图像数据，中巴地球资源1号卫星（CBERS--1）CCD相机数据等。近几十年来，国际上水体污染遥感监测工作主要围绕建立遥感定量模式展开，重点是利用Landsat，SPOT和气象卫星等提供的不同空间分辨率、时间分辨率及光谱分辨率的遥感影像，通过现场光谱测试及准同步采样，建立不同类型的水体污染的统计和监测。

而毫米波探测具有全天时全天候的性能，可获取恶劣天气、环境下可见光与红外探测器不能获取的特殊信息，所以在未来的发展中应该重视起微波遥感数据的获取与应用。目前遥感水质监测的波段范围小，多集中于可见光和近红外波段范围，而且光谱分辨率大小不等，尤其是缺乏微波、毫米波波段表面水质的研究。

各种卫星所携带的遥感仪器主要集中在光学和红外波段，根据所传回的遥感数据。对于白天晴朗天气，光学传感器因其高分辨率有着一定优势；对于黑夜和阴雨天气，可见光和红外传感器收到很大干扰，这时毫米波遥感仪器，如辐射计、散射计、高度计等，有着不可替代的地位；对于探测水面温度时，热红外波段的传感器有一定的优越性。与国外先进国家相比，我国毫米波遥感数据所占比重较低，而毫米波具有更短的波长、具有全天时全天候的性能，可获取恶劣天气、环境下可见光与红外探测器不能获取的特殊信息，所以在未来的发展中应该重视起微波数据的获取与应用。

与雷达散射信息互补，微波尤其是无源毫米波成像在水污染监测领域的具有广阔的应用前景，本发明就是提出利用水污染目标特性分析、污染源的成像处理与特征提取技术作为水污染监测对象，可弥补国内相关领域的薄弱环节。因此，该项发明立足于无源微波（毫米波）辐射技术与理论，根据水污染治理领域的实际需要，利用3mm波段无源毫米波成像系统获取典型水污染区域的毫米波辐射测量数据和毫米波辐射图像，通过分析污染水域的3mm波段无源毫米波辐射亮温特性，结合污染水域的3mm波段无源毫米波成像、图像处理和特征提取，综合判别该污染水域的污染源类别和范围状态。该发明加速无源毫米波辐射特性测量与成像技术水域环境监测等潜在应用具有重要的社会现实意义和重大实用经济价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不受时间、天气和气候影响，具有全天时全天候的工作性能，可以在各类烟、雾、霭状态下正常工作，且克服了红外、光学对物体种类、性质不能准确识别的缺陷，可以获得与雷达散射图像性质互补的辐射图像信息的基于毫米波辐射特性的水污染监测方法及装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于毫米波辐射特性的3mm波段水污染成像监测方法，通过3mm波段辐射特性测试和成像两种模式获取污染水域信息，综合采用辐射特性分析和辐射成像结合的方法综合判别水污染状况；主要由以下步骤实现：

步骤一：建立3mm波段辐射特性的典型水污染源分类数据库；

步骤二：采用毫米波辐射计利用其辐射特性测试模式获取污染水域3mm波段辐射亮度温度特征信息；

步骤三：把获取的3mm波段辐射亮度温度特征信息经定标换算为亮度温度值；

步骤四：利用成像模式获取污染水域的3mm波段辐射图像并进行预处理去噪；

步骤五：提取污染水域的3mm波段辐射图像特征并计算面积；

步骤六：根据步骤三和步骤五的结果综合采用辐射特性分析和辐射成像结合的方法判定污染水域的污染源类型、分布和面积信息。