[发明专利]一种基于高光谱的船舶尾气测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于高光谱的船舶尾气测量系统，包括高光谱数据采集模块、数据预处理模块及光谱分析模块；高光谱数据采集模块包括线扫描的高光谱相机及设有高广角镜头的普通相机；普通相机用于定位目标船舶；高光谱相机用于实时线扫描采集目标船舶尾气的光谱数据；数据预处理模块用于对采集的高光谱图像数据进行预处理；光谱分析模块用于对预处理后的高光谱图像数据进行分析处理，其内设有基于支持向量机的多维时序船舶尾气光谱分析模型，多维时序船舶尾气光谱分析模型输入目标船舶尾气的高光谱图像数据，输出尾气的成分数据。本发明还公开了一种基于高光谱的船舶尾气测量方法。本发明基于支持向量机建立光谱分析模型，提高了识别速度与准确率。

技术领域

本发明涉及一种船舶尾气测量技术领域，特别涉及一种基于高光谱的船舶尾气测量系统及方法。

背景技术

船舶排出的尾气中主要含有氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)，碳氧化物(COx)，碳氢化合物(HC)及颗粒物等。船舶尾气使温室效应、臭氧层破坏和酸雨等大气环境问题变得更为严重，在污染空气的同时，严重影响了人类日常生活的方方面面，对人们的身体健康构成极大的威胁。随着船舶发动机排放污染问题越来越突出，对船舶尾气排放进行有效的监管具有迫切的需求和重要的意义。

目前，国内外研究和实际应用中可用于船舶尾气排放检测的方法主要有实验室对比分析法、船载尾气检测系统和遥测法。根据不同的工作原理，它们都有各自的适用范围和优缺点。实验室尾气比对分析法是通过尾气预处理装置采集储存船舶尾气，适用于在实验室环境下对尾气成分进行定性定量分析。实时船载尾气检测系统主要包括尾气预处理装置、气体分析仪、微机处理软件等部分，具有较高的检测精度，需要为每台船舶单独配备。遥测法可以对目标海域的船舶尾气排放进行大范围的检测，符合目前的应用需求。

现有的尾气遥测技术主要是基于主动光源，受环境影响较大，且装置安装会受到一定的限制；而且现有方法的检测范围较小，难以应用于大范围的筛查监管。

发明内容

为进一步扩大船舶尾气的有效检测范围，本发明提供一种基于高光谱的船舶尾气测量系统及方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于高光谱的船舶尾气测量系统，包括高光谱数据采集模块、数据预处理模块及光谱分析模块；高光谱数据采集模块包括线扫描的高光谱相机及设有高广角镜头的普通相机；普通相机用于定位目标船舶；高光谱相机用于实时线扫描采集目标船舶尾气的光谱数据；数据预处理模块用于对采集的高光谱图像数据进行预处理；光谱分析模块用于对预处理后的高光谱图像数据进行分析处理，其内设有基于支持向量机的多维时序船舶尾气光谱分析模型，多维时序船舶尾气光谱分析模型输入目标船舶尾气的高光谱图像数据，输出尾气的成分数据。

进一步地，数据预处理模块包括：用于去除高光谱图像数据中的异常点的高光谱异常点处理单元，用于提高信噪比的滤波去噪单元。

进一步地，滤波去噪单元包括多进制小波滤波子单元，多进制小波滤波子单元用于对船舶尾气特征光谱进行时频多尺度分解。

本发明还提供了一种利用上述的基于高光谱的船舶尾气测量系统的基于高光谱的船舶尾气测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，采用普通相机在不同角度对海面上船只进行拍摄，识别并定位目标船舶；

步骤二，目标船舶定位后，将高光谱相机扫描位置设置为目标船舶上方，由高光谱相机对目标船舶的尾气进行线扫描，采集目标船舶尾气的高光谱图像数据；

步骤三，由数据预处理模块对采集的高光谱图像数据进行预处理；

步骤四，在光谱分析模块中建立基于支持向量机的多维时序船舶尾气光谱分析模型，由多维时序船舶尾气光谱分析模型获得目标船舶尾气的成分数据。

进一步地，在步骤一之前，对普通相机和高光谱相机进行标定及校正。