理论教育 海洋污染监测:遥感监测技术及实践

海洋污染监测:遥感监测技术及实践

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:世界各地的海事国家都积极参与海上溢油的监视和遥感监测,这种监视活动主要是搜寻船舶、管道及石油钻井平台等经常性或慢性的各种油的泄漏。上述3个遥感器的任意一个的监测结果都有可能发生错误,而3个遥感器同时用来探测同一海域则会增加溢油被正确探测到的可能性。ESD拥有2架遥感探测飞机。ERS-2卫星遥感4.荷兰荷兰的海上溢油监视是由交通部等部门组成的北海理事会负责。航空遥感和卫星遥感同时在海上溢油监测中发挥作用。

海洋污染监测:遥感监测技术及实践

世界各地的海事国家都积极参与海上溢油的监视和遥感监测,这种监视活动主要是搜寻船舶、管道及石油钻井平台等经常性或慢性的各种油的泄漏。最近几年关于溢油监测的研究都集中在卫星遥感上,特别是像ERS-1、ERS-2、Radarsat-1和JERS-1雷达卫星对海洋溢油的监测受到许多国家的重视。但还是有很多国家用航空遥感来监测海上溢油。由于溢油在广阔海面上的风、浪、流作用下,具有动态特性,航空遥感系统在溢油应急处理过程中还是起主导作用。航空遥感在部署上的灵活机动性及遥感器的可选择性等优点,对溢油应急处理来说都是至关重要的。而卫星遥感主要在确定溢油位置和面积等方面能够提供整个溢油污染水域宏观的图像。在灾难性的大量油类泄漏的情况下,卫星遥感和航空遥感都被用来跟踪监视溢油的漂移和扩散。对于慢性泄漏而言,越来越多的海事国家主要利用卫星图像来监视这些污染源。

1.挪威

空中检测挪威海岸

挪威大概是使用航空遥感和卫星遥感监测海上溢油历史最长的国家,挪威污染控制局(Statens Forurensnings Tilsyn,SFT)部署了一架Fairchild MerlinⅢB双涡轮螺桨飞机,以进行海事监测。飞机上装备的瑞典空间公司的一套海事监测系统使用了12年。服役的海事监测系统MSS 5000于1998年投入运行,至今一直在日常值班。该系统由1个侧视航空雷达、1个红外扫描仪、1个紫外扫描仪组成。侧视航空雷达提供一个宽幅搜寻视野,而红外扫描仪、紫外扫描仪则以较窄幅宽进行成像。上述3个遥感器的任意一个的监测结果都有可能发生错误,而3个遥感器同时用来探测同一海域则会增加溢油被正确探测到的可能性。MSS 5000还应用了地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS),获得的数据可以适时传送到SFT的总部。SFT还依据合同获取低分辨率的卫星图像(覆盖面约100千米×100千米)。SFT获得SAR图像后立即进行分析,以确定是否存在可疑的溢油污染水域。如果存在则信息立即被传送到飞机上,让飞机来证实可疑地点是否真的存在溢油。卫星系统的目标是在获得SAR图像2小时内,提供可疑的溢油污染水域给SFT的终端用户。

2.加拿大

加拿大Convair 580飞机

加拿大海岸警卫队(CCG)为了探测海洋污染,在沿海水域部署了一系列的双涡轮螺桨飞机。在太平洋水域,CCG的国家航空监测局(NASP)部署了一架飞机(DeHavilland,DHC 6 Series 300 Twin Otter,C-FCSU),除海洋污染监测外,还执行与渔业及海岸巡逻相关的任务。这架双涡轮螺桨飞机装备了一架Nikon F 435毫米照相机、一架SONY Hi-8摄像机、一架飞机座舱声音录音机以记录溢油发生地点。上述信息作为对污染者处罚的证据。在纽芬兰海岸,海事监测活动是在渔业海洋主管部门、加拿大海岸警卫队与纽省航空公司(PAL)所鉴定的合同指导下进行的。使用的飞机是三架Beech King Air B-200。飞机在海事监测时主要收集高清晰度影像和图片。其中的一架飞机装备了一个APS 504(V)5雷达系统、一个前视红外(FLIR)系统、一个夜视系统、一个空载数据获取和管理系统(ADAM)。

当大量溢油发生时,遥感跟踪探测是由加拿大环境部的应急处理科学局(ESD)执行的。ESD拥有2架遥感探测飞机。一架是DC-3,CGRSB;另一架是大的双涡轮螺桨飞机Convair 580,C-GRSC。DC-3飞机作为航空遥感的平台已经使用近30年了,机上装备有4个大的遥感器支座、一个小的遥感器支座。主要机载设备是扫描激光环境探测航空荧光遥感器(SLEAF),它可以对荧光遥感器的数据进行适时处理、分析,及时确定被探测海域或海岸是否有溢油污染,如果有则同时给出油的种类和覆盖范围。ESD的Convair 580飞机上装备了具有C波段和X波段的合成孔径雷达(SAR)。就海事监测而言,SAR一次飞行就能探测大面积的海域或海岸,并可获得适时干银透明图像。这种适时干银透明图像被录入VHS录像带,原始的SAR信号被录入数字录像带以备日后处理。

3.美国

巡逻飞机(www.daowen.com)

美国海岸警卫队(USCG)拥有一系列的Dassault Falcon 20喷气飞机执行日常海上巡逻飞行。其中的一架装备了瑞典空间公司的早期版本有海事探测系统,名叫空眼(Aireye)。空眼已被升级以便提供更有用的适时图像。空眼由一个侧视机载雷达(SLAR)、一个RS-18CIR/UV线扫描仪等组成。另外一架飞机装备了塔楼式WF-360TL前视红外(FLIR)/CCD摄像机。

ERS-2卫星遥感

4.荷兰

荷兰的海上溢油监视是由交通部等部门组成的北海理事会负责。航空遥感和卫星遥感同时在海上溢油监测中发挥作用。每天的航空遥感监测任务是由一架Dornier 228-112双涡轮螺桨飞机完成。这架Dornier飞机的机载设备有1个Terma X波段侧视机载雷达(SLAR)、1个Daedalus Enterprises ABS 3500红外/紫外扫描仪、1个Rank Taylor Hobson Talytherm红外照相机(8~13微米)、1个JVCKY-25下视摄像机。航空遥感信息和卫星遥感图像(ERS-2)相互结合,加强海上溢油的监视。

5.德国

合成孔径雷达

德国的联邦海事污染控制组织用2架Dornier Do-228飞机执行监测任务。自1986年以来,飞机每天都要在北海和波罗的海上空飞行多次。这两架飞机原来装备了侧视机载雷达(SLARs)、红外/紫外(IR/UR)线扫描仪、摄像机等。摄像机被用来记录污染水域及造成污染的船舶以备索赔时使用。两架飞机中的一架还装备了微波辐射仪,以对被观察到的油膜进行量化。1993年Dornier Do-228飞机装备了新一代污染监测系统。新系统再次配备了侧视机载雷达(SLARs)、红外/紫外(IR/UR)线扫描仪,此外飞机还为遥感器操作员装备了1架下视彩色摄像机和1架便携式(手掌)摄像机。这套系统现在配备了由德国Olddenburg大学研制的扫描激光环境探测航空荧光遥感器。该荧光遥感器向被测水域发射波长为308纳米或383纳米的激光作为诱发荧光的光源。被诱发的荧光由12个影像扩程器管以不同的波长(包括Raman后散信号)进行监测。用Raman后散信号估计油膜厚度,用监测到的荧光光谱确定油的种类。一个三频率波段的微波辐射仪同时被安装到飞机上。辐射仪的观测范围正好覆盖IR/UR线扫描仪的扫描范围,它能提供另外一种油膜厚度的测量。遥感器的数据连同摄像机的图像、相关的航行信息(时间、速度等)一起被显示在操作员的控制台上。系统能通过一个114吉赫兹下联的发射器(最大速度为112兆节/秒)提供适时的遥感数据或摄像机图像给地面站(最远10千米)。德国的航空遥感海事污染监测也同时运用ERS-1,-2卫星合成孔径雷达(SAR)数据。卫星地面站接到数据4小时后遥感系统即可获得卫星图像。

航空遥感和卫星遥感监视海上溢油是世界各国普遍采用的方法。从现状调查资料分析发现,发达国家都积极运用航空遥感监测海上溢油,其中大约有1/2国家同时也运用卫星遥感监测海上溢油。卫星遥感适合监测大面积的溢油污染,航空遥感则适合小面积、海岸(石头、沙子)、植物上等的溢油污染,特别适合指挥清除和治理工作。合成孔径雷达(SAR)卫星是唯一被部署用来执行跟踪监测海上溢油的日常任务的卫星,这清楚地表明这种遥感器的日夜、全天候监测海上溢油的能力。

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