基于HY-1C星数据的海洋溢油提取方法研究

作     者：沈亚峰 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆应诚

授予年度：2020年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：HY-1C星 溢油提取 海洋 光学遥感 定量估算 

摘      要：中国首颗海洋水色业务卫星（HY-1C）搭载有水色水温扫描仪（COCTS）、海岸带成像仪（CZI）、紫外成像仪（UVI）等多个光学载荷,已于2019年6月开展业务化运行。溢油是海洋环境监测的重要目标之一。近年来,光学遥感对海面溢油不同污染类型的识别、分类与估算原理得以阐明,其技术优势获得认可,能有效促进海面溢油的精细化定量探测。本研究以我国南海东沙岛礁附近的溢油事件为例,系统评估HY-1C星对溢油的探测能力以及信号中的不确定性;针对CZI数据,基于耀光反射差异原理,开展溢油提取方法研究;收集典型溢油区域数据,测试提取方法的普适性与精准度。主要研究内容包括:（1）以2019年中国南海东沙岛附近海域的溢油事件为例,收集了HY-1C星COCTS和CZI数据,并获取了同一天的VIIRS、MODIS Terra＆Aqua遥感数据,开展了海面溢油的识别分类及其对比分析,重点评估COCTS与CZI光学载荷对海面溢油识别的效能。（2）优选CZI数据近红外波段,基于耀光反射差异原理设计溢油提取方法,并分析溢油与水体的反射率混淆、水体细节等干扰因素的特性,设计各类误判信息的解决方案,实现不同水体环境、不同耀光强度下的溢油信息提取。（3）收集国内外典型溢油区域的CZI影像,测试溢油提取方法的普适性及精准度,并针对MODIS数据测试提取方法在低分辨率数据上的效果。基于上述研究内容,得出主要结论如下:（1）在弱耀光对比条件下,COCTS、CZI、VIIRS均能有效识别东沙岛溢油,且COCTS对溢油的识别能力不弱于VIIRS数据;CZI不仅能识别此次溢油,还能区分溢油形成的海面油膜与溢油乳化物,从而提供更多的判定信息;CZI数据中,不同溢油污染类型的光谱信号离散度大于清洁海水平均噪声,展现了利用光学卫星遥感数据定量估算溢油量的潜力。（2）本文针对HY-1C星CZI数据设计的、基于耀光反射差异的溢油提取方法,经过不同水体环境的溢油区域测试,可以较好地去除油水反射率混淆、海面粗糙度异常等干扰,并且对弱耀光条件下的溢油具备分类的能力,kappa系数表明提取精度较高。对于空间分辨率较粗的影像,该提取方法同样适用,但由于高异质性空间混合的影响较大,溢油提取效果弱于CZI数据。（3）HY-1C星光学载荷展现了优良的辐射分辨率、高信噪比等性能,随着2020年6月HY-1D星的发射,双星组网观测还能提供更佳的时相分辨率数据,未来会在海洋溢油的实时、定量、精细化观测中提供更为丰富的数据支撑。