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专利名称：Modis光学遥感数据海洋溢油检测算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋溢油检测算法，特别涉及一种基于MODIS光学遥感数据的海 洋溢油检测算法。
背景技术：
海上石油平台爆炸、海上石油开采的泄漏和井喷事故以及油轮在航行过程中搁 浅、触礁和相撞等引起的海洋溢油事故，导致大量石油在短时间内侵入海洋，给海洋带来严 重的污染，它具有发生频率高，分布面积广，危害程度高等特点。海洋溢油类污染已成为影 响海洋生态环境的重要污染物之一。航空遥感为海洋溢油检测提供了先进的技术手段。目前可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Seasat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数据是一种被广泛应用的卫星数据，主要用于气象监测。AVHRR没有海洋 通道，光谱分辨率也不高，海洋环境检测能力较低。Seasat卫星的发射，极大地提高了海洋 遥感的能力，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仍然较低。Landsat、SP0T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，在时间上难以 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，与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，在数据波段数目和数据应用范围、数据分 辨率、数据接收与数据格式、卫星波段数与数据应用范围等方面都作了相当大的改进。MODIS被设计成36个波段。在36个波段中有2个波段是250米，5个波段是500 米，其余29个波段1000米。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数据时间分辨率有优势。一天可过境2次，对各种突发性、快速 变化的自然灾害有更强的实时监测能力。光谱分辨率大大提高。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，为实时和动态监测提供了很好的数据来源。利用卫星遥感数据进行海洋溢油检测，最为常用的方法是人工目视解译方法，通 过专家知识，专家判断来对海洋溢油进行检测，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。因此需要一种科学的方法 来检测海洋溢油，为国家相关部门提供决策支持。

发明内容
为了克服现有人工目视解译检测海洋溢油的不足，本发明提供一种基于MODIS光学遥感数据的海洋溢油检测算法对海洋溢油进行检测，以便为国家相关部门提供决策支持。本发明的技术方案为一种基于MODIS光学遥感数据的海洋溢油检测的计算方 法，包括如下步骤(1)根据公式SI = (b3-bl)/(b4-bl)计算出MODIS数据的光谱综合值Si，其中， bl，b3，b4为MODIS的第1、第3、第4波段光谱值(2)通过对MODIS光学遥感数据进行大量试验，分别得到标准海域溢油海面光谱 综合值SSOS和该海域溢油海面光谱综合值与其他水体的标准光谱综合值的差异△ SOSS ； 标准海域悬浮泥沙光谱综合值SSS和该海域悬浮泥沙光谱综合值与其他水体的标准光谱 综合值的差异ASSS ；标准海域纯洁海水光谱综合值SPW和该海域纯洁海水光谱综合值与 其他水体的标准光谱综合值的差异ASPW(3)基于(1)、⑵得到的结果根据公式SSOI = EXP [-(SI-SOSS) 2/2 X ASOSS2]计算出MODIS数据的海面溢油指 数 SSOI根据公式SSI =EXP[-(SI-SSS)2/2X ASSS2]计算出MODIS数据的悬浮泥沙指数 SSI根据公式SWPI = EXP[-(SI-SPff)2/2X Δ SPff2]计算出MODIS数据的海水纯度指数 SffPI ；(4)基于第(3)步计算结果，按照判断标准，判断是否为海洋溢油本发明提出的应用MODIS光学遥感数据对海洋溢油进行检测的方法，利用MODIS 的光谱特性，通过对海洋溢油指数、悬浮泥沙指数、海水纯度指数的计算，经判断标准分析 来检测海洋溢油。比用人工目视解译来检测溢油更加快速、准确。消除了人为的主观因素。
具体实施例方式利用本发明对渤海曹妃甸海域某次海洋溢油进行检测。曹妃甸位于渤海湾西部水深较大的海域，东经118° 30' 50〃 118° 59' 12"、 北纬 38° 55' 11〃 39° 10' 47〃。以下数据处理使用是美国ITT Visual Information Solutions公司ENVI作为平 台。1.数据准备本发明的实施例中获取的是经过系统级校正的MODIS光学卫星遥感图像，成像 于 2006 年 3 月 23 日 0300 (UTM)时亥 lj，东经 119 ° 08' 50〃 119° 35' 12"、北纬 38° 26' 11〃 39° 10' 47〃，空间分辨率为500m。选择第7、第2、第1波段，合成假彩 色的卫星图像。2.疑似溢油区域选择根据(1)所得到的结果，应用ENVI的ROI来选取疑似溢油区域。3. MODIS光学遥感数据的海洋溢油检测算法(I)MODIS数据光谱综合值计算MODIS数据光谱综合值计算公式为=SI = (b3_bl) / (b4_bl)，其中，bl, b3，b4为MODIS的第1、第3、第4波段光谱值。首先应用ENVI软件ROI Tool的Stats统计MODIS的 第1、第3、第4波段光谱值，再应用ENVI软件band math计算结果为SI = (b3-bl)/(b4-bl)= (0. 093337-0. 051316)/(0. 079541-0.051316)= 3. 125081(2)海洋溢油指数计算MODIS 数据海面溢油指数计算公式为SS0I = EXP [-(SI-SOSS) 2/2 X Δ SOSS2]，其 中SI为MODIS数据光谱综合值，SOSS为该海域的标准溢油海面光谱综合值，即溢油处的光 谱综合值，渤海湾值为3。ASOSS为该海域标准溢油海面光谱综合值与其他水体的标准光 谱综合值的差异，该区域值为1。应用ENVI软件band math计算结果为SSOI = EXP [- (SI-SOSS) 2/2 X Δ SOSS2]= EXP [- (3. 125081-3) 2/2 X I2]= EXP (-0. 007822)= 0. 992209(3)悬浮泥沙指数计算MODIS数据海面溢油指数计算公式为SSI =EXP [-(SI-SSS) 2/2 X Δ SSS2]，其中SI 为MODIS数据光谱综合值，SSS为该海域的标准悬浮泥沙光谱综合值，即典型悬浮泥沙海水 的光谱综合值，渤海湾值为12。Δ SSS为该海域标准悬浮泥沙光谱综合值与其他水体的标 准光谱综合值的差异，该区域值为9。应用ENVI软件band math计算结果为SSI = EXP [- (SI-SSS) 2/2 X Δ SSS2]= EXP [- (3. 125081-12) 2/2 X 92]= EXP (-0. 486198)= 0. 614960(4)海水纯度指数计算MODIS数据海面溢油指数计算公式为SWPI = EXP [-(SI-SPW) 2/2 X Δ SPW2]，其中 SI为MODIS数据光谱综合值，SPW为该海域的标准纯洁海水光谱综合值，即纯洁海水的光谱 综合值，渤海湾值为2。△ SPW为该海域标准纯洁海水光谱综合值与其他水体的标准光谱综 合值的差异，该区域值为1。应用ENVI软件band math计算结果为SffPI = EXP [- (SI-SPff) 2/2 X Δ SPff2]= EXP [- (3. 125081-2) 2/2 X I2]= EXP (-0. 632904)= 0. 5310484.分析结果由计算结果可以得到SSOI > SSI > SWPI，即海面溢油可能性大于泥沙悬浮和清洁 海水，且海面溢油指数SSOI逼近于1。根据判断标准，2006年3月23日曹妃甸海域，东经 119° 08' 50〃 119° 35' 12"、北纬 38° 26' 11〃 39° 10' 47〃 处发生溢油，与 事实相符。
权利要求
一种基于MODIS光学遥感数据的海洋溢油检测方法，其特征在于，通过对MODIS光学遥感数据的波段光谱值的计算，并计算海洋溢油指数、悬浮泥沙指数和海水纯度指数来检测海洋溢油，所述海洋溢油检测方法包括如下步骤(1)根据公式SI＝(b3-b1)/(b4-b1)计算出MODIS数据的光谱综合值SI，其中，b1，b3，b4为MODIS的第1、第3、第4波段光谱值(2)通过对MODIS光学遥感数据进行大量试验分别得到标准海域溢油海面光谱综合值SSOS和该海域溢油海面光谱综合值与其他水体的标准光谱综合值的差异ΔSOSS标准海域悬浮泥沙光谱综合值SSS和该海域悬浮泥沙光谱综合值与其他水体的标准光谱综合值的差异ΔSSS标准海域纯洁海水光谱综合值SPW和该海域纯洁海水光谱综合值与其他水体的标准光谱综合值的差异ΔSPW(3)基于(1)、(2)计算结果，根据公式SSOI＝EXP[-(SI-SOSS)2/2×ΔSOSS2]计算出MODIS数据的海面溢油指数SSOI根据公式SSI＝EXP[-(SI-SSS)2/2×ΔSSS2]计算出MODIS数据的悬浮泥沙指数SSI根据公式SWPI＝EXP[-(SI-SPW)2/2×ΔSPW2]计算出MODIS数据的海水纯度指数SWPI；(4)基于第(3)步计算结果，按照判断标准，判断是否为海洋溢油，从而达到对海洋溢油的检测。
全文摘要
本发明涉及一种海洋溢油检测方法，特别涉及一种基于MODIS光学遥感数据的海洋溢油检测算法。本发明步骤为计算MODIS光学遥感数据的光谱综合值SI，然后应用MODIS光学遥感数据的海洋溢油检测算法计算得到海面溢油指数SSOI，悬浮泥沙指数SSI和海水纯度指数SWPI，基于溢油检测算法结果，按照判断标准来检测海洋溢油。本发明提高了海洋溢油检测的准确度和精度。
文档编号G01S13/89GK101881829SQ200910083679
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者周成虎, 苏伟光, 苏奋振 申请人:中国科学院地理科学与资源研究所