[发明专利]一种溢油监测的机载高光谱成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱成像领域，特别涉及无人机搭载高光谱成像系统及方法。

背景技术

溢油污染会对海洋环境造成重大影响，给航道运输和沿海经济活动带来危害，已引起各国政府部门的高度重视。针对江河湖海的水面溢油污染，建立对各种水面航道的长期监测就显得极为重要。

目前溢油监测的主要手段包括卫星监测、海巡艇巡航监测、定点安放监测设备等监测手段，应用多光谱成像、SAR图像监测、激光激发荧光光谱、现场抽样分析等监测技术。现有技术中，采用卫星来监测可以大范围覆盖、可以全天时、全天候工作但具有重访周期，难以满足航道水面监测时效性需求，对小区域、针对性固定航道区域的高精度水体实时监测也很不灵活。

对此的研究大多是通过定点安装监测设备、停船现场抽样分析和机载平台监测等手段，比如四川优的科技有限公司的专利基于近红外光电传感技术的溢油监测系统(申请号201220211467.7)是以浮标的形式定点投放到海面工作；北京康达环境工程有限公司的发明专利一种事故溢油应急监测报警系统(申请号201210369121.4)通过安放多个测油传感器到水中，采集油含量、水中化学需氧量和油层厚度等信息进行处理；青岛华海环保工业有限公司的发明专利一种水面溢油监测报警系统(申请号201010145309.1)同样也是在指定监测区域安装溢油传感器和声光报警器等装置实现溢油监测报警。以上发明适合在如港口、井台等针对性小区域监测而对于错综复杂的水运航道等显得力不从心。

大连海事大学的发明专利机载激光荧光海上油污探测装置(申请号200920016032.5)，该激光器用于发射一定波长的紫外光照射于探测物表面，探测物表面受激后发射的荧光通过望远镜放大被光谱仪接收，光谱仪接收荧光后分析光谱特征用于分析探测物类别，但监测检测精度不高，该专利是非成像方式探测，对溢油区域的位置监测不够直观，另外激光器工作前需要预热15分钟，不适用中小型无人机，飞行成本比较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种溢油监测的机载高光谱成像系统及方法，具有体积小、重量轻、功耗低、具有机动性和紧凑型、集成度高、监测精度高和实时性等特点，适用于河流湖泊及海洋航道等水域的灵活、实时、精确监测，同时能够满足多种航空飞行平台的需求。本发明利用搭载在飞机上的高分辨率的高光谱成像技术，实现了成像和光谱分析技术相结合可以对特定水面区域或针对性航道等实施更为有效精准的溢油污染、水面悬浮物和藻类浮游物等水面污染监测，也是控制海洋污染，保护海洋环境的有效措施。

作为一种溢油监测的机载高光谱成像系统，本发明实现的系统主要包括：包括：高光谱成像光谱仪、数据采集控制设备、GPS辅助惯导、GPS天线、减震平台，其中所述高光谱成像光谱仪通过网口与所述数据采集控制设备连接，将拍摄的航道水域高光谱图像数据通过网口传输并存储在所述数据采集控制设备中，同时所述数据采集控制设备控制所述高光谱成像仪的工作状态；所述数据采集设备通过GPIO接口与机上飞控制系统相连接，接收飞控系统发来的指令，控制所述高光谱成像光谱仪的开启和关闭及高光谱数据的存储；所述GPS辅助惯导通过RS232串口与所述数据采集控制设备相连接，将记录飞机的飞行姿态和位置信息，并且与光谱数据同步传输给所述数据采集控制设备，用于后续的光谱图像数据处理；所述高光谱成像光谱仪、所述数据采集控制设备、所述GPS辅助惯导、所述GPS天线安装在所述减震平台上。

所述GPS天线安装在飞机顶端或尾端的机壳外面，所述GPS天线接收的信号通过SMA接口连接到所述GPS辅助惯导上。

所述高光谱成像光谱仪的镜头方向垂直向下或倾斜放置，而GPS辅助惯导需要沿飞行方向水平安装。

还包括电源，为设备自带电源(电池)，所述电源与所述高光谱成像光谱仪、所述数据采集控制设备和所述GPS辅助惯导连接，并为其供电。

所述减震平台由4个减震器和一个机械的转接板组成，所述转接板用于与飞机相连，通过机械连接接口与飞机相连接。

所述高光谱成像光谱仪、所述数据采集控制设备、所述GPS辅助惯导、所述GPS天线通过安装支架高度集成在所述减震平台上。

减震平台可根据实际情况，搭配不同的机型，使其更好的与不同飞行平台进行连接和固定。

一种溢油监测的机载高光谱成像方法，包括下述步骤：