航天遥感监测油料火灾污染环境行为的理论与方法

我国拥有油库数量众多且规模日益扩大，油库发生火灾爆炸事故的概率高、危害极大。现有油库火灾污染监测手段主要以地面现场监测为主，总体技术水平滞后，难以满足需要。航天遥感是快速、实时、动态、省时省力监测大范围油库火灾污染的途径。国内外鲜有学者开展突发油库火灾污染航天遥感监测研究，缺乏航天遥感监测油库火灾污染的理论与方法。

本书阐述的内容是作者近年来承担的国家自然科学基金面上项目“航天遥感监测油库火灾污染环境行为的理论与方法研究”和国家863计划课题（军口）中部分关键研究成果的积累，同时得到了“中央支持地方高校市政工程重点学科、自治区优质本科专业给排水科学与工程项目经费资助”。现将部分研究成果进行系统整理后分享给读者。

本书共分9章，第1章综述了航天遥感监测各类火灾事故的国内外研究现状并分析了油料火灾污染特征。第2章阐述了油料燃烧火焰特征光谱分析，提出了油料池火焰识别指数OPFDI。第3章为基于天-空-地一体化平台的油池火遥感监测实验研究。第4章对多起油库火灾事故的Landsat 8影像进行了分析，提出了油料火灾火点及烟气遥感监测识别方法。第5章提出了采用Landsat 8 OLI影像第7波段构建油库火灾温度反演模型。第6章提出了一种基于小波与分水岭变换的遥感图像分割方法，可准确快速地提取油库目标，为后续模拟预测油库火灾污染提供几何建模依据。第7章为基于航天遥感信息的油库火灾大气污染预测与评估研究，并开发了相应的软件分析模块。第8章对地表溢油污染的航天遥感探测识别进行了初步探索研究，以实现及时发现油料泄漏事故从而减少发生火灾爆炸二次事故的风险。第9章对已有研究成果进行了总结。

本书各章分工如下：第1章由陈志莉、唐瑾、刘洪涛和刘强撰写；第2章由刘洪涛和刘强撰写；第3章由杨毅、陈志莉、刘强和唐瑾撰写；第4、第5章由刘洪涛、胡谭高和陈志莉撰写；第6章由胡谭高撰写；第7章由刘强和陈志莉撰写；第8章由尹文琦、刘强和宁甲练撰写；全书由陈志莉、刘强、杨毅和宁甲练统稿。

本书的相关研究得到了周志鑫院士、孟新研究员、万志龙研究员、李为民教授、程承旗教授、李秉秋研究员、张学庆研究员、杨震研究员等专家的无私指点与帮助，在此表示衷心的感谢。本书的出版得到了桂林理工大学出版基金的资助，另感谢桂林理工大学环境科学与工程学院在本书出版过程中给予的支持与帮助。

由于作者水平所限，书中不妥之处在所难免，恳请各位专家与读者批评指正。

著者

2019年1月

第1章绪论001

1.1研究背景001

1.2国内外研究现状002

1.2.1基于AVHRR数据的火灾监测研究002

1.2.2基于MODIS数据的火灾监测研究003

1.2.3基于Landsat卫星数据的火灾监测分析005

1.3油料火灾污染特征分析006

第2章油料燃烧火焰特征光谱分析及提取方法研究008

2.1紫外-近红外波段范围内油料池火焰光谱特性研究008

2.1.1实验方法008

2.1.2油料池火焰光谱特性分析009

2.1.3油料池火焰光谱强度研究分析012

2.1.4其他燃料火焰光谱特性分析014

2.2近红外-中红外波段范围内油料火焰光谱特性研究017

2.2.1实验仪器与材料017

2.2.2各油品及混合油品池火焰光谱特性分析018

2.2.3油料池火焰不同燃烧区域光谱特性分析022

2.2.4其他燃料火焰光谱特性分析027

2.2.5油料池火焰识别指数的构建研究031

2.2.6各燃料火焰光谱实验结果的讨论032

2.3小结033

第3章基于天-空-地一体化平台的油池火遥感监测实验研究035

3.1实验平台设计及数据获取035

3.1.1天-空-地一体化的外场实验设计035

3.1.2数据获取038

3.1.3实验过程及结果分析046

3.2油料燃烧烟气斑块提取研究066

3.2.1影像分割预处理067

3.2.2改进的分水岭算法提取烟气斑块信息071

3.3小结073

第4章基于Landsat 8数据的油料火点及烟气遥感监测识别研究075

4.1国内外油料火灾事故的Landsat 8卫星影像数据075

4.1.1江苏省靖江市德桥仓储公司“4·22”油料火灾事故075

4.1.2乌克兰基辅州油库火灾爆炸事故075

4.1.3伊拉克反政府武装组织攻打一炼油厂事故077

4.1.4伊拉克油井大火事故077

4.2油料火灾火点像元识别研究078

4.2.1火点像元识别的理论分析078

4.2.2火灾区域像元光谱特征分析083

4.2.3PCA-SVM分类模型识别火点像元研究086

4.2.4基于影像波段信息的火点像元识别分析092

4.3油料火灾烟气的遥感监测研究105

4.3.1油料火灾烟气光谱特性分析105

4.3.2油料火灾烟气识别指数的构建分析106

4.3.3基于影像分割的油料火灾烟气斑块提取研究108

4.4小结111

第5章基于航天遥感影像的油库火灾温度反演研究113

5.1Landsat 8 OLI第7波段数据反演火焰温度可行性分析113

5.2油料火焰温度反演模型的构建与分析114

5.3油料火灾事故火焰温度反演结果研究分析116

5.3.1乌克兰基辅州油库火灾事故火焰温度反演结果116

5.3.2伊拉克炼油厂火灾事故火焰温度反演结果117

5.3.3伊拉克油井大火事故火焰温度反演结果117

5.3.4热红外波段数据火焰温度反演结果分析118

5.3.5油料火焰温度反演结果的讨论119

5.4小结120

第6章油库目标遥感监测快速提取模型研究122

6.1研究区概况和数据122

6.1.1研究区概况122

6.1.2研究数据123

6.2方法123

6.2.1油库目标灰度值对比增强124

6.2.2小波变换124

6.2.3平滑逼近图像梯度计算125

6.2.4分水岭分割127

6.2.5图像重构129

6.2.6重构图像后处理129

6.2.7油库目标识别结果130

6.3小结131

第7章基于航天遥感信息的油库火灾大气污染预测与评估研究133

7.1油库火灾大气污染预测数值模拟研究133

7.1.1油库火灾爆炸大气污染影响因素模拟仿真研究134

7.1.2真实环境条件下油库火灾污染研究方法141

7.1.3真实环境条件下油库火灾污染研究成果147

7.2基于遥感技术的油库火灾爆炸大气污染破坏评估研究156

7.2.1基于遥感技术的油库火灾爆炸大气污染损害研究157

7.2.2外场实验案例分析161

7.2.3油库火灾下的环境及人员伤害的评估模式开发163

7.3油库火灾爆炸大气污染模拟预测与评估的专用软件模块的研制165

7.3.1总体设计165

7.3.2系统功能展示167

7.4小结178

第8章航天遥感探测识别地表溢油污染的初步探索研究180

8.1基于室内测量的石油烃污染土壤的光谱特征研究180

8.1.1实验设计180

8.1.2光谱特征分析182

8.2基于野外实测的石油烃污染土壤的光谱特征研究192

8.2.1野外光谱数据的获取及数据处理193

8.2.2野外实测光谱特征分析197

8.2.3野外实测光谱特征与室内光谱特征比较205

8.3基于雷达影像的油库溢油识别研究211

8.3.1基于雷达的监测方法研究211

8.3.2基于雷达的监测结果分析212

8.4小结213

第9章总结215

参考文献218