RU2143108C1 - Remote laser method of detection of oil film on water surface - Google Patents
Remote laser method of detection of oil film on water surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2143108C1 RU2143108C1 RU97112674A RU97112674A RU2143108C1 RU 2143108 C1 RU2143108 C1 RU 2143108C1 RU 97112674 A RU97112674 A RU 97112674A RU 97112674 A RU97112674 A RU 97112674A RU 2143108 C1 RU2143108 C1 RU 2143108C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water surface
- oil film
- duration
- energy
- detection
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-контроля разливов нефти и нефтепродуктов в морях и внутренних водоемах. The invention relates to measuring equipment and can be used for express control of oil spills and oil products in the seas and inland waters.
Известен способ обнаружения нефтяной пленки на поверхности воды, заключающийся в том, что исследуемую поверхность облучают оптическим излучением и регистрируют интенсивность отраженного излучения в разных спектральных диапазонах [1]. A known method of detecting an oil film on a water surface, which consists in the fact that the test surface is irradiated with optical radiation and register the intensity of the reflected radiation in different spectral ranges [1].
Недостатком этого способа является его малая оперативность и вследствие этого слабая пригодность к дистанционным измерениям, предназначенным для контроля больших акваторий. The disadvantage of this method is its low efficiency and, as a result, poor suitability for remote measurements designed to control large areas of water.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ [2] обнаружения нефтяной пленки на поверхности воды, в котором исследуемую водную поверхность облучают импульсным пучком оптического излучения, принимают отраженный сигнал и проводят сравнение сигналов, отраженных от поверхности чистой и исследуемой воды, выбирая в качестве параметра сравнения количество импульсных сигналов N, превысивших порог срабатывания анализатора. При N ≥ Nb судят о наличии нефтяной пленки, а при N < Nb об ее отсутствии (где Nb - число, характеризующее вероятность приема отраженных сигналов в условиях волнения).Closest to the invention in technical essence is a method [2] for detecting an oil film on a water surface, in which the studied water surface is irradiated with a pulsed beam of optical radiation, a reflected signal is received, and signals reflected from the surface of pure and test water are compared, choosing as a parameter comparing the number of pulsed signals N that exceeded the analyzer threshold. For N ≥ N b, the presence of an oil film is judged, and for N <N b , its absence (where N b is the number characterizing the probability of receiving reflected signals under waves).
Недостатком этого способа обнаружения нефтяной пленки является невысокая достоверность обнаружения. The disadvantage of this method of detecting an oil film is the low reliability of detection.
Избежать этого недостатка можно тем, что согласно способу обнаружения нефтяной пленки на поверхности водоемов, включающему облучение поверхности воды импульсным пучком оптического излучения, прием отраженного сигнала и последующее сравнение сигналов, отраженных от поверхности чистой и исследуемой воды, в качестве параметров отраженного излучения выбирают энергию W и длительность эхо-импульса τ, регистрируемого приемником, а о наличии нефтяной пленки судят по выполнению одновременно двух соотношений:
W > W0,
τ < τo,
где W, W0 и τ,τo - соответственно энергии и длительности эхо-импульса, регистрируемого приемником от исследуемой и чистой водных поверхностей.This disadvantage can be avoided by the fact that, according to a method for detecting an oil film on the surface of water bodies, which includes irradiating the water surface with a pulsed beam of optical radiation, receiving a reflected signal and then comparing the signals reflected from the surface of the pure and test water, choose the energy W and the duration of the echo pulse τ recorded by the receiver, and the presence of an oil film is judged by the fulfillment of two ratios simultaneously:
W> W 0 ,
τ <τ o ,
where W, W 0 and τ, τ o are the energy and duration of the echo pulse recorded by the receiver from the studied and clean water surfaces, respectively.
Наличие отличительных признаков указывает на соответствие критерию "новизна". The presence of distinctive features indicates compliance with the criterion of "novelty."
Указанные отличительные признаки известны в научно-технической и патентной литературе лишь частично [2-4] (известны варианты использования в качестве параметра интенсивности отраженного излучения, которая является энергетической характеристикой отраженного излучения, как и энергия эхо-импульса), их совокупность неизвестна в научно-технической и патентной литературе, и поэтому предложенное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень". These distinguishing features are known in the scientific, technical and patent literature only partially [2-4] (there are known options for using the intensity of reflected radiation, which is the energy characteristic of reflected radiation, as well as the energy of an echo pulse), their combination is unknown in scientific technical and patent literature, and therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".
На чертеже схематично изображено устройство, реализующее предлагаемый способ. The drawing schematically shows a device that implements the proposed method.
Устройство содержит импульсный лазерный источник 1, фотоприемник 2, блок 3 вычисления энергии W и длительности τ эхо-импульса, регистрируемого приемником, блок 4 сравнения энергии и длительности эхо-импульса, отраженного от исследуемой поверхности 5 и от чистой водной поверхности. The device comprises a pulsed laser source 1, a photodetector 2, a unit 3 for calculating the energy W and the duration τ of the echo pulse detected by the receiver, a unit 4 for comparing the energy and duration of the echo pulse reflected from the test surface 5 and from a clean water surface.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Зондирующее импульсное лазерное излучение отражается исследуемой водной поверхностью, интенсивность отраженного излучения регистрируется фотоприемником 2, сигнал с фотоприемника поступает в блок 3 вычисления энергии W и длительности τ эхо-импульса. Затем вычисленные энергия W и длительность τ эхо-импульса, отраженного от исследуемой водной поверхности, сравнивают в блоке сравнения 4 с энергией и длительностью эхо-импульса, отраженного от чистой водной поверхности, которые хранятся в памяти упомянутого блока сравнения. The probe pulsed laser radiation is reflected by the studied water surface, the intensity of the reflected radiation is detected by the photodetector 2, the signal from the photodetector is fed to the unit 3 for calculating the energy W and the duration τ of the echo pulse. Then, the calculated energy W and the duration τ of the echo pulse reflected from the investigated water surface are compared in the comparison unit 4 with the energy and duration of the echo pulse reflected from the clean water surface, which are stored in the memory of the said comparison block.
Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показывают, что физической основой дистанционного обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности методом лазерного зондирования является наличие контраста яркости отраженного излучения от чистой водной поверхности и водной поверхности, покрытой пленкой нефти. Контраст обусловлен двумя причинами: нефтяная пленка имеет другой коэффициент отражения, чем граница раздела воздух - вода, и нефтяная пленка сглаживает волнение водной поверхности. Контроль только одного из этих эффектов уменьшает достоверность обнаружения нефтяных загрязнений: область со сглаженным ветровым волнением может быть бликом на водной поверхности или ветровой тенью за островом или высоким берегом; коэффициент отражения от водной поверхности может меняться не только из-за нефтяных загрязнений, но и из-за наличия пены на водной поверхности, пленки биологического происхождения, водорослей и т.п. Для повышения достоверности обнаружения нефтяных загрязнений необходимо контролировать наличие одновременно двух эффектов - сглаживания ветрового волнения и изменения коэффициента отражения водной поверхности. Это достигается выбором в качестве статистических параметров энергии W (для контроля изменения коэффициента отражения водной поверхности) и длительности τ эхо-импульса, регистрируемого приемником (для контроля сглаживания ветрового волнения). Theoretical calculations and experimental studies show that the physical basis for the remote detection of oil films on a water surface by laser sensing is the contrast of the brightness of the reflected radiation from a clean water surface and a water surface covered with an oil film. The contrast is due to two reasons: the oil film has a different reflection coefficient than the air-water interface, and the oil film smoothes the excitement of the water surface. Monitoring only one of these effects reduces the reliability of detection of oil pollution: an area with smoothed wind waves can be a glare on the water surface or a wind shadow behind an island or a high shore; the reflection coefficient from the water surface can vary not only due to oil pollution, but also due to the presence of foam on the water surface, films of biological origin, algae, etc. To increase the reliability of detection of oil pollution, it is necessary to control the presence of two effects simultaneously - smoothing wind waves and changing the reflection coefficient of the water surface. This is achieved by choosing the statistical energy parameters W (to control the change in the reflection coefficient of the water surface) and the duration τ of the echo pulse recorded by the receiver (to control the smoothing of wind waves).
Таким образом, выбор в качестве статистических параметров энергии W и длительности τ эхо-импульса, регистрируемого приемником, позволяет существенно повысить достоверность обнаружения нефтяной пленки на поверхности воды при дистанционных измерениях. Thus, the choice of statistical parameters of the energy W and the duration τ of the echo pulse recorded by the receiver can significantly increase the reliability of the detection of an oil film on the water surface during remote measurements.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи увеличения надежности обнаружения нефтяных загрязнений на водной поверхности. Известные способы обнаружения нефтяной пленки на поверхности воды могут ошибочно идентифицировать как "нефтяные загрязнения" участки водной поверхности со сглаженным ветровым волнением (такие как блик на водной поверхности, ветровая тень за островом или высоким берегом) и области с высоким коэффициентом отражения (например, из-за наличия пены на водной поверхности, пленки биологического происхождения, водорослей и т.п.). The invention is aimed at solving the problem of increasing the reliability of detection of oil pollution on the water surface. Known methods for detecting an oil film on a water surface may erroneously identify areas of a water surface with smooth wind waves (such as glare on a water surface, a wind shadow behind an island or a high shore) and areas with a high reflection coefficient (for example, due to the presence of foam on the water surface, films of biological origin, algae, etc.).
Разработанный алгоритм обнаружения позволяет с высокой достоверностью идентифицировать нефтяные загрязнения на водной поверхности, так как отличает нефтяные загрязнения от областей со сглаженным ветровым волнением и областей с высоким коэффициентом отражения. The developed detection algorithm makes it possible to identify oil pollution on the water surface with high reliability, as it distinguishes oil pollution from areas with smoothed wind waves and areas with a high reflection coefficient.
Данное устройство может быть собрано на предприятиях РФ из компонентов и узлов, изготавливаемых в РФ, и соответствует критерию "промышленная применимость". This device can be assembled at the enterprises of the Russian Federation from components and assemblies manufactured in the Russian Federation, and meets the criterion of "industrial applicability".
Источники информации
1. Крылова Т.В. Интерференционные покрытия. - Л.: Машиностроение, 1973, с. 174-190.Sources of information
1. Krylova T.V. Interference coatings. - L .: Engineering, 1973, p. 174-190.
2. Авторское свидетельство СССР N 1354073, кл. G 01 N 21/55, 1987. 2. USSR copyright certificate N 1354073, cl. G 01 N 21/55, 1987.
3. Радиофизический мониторинг загрязнений природной среды / Белов М.Л., Городничев В.А., Козинцев В.И. и др. - М.: Аргус, 1994, 107 с. 3. Radiophysical monitoring of environmental pollution / Belov M. L., Gorodnichev V. A., Kozintsev V. I. et al. - M.: Argus, 1994, 107 pp.
4. Кропоткин М.А. и др. Применение для обнаружения поверхностных нефтяных загрязнений внутренних водоемов оптического локатора на основе прожектора видимого света. // Водные ресурсы, 1980, N 6, с. 167-171. 4. Kropotkin M.A. and other applications for the detection of surface oil pollution of inland water bodies of an optical locator based on a visible light projector. // Water resources, 1980, N 6, p. 167-171.
Claims (1)
W > W0,
τ < τo,
где W, W0 и τ, τo - соответственно энергии и длительности эхо-импульса, регистрируемого приемником от исследуемой и чистой водной поверхностей.A remote method for detecting an oil film on a water surface by irradiating the water surface with a pulsed beam of optical radiation and receiving a reflected signal, followed by comparing the signals reflected from the surface of pure and test water, characterized in that the energy W and the duration of the echo pulse are selected as parameters of the reflected radiation τ, and the presence of an oil film is judged by the fulfillment of two ratios simultaneously
W> W 0 ,
τ <τ o ,
where W, W 0 and τ, τ o are the energy and duration of the echo pulse recorded by the receiver from the investigated and clean water surfaces, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97112674A RU2143108C1 (en) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | Remote laser method of detection of oil film on water surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97112674A RU2143108C1 (en) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | Remote laser method of detection of oil film on water surface |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97112674A RU97112674A (en) | 1999-06-10 |
RU2143108C1 true RU2143108C1 (en) | 1999-12-20 |
Family
ID=20195642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97112674A RU2143108C1 (en) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | Remote laser method of detection of oil film on water surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2143108C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2800809C1 (en) * | 2023-04-03 | 2023-07-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method for detecting oil films on the water surface |
-
1997
- 1997-07-28 RU RU97112674A patent/RU2143108C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2800809C1 (en) * | 2023-04-03 | 2023-07-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method for detecting oil films on the water surface |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2298169C1 (en) | Bi-spectral method for remotely finding oil spills on water surface | |
ATE220202T1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING AN ANALYTE IN A SCATTERING MATRIX | |
CN111077537B (en) | Sounding echo optimization classification method and device | |
CN111077536A (en) | Ocean laser radar detection echo classification method and device | |
US20120099398A1 (en) | Remote flooded member detection | |
KR20200057998A (en) | Apparatus for detecting oil spill | |
KR101879641B1 (en) | Turbidity Measuring Method By Using Airbone Bathymetry LIDAR Wave Form Analysis | |
US6753529B2 (en) | Multiple wavelength microwave-enhanced infrared thermography | |
RU2548122C1 (en) | Remote determination of open water pool surface contamination | |
RU2143108C1 (en) | Remote laser method of detection of oil film on water surface | |
Gong et al. | Detecting submerged objects by Brillouin scattering | |
US9702819B1 (en) | Surface vessel wake detection | |
RU2300077C1 (en) | Remote method of measuring thickness of oil product thick films onto water surface | |
RU2387977C1 (en) | Non contact method for detection of oil pollutions on water surface | |
JPH11295241A (en) | Method and equipment for inspecting surface flaw | |
RU2347210C1 (en) | Two-angular remote method of detection of oil pollution on water surface | |
US5926270A (en) | System and method for the remote detection of organic material in ice in situ | |
Tao et al. | Precise detection of water surface through the analysis of a single green waveform from bathymetry LiDAR | |
JP2001165850A (en) | Oil film detector | |
RU2659615C2 (en) | Luminous objects detection system | |
JPH11295239A (en) | Method and equipment for inspecting surface flaw | |
SU1091020A2 (en) | Method of measuring profile of two media separation boundary | |
JPS626164A (en) | Ultrasonic inspection method for recesses corner part and its device | |
SU1659707A1 (en) | Method of determining profiles of sea surfaces | |
Dimaunahan et al. | An arduino-based self-sustaining buoy prototype for a non-contact infrared sensor system raw crude oil detector |