RU2800809C1 - Method for detecting oil films on the water surface - Google Patents
Method for detecting oil films on the water surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800809C1 RU2800809C1 RU2023108241A RU2023108241A RU2800809C1 RU 2800809 C1 RU2800809 C1 RU 2800809C1 RU 2023108241 A RU2023108241 A RU 2023108241A RU 2023108241 A RU2023108241 A RU 2023108241A RU 2800809 C1 RU2800809 C1 RU 2800809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oil
- water surface
- reflection coefficient
- power
- water
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области оптической локации и может быть использовано для мониторинга водной поверхности акваторий с целью обнаружения нефтяных пленок.The present invention relates to the field of optical location and can be used to monitor the water surface of water areas in order to detect oil films.
Важной задачей экологического мониторинга водной поверхности является задача обнаружения разливов нефти. Особенно актуально решение указанной задачи для акваторий сравнительно небольших размеров, в которых осуществляется интенсивное судоходство и возможны несанкционированные сбросы нефтепродуктов в воду. При этом используют оптические локаторы (лидары), размещаемые на стационарных объектах вблизи морской поверхности, например на опорах мостов, для обеспечения непрерывного экологического контроля.An important task of environmental monitoring of the water surface is the task of detecting oil spills. The solution of this problem is especially important for relatively small water areas, where intensive navigation is carried out and unauthorized discharges of oil products into the water are possible. In this case, optical radars (lidars) are used, placed on stationary objects near the sea surface, for example, on bridge supports, to ensure continuous environmental monitoring.
В процессе растекания на водной поверхности толщина пленки нефти уменьшается с течением времени до значений порядка нескольких микрометров, что требует создания более совершенных средств обнаружения. In the process of spreading on the water surface, the thickness of the oil film decreases over time to values of the order of several micrometers, which requires the creation of more advanced detection tools.
Физической основой дистанционного обнаружения пленок нефти на водной поверхности с помощью лидара является различие характеристик сигналов оптического излучения, отраженных от чистой водной поверхности и водной поверхности, покрытой нефтяной пленкой. Указанное различие обусловлено отличием показателей преломления нефти и воды, а также эффектом сглаживанием рельефа водной поверхности пленкой нефти. The physical basis for the remote detection of oil films on the water surface using lidar is the difference in the characteristics of optical radiation signals reflected from a clean water surface and a water surface covered with an oil film. This difference is due to the difference in the refractive indices of oil and water, as well as the effect of smoothing the relief of the water surface by the oil film.
В случае нефтяных пленок большой толщины проникновением оптического излучения в пленку пренебрегают и для обнаружения пленки нефти на водной поверхности используют пороговый метод. Поскольку коэффициент отражения от нефтяной пленки (граница раздела сред «воздух - нефть») будет всегда больше, чем коэффициент отражения от границы раздела «воздух - вода», значение последнего используют в качестве порога при обнаружении. In the case of thick oil films, the penetration of optical radiation into the film is neglected and the threshold method is used to detect an oil film on the water surface. Since the reflection coefficient from the oil film (air-oil interface) will always be greater than the reflection coefficient from the air-water interface, the value of the latter is used as the detection threshold.
Для случая тонких пленок толщиною до 10 мкм (Козинцев В.И. и др. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002, с. 229-232) отражение оптического излучение происходит от границы раздела сред «воздух - нефть - вода», и коэффициент отражения носит осциллирующий характер из-за явления интерференции внутри пленки, в результате обнаружение последней становится затруднительным.For the case of thin films up to 10 µm thick (Kozintsev V.I. et al. Optoelectronic systems of ecological monitoring of the natural environment. M.: Izd. optical radiation comes from the interface between the media "air - oil - water", and the reflection coefficient is oscillating due to the phenomenon of interference inside the film, as a result, the detection of the latter becomes difficult.
Известен способ обнаружения нефтяной пленки на морской поверхности (Авторское свидетельство СССР №1354073, кл. G01N 21/55, 1987), заключающийся в том, что исследуемую водную поверхность облучают импульсным пучком оптического излучения, принимают отраженный сигнал и проводят сравнение сигналов, отраженных от чистой и исследуемой водной поверхности. В качестве параметра сравнения выбирается 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 сигналов.A known method for detecting an oil film on the sea surface (USSR Author's certificate No. 1354073, class G01N 21/55, 1987), which consists in the fact that the investigated water surface is irradiated with a pulsed beam of optical radiation, a reflected signal is received and a comparison of the signals reflected from a clean and the investigated water surface. The comparison parameter is the number of pulse signals N that exceeded the analyzer response threshold. When N≥Nb, the presence of an oil slick is judged, and when N<Nb, its absence is judged, where Nb is a number characterizing the probability of receiving signals.
Главным недостатком данного способа-аналога является отсутствие возможности обнаружения тонких нефтяных пленок на морской поверхности. Также недостатком является малая производительность поиска нефтяных пленок на водной поверхности, обусловленная малыми размерами зоны обзора.The main disadvantage of this analogue method is the inability to detect thin oil films on the sea surface. Also, a disadvantage is the low performance of the search for oil films on the water surface, due to the small size of the viewing area.
Известен способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды (Патент RU № 2387977 C1, G01N 21/55, 2008), включающий облучение исследуемой водной поверхности воды импульсным оптическим пучком с перестраиваемой в узком спектральном диапазоне длиной волны излучения, регистрацию излучения, отраженного от водной поверхности, определение по данным измерений зависимости мощности отраженного излучения от длины волны и нахождение на основе этой зависимости коэффициента отражения и его второй производной по длине волны. Принятие решения о наличии нефтяной пленки на водной поверхности производят по выполнению одновременно двух соотношений, в которые входят коэффициенты отражения от исследуемой и от чистой водной поверхности и вторые производные по длине волны коэффициента отражения от исследуемой и чистой водной поверхности.A known method for detecting oil pollution on the water surface (Patent RU No. 2387977 C1, G01N 21/55, 2008), including irradiation of the investigated water surface of water with a pulsed optical beam with a wavelength of radiation tunable in a narrow spectral range, registration of radiation reflected from the water surface, determining from the measurement data the dependence of the power of the reflected radiation on the wavelength and finding, on the basis of this dependence, the reflection coefficient and its second derivative with respect to the wavelength. The decision on the presence of an oil film on the water surface is made by simultaneously fulfilling two ratios, which include the reflection coefficients from the investigated and from the clean water surface and the second derivatives of the wavelength of the reflection coefficient from the investigated and clean water surfaces.
Главным недостатком данного способа-аналога является малая зона обзора, и как результат - малая производительность поиска нефтяных пленок на водной поверхности. Также недостатком является необходимость перестраивать длину волны излучения, что требует использования технически сложного лазера, что снижает надежность системы обнаружения.The main disadvantage of this analogous method is the small field of view, and as a result, the low performance of the search for oil films on the water surface. Another disadvantage is the need to tune the wavelength of the radiation, which requires the use of a technically complex laser, which reduces the reliability of the detection system.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому способу является способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности, следующий из технической реализации лидара OS1 High Resolution Imaging Ouster (https://data.ouster.io/downloads/datasheets/The closest analogue in technical essence to the proposed method is a method for detecting oil films on the water surface, following from the technical implementation of the OS1 High Resolution Imaging Ouster lidar (https://data.ouster.io/downloads/datasheets/
datasheet-rev06-v2p4-os1.pdf), в котором: ориентируют оси излучающей и приемной оптических систем лидара по нормали к плоскости водной поверхности в спокойном состоянии, формируют многолучевое лазерное импульсное излучение, облучают исследуемую водную поверхность импульсными оптическими сигналами в пределах совокупности из M сформированных лазерных лучей, где M – нечетное и , для каждого сформированного луча производят прием отраженного оптического сигнала, выполняют оптическую фильтрацию, преобразуют оптический сигнал в электрический, производят аналогово-цифровое преобразование, рассчитывают коэффициент отражения по мощности, по совокупности полученных за один цикл зондирования коэффициентов отражения формируют кадр изображения.datasheet-rev06-v2p4-os1.pdf), in which: the axes of the emitting and receiving optical systems of the lidar are oriented along the normal to the plane of the water surface in a calm state, multi-beam laser pulsed radiation is formed, the studied water surface is irradiated with pulsed optical signals within the set of M formed laser beams, where M is odd and , for each formed beam, the reflected optical signal is received, optical filtering is performed, the optical signal is converted into electrical, analog-to-digital conversion is performed, the reflection coefficient is calculated by power, the image frame is formed from the totality of the reflection coefficients obtained in one probing cycle.
Главным недостатком данного способа-прототипа является относительно низкая вероятность обнаружения тонких пленок нефти на водной поверхности, обусловленная осциллирующим характером зависимости коэффициента отражения от границы раздела сред «воздух-нефть-вода». Обнаружение пленок нефти выполняется путем анализа сформированного кадра изображения, содержащего данные по всем М лазерным лучам, при использовании порогового метода отдельно для каждого луча и принятием решения при наличии факта обнаружения в большинстве из М лазерных лучей. The main disadvantage of this prototype method is the relatively low probability of detecting thin films of oil on the water surface, due to the oscillating nature of the dependence of the reflection coefficient on the air-oil-water interface. The detection of oil films is performed by analyzing the formed image frame containing data for all M laser beams, using the threshold method separately for each beam and making a decision if there is a detection in most of the M laser beams.
Задачей изобретения является разработка способа обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности лидаром, обеспечивающего высокую вероятность обнаружения тонких пленок нефти на морской поверхности в сочетании с большой зоной обзора.The objective of the invention is to develop a method for detecting oil films on the water surface by lidar, which provides a high probability of detecting thin oil films on the sea surface in combination with a large viewing area.
Технический результат состоит в учете зависимости коэффициента отражения электромагнитных волн от границы раздела сред «воздух-нефть-вода» от угла облучения и толщины пленки при выполнении обнаружения. The technical result consists in taking into account the dependence of the reflection coefficient of electromagnetic waves on the interface between the media "air-oil-water" on the angle of exposure and film thickness when performing detection.
Для обеспечения указанного технического результата в известный способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности, в котором: ориентируют оси излучающей и приемной оптических систем лидара по нормали к плоскости водной поверхности в спокойном состоянии, формируют многолучевое лазерное импульсное излучение, облучают исследуемую водную поверхность импульсными оптическими сигналами в пределах совокупности из M сформированных лазерных лучей, где M – нечетное и , для каждого сформированного луча производят прием отраженного оптического сигнала, выполняют оптическую фильтрацию, преобразуют оптический сигнал в электрический, производят аналогово-цифровое преобразование, рассчитывают коэффициент отражения по мощности, по совокупности полученных за один цикл зондирования коэффициентов отражения формируют кадр изображения, введены новые признаки: To ensure the specified technical result in a known method for detecting oil films on a water surface, in which: the axes of the emitting and receiving optical systems of the lidar are oriented along the normal to the plane of the water surface in a calm state, multibeam laser pulsed radiation is formed, the investigated water surface is irradiated with pulsed optical signals in within the set of M generated laser beams, where M is odd and , for each formed beam, the reflected optical signal is received, optical filtering is performed, the optical signal is converted into an electrical signal, analog-to-digital conversion is performed, the reflection coefficient is calculated by power, an image frame is formed from the totality of the reflection coefficients obtained in one probing cycle, new features are introduced:
- устанавливают датчик температуры и влажности воздуха в месте установки лидара;- install a temperature and humidity sensor at the place where the lidar is installed;
- измеряют температуру и влажность воздуха;- measure air temperature and humidity;
- корректируют значение мощности принятых оптических сигналов;- adjust the power value of the received optical signals;
- задают диапазон толщины и шаг изменения толщины пленки нефти, подлежащей обнаружению;- set the range of thickness and the step of changing the thickness of the oil film to be detected;
- рассчитывают эталонную зависимость коэффициента отражения от границы раздела сред «воздух - нефть - вода» по мощности в зависимости от угла облучения и толщины пленки нефти; - calculate the reference dependence of the reflection coefficient on the interface between the media "air - oil - water" in terms of power depending on the angle of exposure and the thickness of the oil film;
- выполняют усреднение полученных за один цикл зондирования значений коэффициента отражения по мощности для лазерных лучей с одинаковыми углами наклона относительно нормали;- perform averaging obtained for one cycle of probing the values of the reflection coefficient in terms of power for laser beams with the same angles of inclination relative to the normal;
- рассчитывают показатель обнаружения пленки нефти , , где – эталонная зависимость коэффициента отражения от границы раздела сред «воздух - нефть - вода» по мощности в зависимости от угла облучения и толщины пленки нефти ; – усредненная зависимость коэффициента отражения по мощности для лазерных лучей с одинаковыми углами наклона, полученных за один цикл зондирования; – число значений толщин пленки, которые используются для выполнения обнаружения; – число используемых углов облучения;- calculate the oil film detection rate , , Where - reference dependence of the reflection coefficient on the interface between the media "air - oil - water" in terms of power depending on the angle of irradiation and oil film thickness ; is the average dependence of the reflection coefficient on power for laser beams with the same tilt angles obtained in one probing cycle; is the number of film thickness values that are used to perform the detection; is the number of irradiation angles used;
- выполняют обнаружение пленки нефти при выполнении условия , – порог обнаружения, – минимальное значение показателя обнаружения пленки.- perform oil film detection under the condition , – detection threshold, is the minimum value of the film detection index.
Таким образом, использование набора эталонных зависимостей коэффициента отражения по мощности от угла облучения и толщины пленки нефти позволяет учесть осциллирующий характер коэффициента отражения от границы раздела сред «воздух - нефть - вода» при обнаружении, что в сочетании с процедурой коррекции мощности принятых сигналов и с учетом данных по совокупности полученных значений коэффициента отражения по мощности в пределах большой зоны обзора лидара позволяет увеличить вероятность обнаружения пленок нефти на водной поверхности.Thus, the use of a set of reference dependences of the reflection coefficient in power on the angle of irradiation and the thickness of the oil film makes it possible to take into account the oscillating nature of the reflection coefficient from the “air-oil-water” interface upon detection, which, in combination with the procedure for correcting the power of the received signals and taking into account data on the totality of the obtained values of the power reflection coefficient within a large lidar field of view makes it possible to increase the probability of detecting oil films on the water surface.
Реализация способа поясняется фигурой.The implementation of the method is illustrated by the figure.
На фигуре показана геометрия задачи обнаружения пленок нефти на водной поверхности, в которой представлены – опора 1, держатель 2, лидар 3, состоящий из лазера 4, оптической излучающей системы 5, оптического дифракционного элемента 6, оптической приемной системы 7 многоканального оптического приемника 8, блока 9 обработки информации, системы 10 отображения информации, блока 11 контроля лазерного излучения, граница 12 раздела сред «воздух-вода», датчик 13 температуры и влажности воздуха.The figure shows the geometry of the task of detecting oil films on the water surface, in which are presented - support 1, holder 2, lidar 3, consisting of a laser 4, an optical emitting system 5, an optical diffractive element 6, an optical receiving system 7 of a multichannel optical receiver 8, a block 9 information processing, information display system 10, laser radiation control unit 11, air-water interface 12, air temperature and humidity sensor 13.
Предложенный способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности реализуется следующим способом.The proposed method for detecting oil films on the water surface is implemented in the following way.
Лидар 3 закрепляют на опоре 1 с помощью держателя 2 и ориентируют оси излучающей оптической системы 5 и приемной оптической системы 7 лидара 3 по нормали к плоскости водной поверхности в спокойном состоянии. В месте установки лидара 3 на держателе 2 устанавливают датчик 13 температуры и влажности воздуха.The lidar 3 is fixed on the support 1 using the holder 2 and the axes of the emitting optical system 5 and the receiving optical system 7 of the lidar 3 are oriented along the normal to the plane of the water surface in a calm state. At the installation site of the lidar 3 on the holder 2, a temperature and humidity sensor 13 is installed.
Многолучевое лазерное импульсное излучение формируют следующим образом. Лазер 4 генерирует на фиксированной длине волны зондирующий импульс, который попадает в излучающую оптическую систему 5, направляющую импульс на оптический дифракционный элемент 6. Оптический дифракционный элемент 6 разделяет первичный лазерный луч на М лазерных лучей, излучаемых в сторону границы 12 раздела сред. Multibeam laser pulsed radiation is formed as follows. The laser 4 generates a probing pulse at a fixed wavelength, which enters the emitting optical system 5, which directs the pulse to the optical diffractive element 6. The optical diffractive element 6 divides the primary laser beam into M laser beams emitted towards the interface 12.
Также излученный лазером 4 зондирующий импульс поступает на блок 11 для контроля интенсивности лазерного излучения.Also, the probing pulse emitted by the laser 4 is fed to the block 11 to control the intensity of the laser radiation.
Облучают исследуемую водную поверхность импульсными оптическими сигналами в пределах совокупности сформированных лазерных лучей.The investigated water surface is irradiated with pulsed optical signals within the set of generated laser beams.
Углы облучения, соответствующие углам наклона лазерных лучей относительно нормали к поверхности границы 12 раздела сред рассчитывают по формулеIrradiation angles corresponding to the tilt angles of the laser beams relative to the normal to the surface of the boundary 12 of the division of media is calculated by the formula
, , (1) , , (1)
где Where
– шаг изменения угла наклона оси лазерного луча; is the step of changing the angle of inclination of the laser beam axis;
– начальный угол наклона оси лазерного луча; is the initial tilt angle of the laser beam axis;
M – число сформированных лазерных лучей.M is the number of generated laser beams.
Граница 12 раздела сред рассеивает поступающие на нее зондирующие импульсы в сторону лидара 3.The media interface 12 scatters the probing pulses arriving at it towards the lidar 3.
Далее для каждого сформированного лазерного луча производят прием отраженного оптического сигнала – зондирующего импульса с помощью оптической приемной системы 7. Оптическая приемная система 7 направляет принятые сигналы на многоканальный оптический приемник 8, с помощью которого выполняют оптическую фильтрацию, преобразуют оптический сигнал в электрический и производят аналогово-цифровое преобразование.Further, for each generated laser beam, a reflected optical signal is received - a probing pulse using an optical receiving system 7. The optical receiving system 7 sends the received signals to a multi-channel optical receiver 8, which performs optical filtering, converts the optical signal into an electrical one and produces an analog signal. digital transformation.
Измеряют температуру и влажность воздуха с помощью датчика 13.The air temperature and humidity are measured using a sensor 13.
В блоке 9 обработки информации для каждого сформированного лазерного луча корректируют значение мощности принятых оптических сигналов In the information processing unit 9, for each generated laser beam, the power value of the received optical signals is corrected
, (2) , (2)
где Where
– мощность принятого оптического сигнала; is the power of the received optical signal;
– мощность принятого оптического сигнала после коррекции; is the power of the received optical signal after correction;
– коэффициент затухания оптического сигнала в атмосфере; is the attenuation coefficient of the optical signal in the atmosphere;
– расстояние от лидара 3 до водной поверхности. is the distance from lidar 3 to the water surface.
Коэффициент затухания оптического сигналав зависимости от длины волны, температуры и влажности атмосферы определяют согласно рекомендации МСЭ-R.P.1817 (08/2007): данные о распространении радиоволн, требуемые для разработки наземных оптических линий для связи в свободном пространстве.Optical signal attenuation coefficient depending on the wavelength, temperature and humidity of the atmosphere is determined according to Recommendation ITU-RP1817 (08/2007): radio wave propagation data required for the development of terrestrial optical links for communication in free space.
Расстояние от лидара 3 до водной поверхности определяют при установке на опоре 1. The distance from lidar 3 to the water surface is determined when mounted on support 1.
Также в блоке 9 обработки информации для каждого сформированного лазерного луча рассчитывают коэффициент отражения по мощности. После обработки всех M лазерных лучей – получают массив , .Also, in the information processing unit 9, for each generated laser beam, the power reflection coefficient is calculated. After processing all M laser beams - get an array , .
Для обнаружения пленки нефти на водной поверхности задают диапазон толщины пленок нефти путем установки минимальной и максимальной толщины пленки нефти – и , соответственно, которую будут обнаруживать.To detect an oil film on the water surface, the range of oil film thickness is set by setting the minimum and maximum oil film thickness - And , respectively, which will be detected.
Толщину пленки нефти в пределах заданного диапазона толщин определяют по формулеThe thickness of the oil film within a given thickness range is determined by the formula
, . (3) , . (3)
где – число градаций толщин пленки в пределах заданного диапазона толщин, определяющее шаг изменения толщины пленки.Where is the number of film thickness gradations within a given thickness range, which determines the step of changing the film thickness.
Из (3) шаг изменения толщины пленки равен .From (3), the step of changing the film thickness is equal to .
Для расчетов целесообразно установить значения нечетным и равным , а =0.1 мкм, = 20 мкм.For calculations, it is advisable to set the values \u200b\u200bto be odd and equal to , A =0.1 µm, = 20 µm.
Рассчитывают эталонную зависимость коэффициента отражения от границы раздела сред «воздух - нефть - вода» по мощности в зависимости от угла облучения и толщины пленки нефти по формуле [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. Перевод с английского. М.: Наука, 1973. С. 76-77]Calculate the reference dependence of the reflection coefficient on the interface between the media "air - oil - water" in terms of power depending on the angle of exposure and the thickness of the oil film according to the formula [Born M., Wolf E. Fundamentals of optics. Ed. 2nd. Translation from English. M.: Nauka, 1973. S. 76-77]
, ,
, . (4) , . (4)
гдеWhere
,, – показатели преломления воздуха, нефти и морской воды, соответственно; , , are the refractive indices of air, oil and sea water, respectively;
– длина волны излучаемого оптического сигнала; is the wavelength of the emitted optical signal;
– толщина пленки нефти; – oil film thickness;
– коэффициент отражения от границы раздела сред «воздух - нефть»; - reflection coefficient from the interface between the media "air - oil";
– коэффициент отражения от границы раздела сред «нефть - вода»; - reflection coefficient from the interface between the media "oil - water";
– коэффициент пропускания пленки нефти; is the transmittance of the oil film;
=, , – угол облучения границы раздела сред «воздух - нефть» или «воздух - вода»; = , , - the angle of irradiation of the interface between the media "air - oil" or "air - water";
– угол облучения границы раздела сред «нефть - вода»; – angle of irradiation of the “oil-water” interface;
– вспомогательный параметр. is an auxiliary parameter.
Угол облучения границы раздела сред «нефть - вода» определяют по формулеThe irradiation angle of the interface between the media "oil - water" is determined by the formula
, . (5) , . (5)
Коэффициент отражения от границы раздела сред «воздух - нефть» рассчитывают по формулеThe coefficient of reflection from the interface between the media "air - oil" is calculated by the formula
, . (6) , . (6)
Коэффициент отражения от границы раздела сред «нефть - вода» рассчитывают по формулеThe reflection coefficient from the interface between the media "oil - water" is calculated by the formula
, . (7) , . (7)
Угол преломления лазерного излучения в водной средеThe angle of refraction of laser radiation in the aquatic environment
, . (8) , . (8)
Коэффициент пропускания пленки нефти определяют по формулеThe transmittance of the oil film is determined by the formula
, , (9) , , (9)
где – показатель поглощения нефти.Where is the oil absorption index.
Выполняют усреднение полученных за один цикл зондирования значений коэффициента отражения по мощности для лазерных лучей с одинаковыми углами наклона относительно нормали по формулеThe power reflection coefficient values obtained in one probing cycle are averaged for laser beams with the same tilt angles relative to the normal according to the formula
, (10) , (10)
где.Where .
Рассчитывают показатель обнаружения пленки нефтиCalculate the oil film detection rate
, . (11) , . (eleven)
Выполняют обнаружение пленки нефти при выполнении условия:The oil film is detected under the condition:
, (12) , (12)
где – порог обнаружения, – минимальное значение показателя обнаружения пленки.Where – detection threshold, is the minimum value of the film detection index.
По совокупности полученных за один цикл зондирования коэффициентов отражения формируют кадр изображения, который отображают с помощью системы 10 отображения информации.According to the totality of the reflection coefficients obtained in one probing cycle an image frame is formed, which is displayed by the information display system 10 .
Оценим увеличение вероятности обнаружения пленки нефти на водной поверхности предложенным способом.Let us estimate the increase in the probability of detecting an oil film on the water surface by the proposed method.
В способе-прототипе реализовано обнаружение пленки нефти по кадру изображения при использовании порогового метода отдельно для каждого лазерного луча. Принятие решения об обнаружении производят при наличии факта обнаружения в большинстве лазерных лучей количеством L из М возможных лучей, где число . При этом вероятность обнаружения пленки нефти по совокупности любых L из M лазерных лучей рассчитывают по формулеThe prototype method implements the detection of a film of oil in the image frame using the threshold method separately for each laser beam. The detection decision is made in the presence of the fact of detection in the majority of laser beams by the number L of M possible beams, where the number . In this case, the probability of detecting an oil film in the aggregate of any L of M laser beams is calculated by the formula
, (13) , (13)
где – вероятность обнаружения пленки нефти в одном лазерном луче;Where is the probability of detecting an oil film in one laser beam;
– коэффициент. - coefficient.
В предложенном способе обнаружение ведется путем сравнения известной зависимости коэффициента отражения по мощности от угла облучения и толщины пленки с зависимостью коэффициента отражения по мощности от угла облучения при неизвестной толщине пленки нефти. При этом для сравнения используют даже те лазерные лучи, в которых значения коэффициента отражения по мощности меньше порога, т.е. в которых пленка не обнаружена. Следовательно, для выполнения обнаружения используются данные по всем M лазерным лучам, в этом случае вероятность обнаружения пленки нефти по совокупности из M лазерных лучей рассчитывают по формулеIn the proposed method, detection is carried out by comparing the known dependence of the power reflection coefficient on the irradiation angle and film thickness with the dependence of the power reflection coefficient on the irradiation angle at an unknown oil film thickness. In this case, even those laser beams are used for comparison, in which the values of the reflection coefficient in terms of power are less than the threshold, i.e. in which the film was not found. Therefore, data on all M laser beams are used to perform the detection, in this case, the probability of detecting an oil slick from a combination of M laser beams is calculated by the formula
. (14) . (14)
При вероятности обнаружения тонкой пленки нефти на водной поверхности в одном лазерном луче равной 0.6 и типовых значениях M=9, L=5, получаем =0.73, а =0.9997. Увеличение вероятности обнаружения пленки нефти на водной поверхности составляет 36,9%.With the probability of detecting a thin oil film on the water surface in one laser beam equal to 0.6 and typical values M = 9, L = 5, we obtain =0.73, and =0.9997. The increase in the probability of detecting an oil film on the water surface is 36.9%.
Таким образом, предложенный способ обнаружения пленок нефти на водной поверхности обеспечивает высокую вероятность обнаружения тонких пленок нефти на морской поверхности в сочетании с большой зоной обзора.Thus, the proposed method for detecting oil films on the water surface provides a high probability of detecting thin oil films on the sea surface in combination with a large viewing area.
Технический результат изобретения достигнут.The technical result of the invention has been achieved.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2800809C1 true RU2800809C1 (en) | 2023-07-28 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1092393A1 (en) * | 1982-04-21 | 1984-05-15 | Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова (Ленина) | Method of detecting oil film on water reservoir surface |
| RU2143108C1 (en) * | 1997-07-28 | 1999-12-20 | Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана | Remote laser method of detection of oil film on water surface |
| RU2298169C1 (en) * | 2005-10-28 | 2007-04-27 | Научно-Исследовательский Институт Радиоэлектроники и лазерной техники (НИИ РЛ) Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э. Баумана | Bi-spectral method for remotely finding oil spills on water surface |
| RU2387977C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Non contact method for detection of oil pollutions on water surface |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1092393A1 (en) * | 1982-04-21 | 1984-05-15 | Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова (Ленина) | Method of detecting oil film on water reservoir surface |
| RU2143108C1 (en) * | 1997-07-28 | 1999-12-20 | Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана | Remote laser method of detection of oil film on water surface |
| RU2298169C1 (en) * | 2005-10-28 | 2007-04-27 | Научно-Исследовательский Институт Радиоэлектроники и лазерной техники (НИИ РЛ) Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э. Баумана | Bi-spectral method for remotely finding oil spills on water surface |
| RU2387977C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Non contact method for detection of oil pollutions on water surface |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БЕЛОВ М.Л., ГОРОДНИЧЕВ В.А. и др., "ДИСТАНЦИОННЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ОСНОВАННЫЙ НА ИЗМЕРЕНИИ ВТОРОЙ ПРОИЗВОДНОЙ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ", ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. Н.Э. БАУМАНА. СЕРИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, номер 3(80), 2010, с. 3-12. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5185119B2 (en) | Method for improving performance accuracy in differential absorption LIDAR for detection and quantification of oil and gas leaks | |
| US7333184B2 (en) | Ground surface cover type reflectivity variation correction in a differential absorption LIDAR system | |
| Garaba et al. | Methods in reducing surface reflected glint for shipborne above-water remote sensing | |
| US20070296957A1 (en) | Imaging of Sample Using Terahertz Time Domain Spectroscopy in Reflection Mode to Identify in a First Material Like Normal Breast Tissue a Second Material Like Cancerous Tissue by Evaluating the Phase Change at the Interface Between the Sample and a Window Like a Quartz Window, Against Which the Sample is Pressed | |
| Bock et al. | Optical measurements of capillary-gravity wave spectra using a scanning laser slope gauge | |
| SE455541B (en) | PROCEDURE FOR CONTROL OF ENERGY BY METS SIGNALS FROM A CLOUD HEIGHT METER AND CLOUD HEAD METERS FOR IMPLEMENTATION OF THE PROCEDURE | |
| US5296711A (en) | Technique for the remote detection of sea slicks | |
| KR101879641B1 (en) | Turbidity Measuring Method By Using Airbone Bathymetry LIDAR Wave Form Analysis | |
| KR100779128B1 (en) | Thickness measurement method and apparatus | |
| Billard et al. | Sea surface and depth detection in the WRELADS airborne depth sounder | |
| RU2800809C1 (en) | Method for detecting oil films on the water surface | |
| US10107745B2 (en) | Method and device for estimating optical properties of a sample | |
| Tuell et al. | Measurement of ocean water optical properties and seafloor reflectance with scanning hydrographic operational airborne lidar survey (SHOALS): II. Practical results and comparison with independent data | |
| EA046482B1 (en) | METHOD FOR DETECTING OIL FILMS ON A WATER SURFACE | |
| RU2353954C1 (en) | Method for remote definition of medium characteristics of open water reservoir | |
| US9702819B1 (en) | Surface vessel wake detection | |
| Martinez-Vicente et al. | Above-water reflectance for the evaluation of adjacency effects in Earth observation data: initial results and methods comparison for near-coastal waters in the Western Channel, UK | |
| Rasouli et al. | Measurement of the refractive-index structure constant, C2n, and its profile in the ground level atmosphere by moiré technique | |
| CN110865389B (en) | Response optimization processing method for marine laser radar system | |
| WO2020158033A1 (en) | Optical pulse testing device and optical pulse testing method | |
| RU2387977C1 (en) | Non contact method for detection of oil pollutions on water surface | |
| KR101883298B1 (en) | Water Depth Correction Method Of The Airborne LIDAR | |
| WO2020128593A1 (en) | Measure of the degree of crystallinity of a polymer coating on a metal substrate | |
| WO2024105835A1 (en) | Light measurement device, acquisition method, acquisition program, and recording medium | |
| Su et al. | Simple lidar detecting wake profiles |