Радиостроение. 2016; : 14-24
Оценка лидарных контрастов "нефтяное загрязнение – чистая водная поверхность" в УФ, видимом, ближнем и среднем ИК диапазонах
https://doi.org/10.7463/rdopt.0416.0846191Аннотация
Наиболее надежными и перспективными оперативными методами обнаружения разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности являются дистанционные лазерные методы, основанные на импульсном зондировании и регистрации отраженного от водной поверхности лазерного сигнала или регистрации лазерно-индуцированного флуоресцентного излучения водной поверхности.
Дистанционные лазерные методы могут использоваться независимо от времени суток и обладают высокой пространственной разрешающей способностью (могут обнаруживать нефтяные загрязнения небольшого размера).
Метод обнаружения нефтяных загрязнений, основанный на регистрации отраженного от водной поверхности лазерного сигнала, позволяет проводить зондирование при больших высотах полета авиационного носителя, что обеспечивает (при пространственном сканировании лазерного пучка) широкое поле обзора на водной поверхности.
Мониторинг нефтяных загрязнений проводят, регистрируя лазерный сигнал, отраженный от водной поверхности, и определяя контраст между мощностью лазерного сигнала от чистой водной поверхности и водной поверхности с нефтяным загрязнением. Однако, в настоящее время нет ясности какая длина волны является наиболее предпочтительной для лазерного мониторинга нефтяных загрязнений, так как контрасты «чистая водная поверхность – нефтяное загрязнение» очень сильно зависят от длины волны и толщины пленок нефтепродуктов.
В работе в широком спектральном диапазоне (от ультрафиолетового диапазона до среднего инфракрасного диапазона) проводится сравнительный анализ лидарных контрастов "нефтяное загрязнение – чистая водная поверхность" в зависимости от толщины пленки нефтяного загрязнения на водной поверхности.
Оценка лидарных контрастов «нефтяное загрязнение - чистая водная поверхность» проводилась в УФ, видимом, ближнем и среднем ИК диапазонах для длин волн зондирования 0.355, 0.532, 1.06, 1.54, 10.6 мкм.
Показано, что из-за колебательного характера зависимости значения лидарного контраста от толщины пленки нефтяного загрязнения более перспективным (в смысле надежности измерений) является использование видимого и УФ диапазона. При этом, с точки зрения безопасности для глаз предпочтительной является длина волны зондирования 0.355 мкм УФ диапазона.
Список литературы
1. Немировская И.А. Нефть в океане (загрязнение и природные потоки). М.: Изд-во Научный мир. 2013. 432 с.
2. Загрязнение вод Мирового океана // Сайт учителя географии: веб-сайт. Режим доступа: http://www.geoman.ucoz.ru/load/0-0-0-42-20 (дата обращения 26.03.2016).
3. Загрязнение морей и океанов // o8ode.ru: веб-сайт. Режим доступа: http://www.o8ode.ru/article/planetwa/zagraznenie_morei_i_okeanov.htm (дата обращения 26.03.2016).
4. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в российской федерации за 2013 год. М.: Росгидромет. 2014. 229 с.
5. Нефть и экология // rusnauka.com: веб-сайт. Режим доступа: http://www.rusnauka.com/17_PNR_2008/Ecologia/34369.doc.htm (дата обращения 26.03.2016).
6. Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа. М.: ВНИРО, 2001. 247 с.
7. Measures R.M. Laser remote sensing. Fundamentals and applications. Krieger Publishing Company. Malabar. Florida. 1992. 510 р.
8. Федотов Ю.В., Матросова О.А., Белов М.Л., Городничев В.А. Метод обнаружения нефтяных загрязнений на земной поверхности, основанный на регистрации флуоресцентного излучения в трех узких спектральных диапазонах // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26, № 3. С.208-212.
9. Березин С.В. Разработка дистанционного лазерного измерителя толщины нефтяных пленок на взволнованной морской поверхности: Дис… канд. техн. наук. М., 2006. 115 с.
10. Козинцев В.И., Орлов В.М., Белов М.Л., Городничев В.А., Стрелков Б.В. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды. М.: Из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 528 c.
11. Utkin A., et al. Optical Methods for Water Pollution Monitoring // CIEO. Research centre for spatial and organizational dynamics: веб-сайт. Режим доступа: http://www.cieo.pt/discussionpapers/8/article10.pdf (дата обращения 25.07.2016).
12. Матросова О.А. Методы контроля нефтяных загрязнений земной поверхности, основанные на явлении лазерно-индуцированной флуоресценции: Дис… канд. техн. наук. М., 2013. 176 с.
13. Козинцев В.И., Белов М.Л., Городничев В.А., Смирнова О.А., Федотов Ю.В. Лазерный метод измерения толщины пленок нефти на взволнованной морской поверхности, основанный на определении разности набега фаз в пленке для длин волн зондирования // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20, № 10. С. 932-935.
14. Козинцев В.И., Городничев В.А., Белов М.Л., Смирнова О.А., Березин С.В., Хрусталева Ю.М. Лазерный метод дистанционного контроля толщины пленки нефтепродуктов на взволнованной морской поверхности // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2005. Т.3, № 4-5. С. 54-59.
Radio Engineering. 2016; : 14-24
Estimation of Lidar Contrast "Oil Pollution – Clean Water Surface" in UV, Visible, Near and Middle IR Bands
https://doi.org/10.7463/rdopt.0416.0846191Abstract
The most reliable and promising operational methods to detect the oil and oil-product spills on the water surface are remote laser methods based on pulsed sounding and recording of the laser signal reflected from the water surface, or recording of the laser-induced fluorescent radiation of the water surface.
Remote laser techniques can be used regardless of the time of day and have a high spatial resolution (can detect oil pollution of small size).
The oil pollution detection method based on recording the laser signal reflected from the water surface allows sounding at high flight altitudes of the aircraft carrier that provides (with a spatial scan of the laser beam) a wide field of view on the water surface.
Monitoring of oil pollution is carried out by recording the laser signal reflected from the water surface, and defining the contrast between the power of the laser signal from the clean water surface and the water surface with oil pollution. However, at present it is unclear what wavelength is the most preferable for laser monitoring of oil pollution, as contrasts "clean water surface - oil pollution" are highly dependent on the wavelength and the thickness of oil films.
Depending on the film thickness of oil pollution on the water surface the paper conducts a comparative analysis of lidar contrasts "oil pollution - clean water surface" in a wide spectral range (from ultraviolet to mid-infrared range).
An estimate of lidar contrasts "oil pollution - clean water surface" was conducted in the UV, visible, near and middle infrared bands for sounding wavelengths of 0.355, 0.532, 1.06, 1.54, 10.6 μm.
It is shown that because of an oscillatory nature of dependence of lidar contrast value on the film thickness of the oil pollution the use of visible and UV range is more promising (in terms of reliability of measurements). Thus, in terms of eye-saving safety the sounding wavelength of 0.3556 μm in UV range is preferable.
References
1. Nemirovskaya I.A. Neft' v okeane (zagryaznenie i prirodnye potoki). M.: Izd-vo Nauchnyi mir. 2013. 432 s.
2. Zagryaznenie vod Mirovogo okeana // Sait uchitelya geografii: veb-sait. Rezhim dostupa: http://www.geoman.ucoz.ru/load/0-0-0-42-20 (data obrashcheniya 26.03.2016).
3. Zagryaznenie morei i okeanov // o8ode.ru: veb-sait. Rezhim dostupa: http://www.o8ode.ru/article/planetwa/zagraznenie_morei_i_okeanov.htm (data obrashcheniya 26.03.2016).
4. Obzor sostoyaniya i zagryazneniya okruzhayushchei sredy v rossiiskoi federatsii za 2013 god. M.: Rosgidromet. 2014. 229 s.
5. Neft' i ekologiya // rusnauka.com: veb-sait. Rezhim dostupa: http://www.rusnauka.com/17_PNR_2008/Ecologia/34369.doc.htm (data obrashcheniya 26.03.2016).
6. Patin S.A. Neft' i ekologiya kontinental'nogo shel'fa. M.: VNIRO, 2001. 247 s.
7. Measures R.M. Laser remote sensing. Fundamentals and applications. Krieger Publishing Company. Malabar. Florida. 1992. 510 r.
8. Fedotov Yu.V., Matrosova O.A., Belov M.L., Gorodnichev V.A. Metod obnaruzheniya neftyanykh zagryaznenii na zemnoi poverkhnosti, osnovannyi na registratsii fluorestsentnogo izlucheniya v trekh uzkikh spektral'nykh diapazonakh // Optika atmosfery i okeana. 2013. T. 26, № 3. S.208-212.
9. Berezin S.V. Razrabotka distantsionnogo lazernogo izmeritelya tolshchiny neftyanykh plenok na vzvolnovannoi morskoi poverkhnosti: Dis… kand. tekhn. nauk. M., 2006. 115 s.
10. Kozintsev V.I., Orlov V.M., Belov M.L., Gorodnichev V.A., Strelkov B.V. Optiko-elektronnye sistemy ekologicheskogo monitoringa prirodnoi sredy. M.: Iz-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2002. 528 c.
11. Utkin A., et al. Optical Methods for Water Pollution Monitoring // CIEO. Research centre for spatial and organizational dynamics: veb-sait. Rezhim dostupa: http://www.cieo.pt/discussionpapers/8/article10.pdf (data obrashcheniya 25.07.2016).
12. Matrosova O.A. Metody kontrolya neftyanykh zagryaznenii zemnoi poverkhnosti, osnovannye na yavlenii lazerno-indutsirovannoi fluorestsentsii: Dis… kand. tekhn. nauk. M., 2013. 176 s.
13. Kozintsev V.I., Belov M.L., Gorodnichev V.A., Smirnova O.A., Fedotov Yu.V. Lazernyi metod izmereniya tolshchiny plenok nefti na vzvolnovannoi morskoi poverkhnosti, osnovannyi na opredelenii raznosti nabega faz v plenke dlya dlin voln zondirovaniya // Optika atmosfery i okeana. 2007. T. 20, № 10. S. 932-935.
14. Kozintsev V.I., Gorodnichev V.A., Belov M.L., Smirnova O.A., Berezin S.V., Khrustaleva Yu.M. Lazernyi metod distantsionnogo kontrolya tolshchiny plenki nefteproduktov na vzvolnovannoi morskoi poverkhnosti // Informatsionno-izmeritel'nye i upravlyayushchie sistemy. 2005. T.3, № 4-5. S. 54-59.
