基于数字图像处理的海冰参数识别与统计分析

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海冰是一种常见自然情况,在全球气候及海洋生态系统中均扮演着十分重要的角色。在海冰存在区域,极易出现浮冰,浮冰在风和海流作用下,具有较高速度,对极区、副极区和高纬度寒区海域的海上钻井平台、渔业养殖、船舶航行和人类活动带来严重的影响。然而,随着科技发展及极区蕴含丰富的自然资源,人类对于寒区利用和开发的活动呈现出上升的趋势,例如商用或科研考察航行和寒区海岸基础建设等,尤其是近海油田的开发,更是趋于常态。为了保障寒区作业的安全,从20世纪50年代开始针对海冰的物理力学性质、海冰漂移轨迹、海冰生消等方面进行了一系列研究。现行海冰监测主要包括:沿岸基础力学实验、油气作业区现场定点监测、无人机航测和破冰船监测。其中,基于海洋平台的现场定点监测具有误差小、范围广、连续性好、准确性高等优点,为冰期油气平台正常运转提供了及时可靠的现场海冰数据。我国自1990年开始对渤海油气田开发以来,在JZ20-2海洋平台上逐渐发展了健全了海冰现场监测系统,主要包括:海冰数字图像监测系统、海冰雷达监测系统、卫星遥感监测系统,对该海域的海冰速度、密集度、冰厚进行了系统、长期的现场监测,同时通过振动探头、应力盒、气象仪等设备完成对油气平台结构的冰激振动、冰荷载及该海域的气象、水文要素进行同步监测。为了更好的分析海冰在JZ20-2海域的漂移轨迹,本文在2012-2013年冬季,对JZ20-2海域的海冰漂移轨迹采用了全冰期雷达定点监测。通过海冰雷达图像处理系统进行处理,得到了该海域每隔10 min的海冰冰速与冰流向,共采集有效数据样本6883组。在此监测数据基础上,可对该海域冰速的概率分布进行统计分析,并确定不同天气条件下的海冰漂移轨迹,为合理的通过现场监测数据预测该海域海冰漂移行为提供了依据。本文通过对海冰卫星遥感图像研究,从中可以准确的提取出卫星遥感图像中的海冰浮冰位置、尺寸、密集度等信息,该系统采用去噪、腐蚀、图像二值化等算法,可以为渤海海冰的数值计算提供相应的海冰信息,通过数据库完成对海冰边界的提取工作。为了更好提取海冰参数,同时与雷达提取海冰数据对应,本文针对JZ20-2海域海冰现场图像监测的10年数据,得到该海域近十年的总冰期、有效冰期、各年的海冰情况,对JZ20-2平台附近海冰参数概率密度统计,得到该海域历年的海冰工况。同时,专门统计了2009-2010年海冰参数与平台振动之间关系,为该海域冬季采油平台安全作业提供相应的参考。除此之外,本文针对第32次南极科考的机会,在“雪龙”号安装了图像采集装置,对沿途的海冰信息进行记录。通过海冰图像密集度提取软件对沿途的海冰密集度信息进行提取,得到了沿途海冰密集度信息,为南极科考积累的大量信息。
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