海上溢油污染已成为海洋主要污染源,溢油量是海上溢油事故评估的关键参数,而油膜厚度是估算溢油量的必需参数之一,油膜厚度的准确测量可为溢油治理提供合理有效的指导,也可为油层扩展动力学及海洋环境科学技术提供技术基础,对海洋环境监测和修复具有重要意义。本文在分析国内外海面油膜厚度测量研究现状的基础上,考虑海面溢油油膜表面波动的特点,提出将直射式差分激光三角测量技术应用于海面溢油油膜厚度的测量方法,首次研制成功了可以机载投放的浮标式油膜厚度测量传感器样机,并进行了系统的性能测试实验。本文主要工作及创新点如下:1分析了海面油膜波动对斜射式三角测量方法的影响,提出了将直射式差分激光三角技术应用于海面溢油油膜厚度的测量方法,并进行了测量公式的理论分析与推导。2根据测量环境、测量精度和测量范围的要求,对浮标体和上位机进行了设计,重点对浮标传感器核心的光路系统进行了设计计算,并完成了各模块的研制。主要包括光路系统模块、数据处理模块、数据通讯模块、电源模块、浮标壳体与采样池,及上位机软件模块。3采用搭建的油膜厚度测量实验系统,进行了标准量块与石油的光斑图像的特征分析。在分析各种光斑中心提取方法的基础上,提出了一种基于互相关和改进高斯拟合的光斑中心提取算法,并对算法的重复性精度和算法准确性进行了比较和分析。结果表明互相关改进高斯法对陶瓷量块的光斑中心提取精度高,效果好。4对浮标传感器进行了系统集成与调试,并进行了水密、水压、配重、姿态、吃水线调整等常规环境测试实验。利用陶瓷量块对系统样机进行了标定研究,给出了传感器的标定曲线。5对海面油膜厚度测量传感器样机进行了性能研究。主要包括实验室内的测量范围、测量精度实验和静态石油样品厚度的测量实验,结果表明,测量范围达到了0.1mm～10mm,测量相对误差小于1%,满足设计要求,具备对石油油膜的测量能力;在实海况条件下,分别进行了码头人工投放实验和直升机机载投放实验。实验结果表明,该传感器工作性能良好。