Вариант № 3

Автоматическое обнаружение нефтяных разливов

В дальнейшем мы будем фокусироваться на автоматическом обнаружении нефтяного слика происходящем в Модуле Обнаружения. Тем не менее, мы сначала опишем характеристики изображения нефтяного и похожих сликов, что составляет базу алгоритма.

Нефтяные слики и похожие объекты

Попавшая на водную поверхность нефть начинает растекаться. При низкой температуре воды и воздуха увеличивается вязкость нефти и распространение ее пленок происходит медленнее, чем при положительной температуре среды. В центре образовавшегося нефтяного пятна находятся толстые (1 мм) слои, содержащие 90 % общего объема нефти и занимающее около 10 % площади пятна. Эта часть пятна окружена обширными тонкими пленками (4 мкм), имеющими радужный цвет. На периферии пятна, как правило, располагаются очень тонкие, почт мономолекулярные пленки.

Растекание нефти в море представляет собой сложный процесс, при описании которого необходимо учитывать большое количество разнообразных факторов для случая мгновенного локального пролива некоторого объема нефти этот процесс можно представить следующим образом. Вначале растекание нефти происходит под действием сил тяжести, а затем и сил поверхностного натяжения.

В целом судьба нефти и нефтепродуктов, попавших в море, характеризуется общей цепью следующих процессов: испарение, растворение, эмульгирование, окисление, образование агрегатов, седиментация и биодеградация. В первые часы пребывания нефти в воде доминируют физико-химические процессы трансформации нефти: испарение, растворение и др.

Прекращение растекания пленки нефти не означает, что площадь, подверженная загрязнению нефтепродуктами, будет оставаться неизменной. Дальнейший рост размеров пленки определяется ветром и течением, т.е. механизмом дальнейшего роста площади загрязнения является турбулентная диффузия. Дальнейшее поведение нефти неоднозначно и зависит от индивидуальных физико-химических свойств, сорта нефти и гидрометеоусловий: ветра, волнения температуры воды и воздуха, солнечной радиации и солености моря. В одних условиях нефть, длительное время распространяется в виде сликов, в других случаях достаточно быстро происходит образование эмульсий типа «нефть в воде» или «вода в нефти», а иногда вследствие интенсивного испарения и растворения нефть становится более плотной, чем вода, и тонет.

Нефтяные слики должны быть отделены от других океанических образований дающих похожие образы. Важнейшими параметрами нефтяных сликов и схожих объектов являются:

Ветер.

При отсутствии ветра нефтяной слик будет полностью невидим.

При низких скоростях ветра (3 – 4 м/с) нефть обычно бывает видна.

Только при больших скоростях ветра (более 7 – 10 м/с) может быть видна тяжелая (густая, плотная) нефть.

Форма. Нефтяные слики часто более регулярны и сглажены по форме, чем имитации (более изрезаны на фронтах). Слик может быть более нерегулярен во времени.

Уровень отражений. Возможна большая разница между средним уровнем отражений в пределах окружающей области. В тоже время эта разница зависит от силы ветра.

Границы. Часто имеет место скачек градиента отражения вдоль границы нефтяного слика, в тоже время, ветровые условия могут сгладить этот градиент.

Особенности выделения.

Каждый параметр или описание в векторе параметров модели слика имеет соответствующие параметры алгоритма экстракции. Большинство параметров относятся к физическим параметрам. В целом имеется 15 параметров, которые определены как полезные, однако, когда система обучается под множество этих параметров выделяется и используется в статистической модели. Определяемые параметры приведены в таблице 3.

Таблица Параметры алгоритма экстракции

№ п/п Название Описание

1. Площадь слика Число пикселей

2. Обратное Скелетное Соотношение Отношение площади скелета к общей площади региона

3. Глубина сложности Обратная скелетная пропорция *отношение периметра к площади

4. Серый уровень среднего Средний уровень отношений

5. Серый уровень стандартного отклонения Стандартное отклонение уровня отражений

6. Однородность Отношение стандартного отклонения к среднему для поверхности окружающей слик

7. Число локальных объектов Число ближайших объектов

8. Число глобальных объектов Общее число объектов на изображении

9. Средний контраст локальной площади Отношение серого уровня среднего к среднему уровню отражений от окружающей поверхности

10. Средний градиент на границах Средний уровень величины градиента на границах

11. Сглаженость локального кон-траста Отношение среднего градиента вне локальной площади к каковому внутри площади

12. Отношение площадей Отношение длины границы к площади

13. Первый инвариантный плос-костной момент Производные от первого центрального момента второго порядка и первого центрального момента третьего порядка

14. Второй инвариантный плос-костной момент Производные от первого центрального момента второго порядка и первого центрального момента третьего порядка

15. Расстояние до корабля Дистанция до ближайшего обнаруженного корабля