1  引言

1。1  本文的研究背景及意义

水为生命之源，是地球万物赖以生存和发展不可或缺的重要物质资源。海洋作为地球上 最丰富的水资源，总面积多达 3。6 亿平方千米，约为地球表面积 71%。不仅给无数的海洋生 物提供食物与生存空间，也提供了丰富的能源与自然资源如有“工业血液”之称的石油，对 人类社会的生存和发展也有着十分重要的作用。

而近年来，伴随着经济和海上运输业的快速发展，海洋石油开采量和海上运输量日益增 长，导致海上溢油事故频频发生，海洋生态环境遭到严重破坏，环境社会的可持续发展也受 到影响，海上溢油的污染问题逐渐受到国内外的关注。溢油主要是指由于各种原因进入海洋 或江河的油，溢油种类包含了各种不同类型的石油，比如常见的原油、汽油、柴油、炼油残 留物如油渣以及其它生产成品如沥青等[1]。据不完全资料统计，世界上每年至少有 500~1000 万吨油类经过各种不同的途径泄入海洋，中国海域内也发生过多起影响极其严重的溢油事故。 1978 至 2000 年间，我国沿海发生的溢油量 60 吨以上的恶性事故足有 46 起，溢油总量多达

17941 吨。而自我国成为石油纯进口国以来，石油需求量不断增加，石油外贸进口量也持续 增长，这表明我国面临的海上溢油风险越来也大。及时检测到溢油的发生并对其扩散行为准 确的预测可为海上溢油污染的应急处理和防治提供数据支持和决策依据，是海面溢油区域检 测预警自动化、智能化和高速化的关键。

1。2 国内外研究现状

1。2。1  海上溢油检测方法研究现状

1。2。2 海上溢油行为预测模型研究现状

1。3 论文主要工作

随着海上溢油污染逐年加剧，溢油区域的检测预测方法的研究越来越受到国内外的关注。 本文主要利用 MATLAB 实现了基于溢油偏振图像的检测和预测，并利用 FPGA 编程实现偏 振图像的采集融合，硬件实现溢油检测。主要章节内容如下：

第一章，概述了溢油检测预测的重要性，对比总结了溢油检测方法和预测模型的国内外 研究现状。

第二章，结合已有的溢油扩散预测模型，基于“油粒子”模型，建立了海上溢油扩散预测 综合模型，较为全面地考虑了风、潮流等环境因素对溢油扩散趋势的影响和溢油发生后各变 化过程的关联性。论文网

第三章，利用 MATLAB 分别对溢油区域的偏振图像进行处理，实现溢油识别，结合探测 器位置信息，计算溢油的面积和方位。通过 MATLAB GUI 设计交互式界面，通过改变溢油品 种、环境影响因素和时间参数等条件，进行预测模拟显示，显示模式分为静态显示和动态显 示。并通过模型公式和仿真结果分析了溢油预测决定因素的影响程度。

第四章，解释了偏振度图像的计算原理，介绍了本次设计用到的 FPGA 系统的硬件结构， 并阐述了各功能模块的设计，最后对比分析了硬件实验结果与 MATLAB 仿真结果。

2 海上溢油扩散预测综合模型

本章结合已有的溢油扩散行为预测模型，将溢油发生后的行为分为三个变化过程，即扩 展、漂移和风化。阐述各个过程的计算模型和影响因素，并分析各模型之间的关联，最后将 各过程组合计算其运动轨迹。

2。1 油膜的扩展