水污染的毫米波辐射监控理论与关键技术研究

With the rapid development of economy and society, the water pollution problemis of our country coastal and inland regions becoming more and more serious. But at present water pollution remote sensing sensors are mainly concentrated in the optical, infrared and microwave radar system in our country, especially the passive millimeter wave imaging in the field of remote sensing research has not yet reached the practical application. Thus to carry out target radiation characteristics modeling of typical water pollution sources, real-time imaging monitoring and image feature extraction technology as the research object, can make up for domestic weak research links. The choosed study is based on passive millimeter wave radiation unlike radar scatter characteristics, according to the China's actual needs for water pollution, and put forward a new method for monitoring water pollution. By use of millimeter wave radiation principle the typical water pollution sources are summarized and analyzed, and adopts 8mm&3mm band radiation characteristics measurement and imaging system to obtain millimeter wave radiation measurement data and image of water pollution region, so as to study on the millimeter wave radiation modeling method and passive millimeter wave radiometric image preprocessing, feature extraction and recognition technology of water pollution. The experimental and evaluation method will provide theoretical and technical support for China's water pollution monitoring, and the research results have extensive applicability to produce enormous social and economic benefits.

随着经济和社会的快速发展，我国沿海及内陆地区的水污染问题越来越突出。目前我国水污染遥感传感器主要集中在光学、红外波段和雷达体制，微波尤其是无源毫米波成像在水污染监控领域的相关研究远未达到实用化的程度，因此开展典型水污染源毫米波辐射特性建模、实时成像监测与图像特征提取技术研究，可弥补国内相关领域研究的薄弱环节。异于雷达散射特性，该项研究选题立足于毫米波辐射信息获取，根据我国内陆省份水污染治理的实际需要，提出一种基于毫米波辐射特性的新型水污染成像监控方法，分别采用多个毫米波波段辐射特性测试与成像系统获取水污染区域的毫米波辐射测量数据和图像信息，进而研究污染水域的毫米波辐射建模方法、图像预处理、特征提取与识别技术。预期定量的水污染测试与评价方法将为我国内陆水域污染监控和防治的顺利实施提供理论和技术支撑，研究结果具有广泛的通用性并能产生巨大的社会和经济效益。

水污染影响了我国经济的发展和人民生活质量的提高，相关监测方法和手段已成为世界各国研究的热点。在无源毫米波目标辐射特性、探测和成像技术的基础上，本项目从理论和实验上验证了水面及水体污染物辐射特性与背景的差异，实现了对我国沿海及内陆典型水域目标及污染物的测试试验。重点开展了开展典型水面植被、生活废弃物以及金属目标的毫米波辐射特性建模与实验分析、开展了典型水面目标和植被的成像方法和监测技术研究，开展了水面植被及目标的图像特征提取技术研究，以上研究内容弥补了国内相关研究的薄弱环节。通过江苏无锡太湖目标辐射特性实验、上海崇明岛水域目标辐射特性实验、武汉东湖水域测试试验，江苏句容14所测试基地实验、南京东洼子目标辐射特性试验实验以及南京理工大学校内大量的实验表明，本项目提出的毫米波辐射特性监测典型水域污染物是可行有效的的，获取了水面植被（蓝藻、莲类、水葫芦、落叶等）、水上金属目标以及塑料类、纸箱类、金属类的生活废弃物的实测数据和对比度探测模型。配套研制、开发出有线、无线的毫米波辐射计数据采集与成像的软硬件系统，尤其通过上海青浦区毫米波辐射计无人机挂飞试验，改变了传统的毫米波辐射特性测试中对于场地、仪器设备以及观测角度的限制，从理论和技术上为将来水面实时监控提供了飞行物质平台。作为光学与雷达SAR成像的补充，该项研究立足于毫米波辐射信息，项目执行中相关研究逐步从理论走向实用化的程度，使得毫米波段辐射探测成像系统获取水污染区域的数据图像信息已成为可能。相关的研究理论和方法已经申请并陆续获得发明专利、实用新型专利的授权，相关的技术方法和系统已经推广用于目标特性的理论分析与实际测试，产生的社会效益日益显现。预计水污染测试方法与预警机制将为我国内陆水域污染监控和防治的顺利实施提供理论和技术支撑，而且研究结果具有广泛的通用性可以移植于其它重要领域，并能产生巨大的社会价值和经济效益。