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2020OEM机械设计技术研讨会云会议
机器视觉

FLIR:海上溢油检测、应急救援解决方案

  2019年12月19日  

  随着经济社会发展对石油能源的依赖越来越大,海上石油运输量不断攀升,沿海石油开采迅猛发展,沿岸石油炼化加工与储存设施也越来越多,这就导致我国沿海海域的石油污染风险长期存在。 科技是一把双刃剑,它会给人类社会创造“奇迹”,推动社会的发展,同时也会带来意想不到的灾难。
  
  面对随着石油工业的快速发展,项目工程难度在不断提高、工程及装备体量在持续增大,同时长距离原油物流越来越繁忙的现状, 当然预防隐患的技术水平在逐渐进步,另一方面即使事故发生,我们又可以通过各种科技手段将事故的破坏程度降到最低。现今在溢油监视监测、预测预警、应急决策、损害鉴别评估等领域取得了创新性进展,构建了我国水上溢油应急处理技术支撑体系,在一定程度上提升了我国溢油应急技术水平。

  在当今社会,海洋污染没有办法完全避免的情况下,我们只有提高海洋污染应急反应速度,加强应急处理技能,用更科学合理强有力彻底的处理措施,再加上完善的后续保障工作,才能最大程度地减少海上溢油事故的发生频繁,减少对能源的巨大浪费,同时也可以避免因海上溢油造成严重的海洋污染和生态污染。

方案背景分析

  在石油勘探、开发、炼制及运储过程中,由于意外事故或操作失误,造成原油或油品从作业现场或储器里外泄,溢油流向地面、水面、海滩或海面,同时由于油质成分的不同,形成薄厚不等的一片油膜,这一现象称为溢油。

  海洋环境中的溢油来源是多方面的,主要有:
  (1)海域采油:
    海上石油开采过程中钻塔或者油井因爆炸或其他原因沉入海底,造成大量石油泄漏。如墨西哥湾漏油事件,钻井平台的疏漏,导致大量石油泄漏发生重大爆炸
 
  (2)海上运油:
    海上航运因素导致的石油泄漏。主要是船舶与石油设施相互撞击,包括船与海洋石油设施相撞,或油轮与海洋其他船舶、海洋设施相撞所造成的海上溢油。

  (3)陆源漏油:
    此外还有沉船、自然污染以及近岸生产装置污染等其他因素。自然因素,如飓风、地震等造成的海上溢油。

  综合海上溢油事故发生的主要原因:船舶碰撞事故、船舶非法排放含油污水、海上石油钻井平台事故、海上石油作业事故、海上原油运输事故、海况异常等6方面。排除地震等自然因素,人为因素是导致事故发生的主要原因。预防事故发生的对策:完善海洋环境管理体制;从控制污染源着手,减少溢油事故的发生,加强海洋溢油应急设施设备的研发健全环境监视系统。

方案需求分析

  FLIR红外热像仪是海岸警卫队或其他执法机构弥足珍贵的工具。红外热像仪不仅可以跟踪因在开放水域清洗油罐而非法污染海洋的船舶。还可以帮助工作人员制定具体的溢油应急溢油应急清除作业,帮助灾害评估,采取措施防止溢油继续溢漏和可能引发的火灾,以及事故发生后及时消防救援,难点是都是如何准确、快速有效及时检测,治理和事故应急救助。

  ●检测溢油,提早预防溢油事故发生,能全天侯监测,能及时准确的发现海上溢油,对海底溢油、海面平台溢油、移动油轮溢油等各类油源的漂移扩散情况开展预测预报。

  ●完善海洋环境管理体制;从控制污染源着手,减少溢油事故的发生加强溢油应急设施设备的研发,健全海洋环保环境监视系统:  要求突破溢油快速定位、准确跟踪的难题。

  ●由于石油具有易燃易爆危险性,当其溢出后,对个人安全和公共安全都会产生威胁。在油溢出的初始阶段,或轻质原油及轻质炼制品的厚油区可能存在易燃气体,这些气体遇到明火就会燃烧而导致火灾。一旦 发生火灾爆炸,如何最快消防救助。

  ●溢油及时清除回收仍是难题。漏油回收 ,适合各种恶劣条件,全天候清理快速,防止溢油的扩散

  以下对FLIR 海事红外热像仪如何助力海上溢油问题涉及到 热成像技术进行分析,及时,准确有效防止、控制、清除、监视、监测等防治溢油污染,FLIR红外热像仪堪称理想工具。

溢油探测分析

溢油探测—原油泄露 避免碰撞

  热成像可以显示水面上的浮油。水比油反射更多的热能,因此寒冷的夜空反射水,而油反射较少,似乎更温暖。热像仪不仅可以在完全黑暗时检测到漏油,还可以对海面全天候(24小时)观察、搜索、监视,避免碰撞事故

  红外热成像视频图像监控取证系统,可实现对船舱外部情况,如船舶的前后环境、海洋资源、海上船只、漂浮物等进行全天候(24小时)观察、搜索、监视,可实时录像为有关部门处理情况提供详实资料。应用于巡逻船、远洋货轮,滚装船,内河船舶,海洋钻井平台等各种等海上设施。 漏油是一个危害极其大的环境污染事故,海水经常阴沉看时,会出现暗直线下降。在高角度,海洋水反射了太阳,地平线或天空而且会显得很亮,任何的液体浮在表面上的薄膜可能很难用肉眼或用彩色摄像机看到。特别是在低入射角,无论是水和油膜往往显得较暗。在波涛汹涌或波浪水起伏的水面检测油变得更加困难。针对这一情况好多海油运输船搭载了红外热像仪系统。

应用一原油泄漏检测

  漏油检测原理是基于油和水在温度、热反射和热发射率之间的差异之上。由于导热性差异,油通常在白天吸热很快,因此它比周围的海水温暖,在热图像上显示为热点。到了晚上,情况刚好相反:油体的放热速度比周围的海水快,因而,油在热图像上显示为一个低温区。在白天,因为油反射来自阳光的热辐射不同,反射油也显示在热图像中。这与油和水反射阳光的程度不同,人眼能看到色彩差的原理相似。

原油泄漏到海中,不论何种工作环境,在红外热像仪下均无处可藏

在各种不同的海况和光照条件下,光谱的多波段范围为增加石化产品和水面之间的对比度带来了希望

 

技术分析一热成像技术原理

  FLIR 红外热像仪是理想溢油检测工具,漏油检测原理是基于油和水在温度、热反射和热发射率之间的差异之上,明辨细微的热差异但并不是所有的红外热像仪都可以检测漏油。

  水中溢油对基于热成像的检测方法提出了特殊的挑战。在可见光波段(简称VIS)中,海水通常是浑浊的,直下看时显得很暗。 在高角度下,海水会反射太阳,地平线或天空,并且看起来非常明亮。面对这种高度可变的表面亮度,用肉眼或彩色摄像机很难看到漂浮在表面上的任何液体薄膜。避免发生事故,要求热像仪对细微的温差十分敏感。原油泄漏到海中,不论何种工作环境,在红外热像仪下均无处可藏。

可见光

热像效果图

应用 — 避免油轮碰撞事故发生

  FLIR 热成像 可实现船舶身份的自动识别、运行状态的感知,实现船舶环境的实时可视化与感知,帮助船舶操作人员预测船舶的航行状况以及避免潜在的碰撞。特别是在夜间航行或恶劣天气条件下。精确地查看周边地区的情况,对以前暗藏障碍或碰撞风险报警,链接到GPS数据以创建3D环境,使船员能够“看到人眼无法看到的”

技术分析一热成像全天候 适用任何工作环境探测

  FLIR 探测器生成分辨率为640x480像素的连续热图像;还有一个可见光微光相机镜头,在各种条件下尽可能提供最佳的可视图像,为船长尽可能提供最佳的环境感知能力。这使船长即使在薄雾,烟雾或妨碍视觉的黑夜环境,也能避免船舶碰撞。启动光电系统上的LED等进行同轴补光,让搜救人员详细了解落水人员状态。M400XR 热像仪作为光电取证与搜索救援设备专为海事应用而设计,能适应海上各种恶劣天气,全天候侦察监视,实现各种观察搜索和监视取证,可在漆黑环境中看清前方的障碍物、周边水面的情况。

陀螺稳定实际上消除了俯仰、垂荡和偏航的影响

稳定的视野,在波涛汹涌的海面上稳定地观察目标

  无论在恶劣的海况、耀眼的阳光、漆黑的环境,还是从任何角度,FLIR海事红外热像仪都精于提供漏油的实时视频和照片。

全天侯运行,能及时准确的发现海上溢油

消防救援分析

消防救援

  热像仪不仅可以在完全黑暗时检测到漏油,还可以穿透烟雾,灰尘和薄雾,及时实施消防救助

可见光被烟尘吸收,但热能直接通过。热量技术使您可以看到火的位置,并通过烟雾看到船上的活动。

  FLIR 热成像助力海面溢油的堵漏、驳油、拖浅、防火、灭火等

应用分析一消防救助

  平台在生产过程中,需要使用大量油料;在试油期间,排放石油、天然气等易燃易爆物品,扩大了平台危险区,遇到火源极易引起火灾。

  火灾救援会因在水面作战,受到水流,风向,水深,潮汐等外部因素的影响,增强有效救援难度。一旦 发生火灾爆炸,海上救援还会因交通、通讯条件的限制也变得较为困难。

  燃燃时产生的有毒气体烟雾,火势的蔓延,在烟雾滚滚的现场,消防人员无法有效并准确地寻找被困人员,红外热像仪的透烟透雾功能,并能快速搜索生命迹象,是消防救援最佳使用工具。

  消防模式下显示目标温度测量和等温线,可协助消防员抗击火灾,规避危险与现场形势评估。

  海上消防作业现场,对火场目标船只状态可以透过烟雾准确判断。红外热像仪具备高水平成像性能和环境感知能力,帮助消防人员和救援人员完成快速响应。能在更远距离看清更多物体,即便是浓烟滚滚与漆黑条件亦如此。

  在靠近或抵达现场时,带有消防模式的红外热像仪有助于快速评估现场形势。 在夜晚能看清更远物体,在更安全的距离检测火灾强度,通过温度差识别有害物质,看清船的液位,扫描残余热量、以及搜索从船内逃出的伤员、定位初期扑救的起火点。

技术特性分析 一 增强的环境感知能力

  能够进行一级对外消防灭火作业、海面浮油回收和海面消除油污作业,具备夜间海上搜寻救生、救助能力,可配合救助直升机进行海上搜索和救助。

  红外热像仪具备高水平成像性能和环境感知能力,帮助消防人员和救援人员完成快速响应。能在更远距离看清更多物体,即便是浓烟滚滚与漆黑条件亦如此。无论在何光照条件下,用户都可以透过妨碍正常视觉的黑暗、光雾及烟雾看清目标。

技术特性分析二

  M400XR采用热感及可视系统,结合热感侦测和可视识别
  ●高达4倍光学热感变焦18°to6°水平视场角
  ●高清彩色30倍变焦64°to 2.3°
  ●高强度LED照明灯可照明和识别附近目标物

红外连续变焦无热化

  M400XR采用红外连续变焦无热化技术,可以实现从发现落水人员到定位跟踪落水人员只需要3秒,全程无需聚焦。大大提高目标搜索和跟踪的速度和精度.提高了对海事侦察情报的效率,节约了搜救时间。

技术特性分析三

FLIR M系列 光电侦察设备

  除了高端的M400, FLIR M系列红外热像仪, 也可以针对海洋的特殊环境,应对海上的全黑、薄雾等复杂环境下能产生更清晰的图像,侦查搜救、辅助航线、昼夜监控等相关产品方便海防人员从事搜救、航行等作业。该设备可以对近距离(不大于11海里)的海上和空中目标进行探测成像、识别、跟踪监视和激光测距。通过可见光+红外联合探测实现对目标对象的昼夜监视。

 

溢油控制评估

  立体监视监测海上溢油、溢油浮标跟踪定位、海上溢油控制和清除等

应用一溢油评估控制,防止扩散
  一旦在海上发生溢油事故,首要任务就进行有效的应对处理,为此,正确的应对策略十分重要。防止溢油扩散,一旦溢油发生,应立即遏制浮油,防止溢油扩散。因为溢油在风、流和其他的自然因素下会迅速扩散和飘移,要尽快地对溢油进行围控。通常使用的防止溢油的扩散的工具是围油栏,FLIR热成像可以助力对溢油的扩散趋势初步评估。

初始评估的主要内容:
  (1)根据溢油源的类型、溢出油的种类、事故地点、事故原因、气象、海况等,评估溢油的可能规模,初步预测溢油的扩展趋向;
  (2)对溢油发生火灾、爆炸的可能性进行评估;
  根据对溢油事故的评估,指挥部应立即作出溢油应急反应对策:
    
技术特性分析一
  最原始的跟踪发现是靠人的眼睛,后来主要停留在遥感卫星层面。而海上溢油,很多是在远洋深海,还要伴随海风及洋流。M400 XR突破了溢油快速定位、准确跟踪的难题。

  M400 XR高端的光电系统与雷达联动的海图联动功能实现了雷达目标信号与光学图像相联动的远程监控。
  茫茫大海,搭配FLIR光电系统的雷达联动功能,实现超远距离,识别锁定目标,持续跟踪,轻松定位热点和失踪目标。水面溢油跟踪监测浮标“一般来讲,海上溢油污染主要来自于船舶、石油钻井平台和陆上设施。一旦发生溢油事故,相关部门会立即启动应急反应,包括预测预警、围控回收和决策指挥等,“跟踪”就是运用跟踪浮标、溢油漂移预测模型等判断油污的概位。

系统通常无法检测到物体的结构、船舰和水中的漂浮物。 红外热像仪可用于验证雷达回波,发现雷达可能会遗漏的物体,为您显示绘图仪无法呈现的事物。

雷达联动与电子海图  雷达扫描的溢油图像

  应用航海雷达图像记录仪提取到雷达扫描的溢油图像,将图像信号转换为数值信号,采用雷达图像处理技术识别和解译油膜性质,计算相应的溢油参数。

  雷达回波信号的大小与发射的电磁波的波长、偏振方向有关,也与油膜的性质有关。环境因素对雷达回波信号也有很大的影响,包括海面状况、大气中的分子等。

技术特性分析二

  自动跟踪自动锁定跟踪对象

  FLIR船载热像仪M400XR具有视频跟踪功能,在操作者选定一个目标之后,摄像机即可自动追踪该活动目标,视频跟踪器可在可见光和热像仪之间无缝工作,允许您在系统之间切换并调整缩放设置。该M400XR采用了M400所有功能,并增加了集成视频跟踪和自动锁定跟踪对象功能,只需把相机调节为可视图像或消防模式即可启动。

  实现提供全方位的态势感知,识别锁定目标,持续跟踪海底溢油、海面平台溢油、移动油轮溢油等各类油源的漂移扩散情况开展预测预报。

海上浮油 性能测试 检测能力

主要功能:
  ●安装在港区或者航道附近
  ●支持全天侯水面溢油扫描
  ●安装在溢油应急回收船上支持全天候溢油回收作业
  ●能在恶劣天气和夜间作业
  ●覆盖范围8公里
  ●可以测量小目标物体,直径4米(适合海上搜救)
  ●可以测量水流、流速、水深、海底地形等数据
  ●可以接入VTS、AIS信号

溢油清理回收

  海面浮油回收和海面消除油污作业
  立体监视监测海上溢油清除回收等, 助力解决海上漏油浮油清理技术难题,并加强回收油和油污废弃物的处置。

  应用分析
  溢油的回收这是清除海面溢油比较理想的方法,既可以避免溢油对环境进一步危害,又能回收能源。其回收方法包括人工打捞机械回收和吸油材料吸附回收。溢油回收是应急处理中的-一个重要环节,是减少损失的最可行的方法之一。溢油回收的工作具有- -定难度,如何准确、快速有效将過制住的油迅速回收,以预防溢油漏出而污染其他区域

  技术特性分析一

  数字细节增强技术(DDE)的图像处理算法

  船舶漏油是海事作业的一大难题。由于原油或柴油由于密度较低,发生泄漏后通常会漂浮在水体上方。虽然漏油会分布开来,形成界限清晰的薄膜。但是,油膜与水面之前并不存在非常鲜明的视觉对比度,肉眼观察依然存在一定的难度。

  尤其是在较低的入射角方向,水体和油膜均会显示为暗黑色。然而,在波涛汹涌或波浪起伏的水域,由于水面对阳光或天空的反射作用在不停变化,水面时暗时亮,进一步加强了对低对比度油膜区的掩饰作用,漏油检测变得更为艰难。

  明辨细微的热差异但并不是所有的红外热像仪都可以检测漏油。要求热像仪对细微的温差十分敏感。FLIR红外热像仪是理想漏油检测工具的缘由之一,在于它内置有一种称为数字细节增强技术(DDE)的图像处理算法。这使得热像仪对最细微的热差异也能明察秋毫。

  技术分析——夜间漏油回收

  发射率不同是漏油检测能有效进行的另一因素。虽然不同种类的油发射率不尽相同,但一般而言要低于水的发射率。这使得热像仪能够在完全黑暗时“看到”漏油,这意味着油回收可以在夜间继续进行。这一点至关重要,因为在油发生下沉、溶解或蒸发前,将漏油收集起来的时间是十分有限的。

 

溢油应用领域

  1)船舶监视
  海上船舶发生溢油事故后,溢油应急指挥部根据溢油事故报告,迅速派遣监视船舶对溢油源和溢油进行跟踪监视,必要时利用事故现场周围的在航和作业船舶(包括运输、渔船、舰船等)监视
  2)对监控储油船与输油船之间的输油过程是否漏油
  3)跟踪因在开放水域清洗油罐而非法污染海洋的船舶。

  其它应用领域
  ●远距离、超远距离视频监控,在森林防火、边防、海防、港口、油田等广域视频监控领域中
  ●海上搜救,港口、航道以及沿海安全、海事安全
  ●海警船、海监船、海事巡逻船、渔政船、海关缉私船
  ●水域巡逻 可疑船只跟踪与监控
  ●海上执法、威胁探测
  ●宽广水域犯罪取证 船舶跟踪与观察、搜索救援行动
  ●岸基监视搜索系统
  ●环境保护

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