基于SVM的激光诱导荧光遥感识别海面溢油

成分具有该种特性， 因此荧光可以 作为油类的探
测特征。每种基质均可发射其特有的荧光谱， 由 于不同石油产品中所含有荧光基质的种类及各类 基质的比 例不同， 在相同激励条件下所发射的荧
引人ｕ ｎ 函 即 ａ ｒｅ ｇ ｇ 数： 在约束条件
光谱通常具有不同的强度和形状， 因此可以作为 鉴别油类的依据。 所以， 利用该特性进行油类的 遥感识别是可行的。由于荧光光谱的强度与激光
质， 这些物质受到具有适当波长和能量的激光照 射时， 便会发射一定的荧光， 由于很少有其它物质
展 ５ 设训练样本输人为： １ ， ｎ 而来［ ］ 。 ‘ 二１ ， …， 对 应的 输出 ｉｅ｛ １一 ｝ 期望 为ｙ ＋ ， １， 假设分 类面方程
为（ ． ＋ 二０为使分类面对所有样本正确分 二ｘ ｂ 。 ） 类， 即最大化分类间隔２｝ ｝这可以通过最小 １｝ ， ，｝ 化 ！ ｝的方法来实现。 ｝ ２ ，】
应用能源技术
２８ ） Ｘ （ 年第 ２ 总第 １ 期） 期（ ２
基于 ＳＭ的激光诱导荧光遥感识别海面溢油 Ｖ
陈海菊， 安居白． 刘建鑫
（ 连海事大学计算机科学与 大 技术学院， 连 １ ６ 大 团２）
摘 要： 随着海洋资源的开 发和利用， 石油污染变得尤为严重。激光荧光航空遥感对于探
刚海面、 地及海滩溢油， 陆 是最重要和最有效的技术手段。激光荧光航空遥感监测系 统软件部 分尤其是涉及到计算机智能信息处理的算法方面有待加强。国内 和国外的一些方法在不同程 度上取得了成功， 而利用支持向量机才刚刚开始。本文主要介绍利用支持向量机算法识别溢 油， 光谱形状作为识别的关健特征。测试实 以 验得出， Ｍ激光荧光光谱分析识别模型的平均 Ｓ Ｖ 训练时间００８， ．４ ， １ 正确率为％， ７ ％。结果表明， Ｍ激光荧光光谱分析识别模型的绩效是最好 ｖ Ｓ 的。它是一种很有前途的方法。 关键词： 激光诱导荧光； 溢油； 支持向量机； Ｍ ｖ ｓ 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：Ｘ ３３ ２ ）０ 一 刃 一 １刃一 ２０ 印８２ 以 巧 以 《 ｔ
功， 而利用支持向量机才刚刚开始。 本文主要介 绍利用支持向量机算法分析油类的荧光光谱方
法， 并利用这种方法来识别油的种类。
ａ｝ 二 ＋ｂ 一１ 二０１ ， ｎ（） ） ］ ｝ ， 二１…， ４ ｉ ，・‘ （
求解上述间题后得到的最优分类函数是
止
即引人错误惩罚分量。 所以， 现在的目 标函数
就变为
成： 经验风险和置信范围， 后者与ｖｐｋ 其中 ａｌ 提 ｌ ｉ
出的Ｖ 维的概念有关。传统的使用经验风险最 Ｃ
小化Ｅ （呷１ ａ凡 Ｍｎ ａｏ） 分类动练 Ｍ Ｒ Ｅ 拄ｌ ｓ ｉ而ｚｉ 的 ｃ ｋ ｉ ｔｎ ｝ ｝ 方法， 虽然能取得小的经验风险， 但置信范围很 大， 导致过学习， 推广能力下降。ＳＭ方法建立 Ｖ 在 Ｖ 维（ａ ｉＣｅ ｋ Ｄ ｉ ） Ｃ Ｖｐ ｋ ｈ ｎ ｒ ｎ ｏ ｖ ｉ ｕ ｏ 理论和结 ｓｎ ｎ ｓ ｅ 构风险最小化原理 Ｓ （ｔｃ耐 Ｒ ｋ ｉ ｚ Ｍ ｚ ｕ ｓ ｉ － Ｒ Ｓ ｔ ｉ Ｍｎ ａ ｕ 而 ｉ 基础上， ｔ） ｎ ｏ 兼顾了两部分风险构成， 数构造 把函 为一个函数子集序列， 在子集间折衷考虑经验风 险和置信范围， 使实际风险最小。 可以
万方数据
应用能源技术 １３ 核函数 ．
２ 年第２ 总第 １ 期） 的８ 期（ ２
ｖ ｓＭ中不同的内积核函数将形成不同的算 法， 前研究最多的核函 目 数主要有如下几类： 多项
ｓ ［２ Ｔ二 １ ３ ５ ７ ９ ０ ； ４ ６ ８ １］ ２Ｚ Ｓ Ｍ网络的结构： ． Ｖ
式（ 卜ｏｉ） 几 ｎ ａ 函数（ ）径向基（ａａＢ ｉ ｍ ｌ 式８、 Ｒｉ ａ ｄｌ ｓ ｓ ｎ ｃ ） 数（ ， 川ｔ 函 式９其中ｙ ０ ｉ ｎ ｏ ＞ 为待估计的参数 值） １扣 函 式１ 、乡 ｉ 数（ ０ ５ １ｄ ）
Ｔ ｅＩｓｒｉ ｄ Ｃ ｄ ｆ ｏ ｅＣ ｎ ｅｒ ｍ０ｅＳ ｌ ｌ ｇ ｉ ｎ ｆ ｈ ａ ｅ ｎ ｕ ｅ ｌ ｒ Ｓ ｅ Ｃ ｅ ｔ ｅ Ｓｌ ｄ ｔ ｕ ｅｉ ｙ
ｓａｏ ｓｉｓ ｈＳ Ｍ ｅ ｉ Ｐｌ 初ｔ Ｖ ｌ ｌ
Ｃ Ｎ Ｈ ｉ ｊ，Ａ ｕ 一 ａ，Ｕ ｉ 一石 ＨＥ ａ 一 ｉ ＵＪ ｎ ａ ｎ ｕ ＮＪ ｂ
中（ ， 二资 （ ・） ｃ兄宁 。引 。 ，十 （ ‘ ）
（ ７ ）
其中Ｃ＞ 是一个指定的 ０ 常数， 它控制对错分 样本的 惩罚程度， 越大表示对错误的 Ｃ 惩罚越重。 现在的问 题就是在式（ 的约束条件下求式 ） ６ （） ７ 所示函数的极小值， 即折中考虑最大分类间 隔和最少错分样本， 就得到了线性不可分情况下 的最优超平面。
习理论多年的研究基础上发展起来的一种全新的 机器学习算法。机器学习的实际风险由两部分构
‘ 二１
道它是否线性可分时， 可以通过引入一个松弛变
量 东）０ 来实现， 此时约束条件就变为
ｙ（ ｘ ＋６ ）１ ， ＝１ ｎ（） ‘ ，・‘ ］ 一乳 １ ， ［ ） …， ６
。 ，＝习ａ ‘ “， ｘ
的线性组合。
（） ３
即最优超平面的权系数向量是训练样本向量
这是一个不等式约束下的二次函数极值问题
（ ａ ｔ ｐ 孚 ｌｉ ， Ｑ ）存在唯一解。 ｕ ｒｃ ｏ ｕｎ Ｑ ｄ ｉ ｒ 川 ｎ 简称 Ｐ， ａ ｇ
根据最优性条件— Ｋ ｓ一 ｈ 一 ｃ 条件 ｕ ｘ ａｈ ｋ ｉ ｔ ｎ Ｔｋ ｕｅ ｒ （ ＫＴ 简称 Ｋ 条件）这个优化问题的解必须满足： ，
往 造成十 大的 分巨 危害。 经引 各国 这已 起了 政府的 重视， 政府相继投入了大量资金建立常备的探 各国 测 统， 系 对近海和临海海域进行巡视、 监测和管理。
现 的 先进的 有 各种 遥感探 测技术主 ［： 要有 激光遥 ］ ２ 感、 见光 可 遥感、 随感、 外遥 射仪遥感和雷 红夕 紫 感、 达遥感等技术， 方法都具有各自 每种 的特点。但 激光荧光航空遥感对于探测海面溢油以及陆地／
０ 引言
海洋占 地 球表面积的７％’是全球生命 了 １ 〔， ］
支持系统的重要组成部分。随着海洋资源的开发 和利用， 石油污染变得尤为严重。溢油事故往
收稿日 ２ ７ ０一 期： （ 一 １ 修订稿日 ２ ７ ０ 一 ） Ｘ １ ０ 期： （ 一 巧 ） Ｘ １ 作者简介： 陈海菊（ ２ ）女， １ 一 ， 硕士研究生， ８ ９ 研究方向为人 工智能技术及应用。
如果 ａ，为最优解， ‘ 那么
１合
变， 而保持原状， 不能简单的用光谱强度作为 所以 识别溢油的 关键特征， 而是用光谱形状作为溢油
识别的关键特征。 激光荧光海洋环境航空遥感监测系统硬件部 分的技术已经趋于成熟， 但是软件部分尤其是涉 及到计算机智能信息处理的算法方面有待加强。 国内和国外的一些方法在不同程度上取得了成
幼 （Ｏ ｐｔａｄｓ ｅ比 Ｄ 】 Ｎ ｄ 此 Ｕ 视 ｉ ，恤皿 ｎ ６〔 如 ） Ｃ ｏｅ ｎ ｄ川 ， 匕１ 臼 亩 ｍ ｉ ｙ ｎ 比ｔ Ｄ Ｕ 印２，为．
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万方数据
２ 年第 ２ 总第 １ 期） 的效的 技术手段［。 ］ ｓ
激光荧光遥感技术是一种主动式遥感技术，
１ 支持向 ． ２ 量机介绍 ＳＭ是从线性可分情况下的最优分类面发 Ｖ
它的 工作原理是［： 产品中 ］ ’ 石油 包括很多荧光物
光线的人射角和油膜与激光之间的距离有关 ， 而
习，‘ ０ ‘二 ａ
ｉ ａ ）０ １ ， ｎ 二１…， ，
（ａ ｌ）
（ｂ ｌ）
下对 ａ求解下列函 ‘ 数的 最大值：
在一定人射角的范围内， 波谱的形状却不随之改
（ 为 ２ Ｗａ二习。一 么“ ｉｘ， ） （） （ ） ‘ 叉 ‘ｙ ‘ ｙ ｉ ａｊ
１ 支持向 机 量
１１ 支持向量机理论 ．
（） ｎ ｆｘ ｇ 习、“（ 二＋ ， ５ ＝Ｓ ｛ ａ 二・） ６ ｝（ ‘ ）
将此思想应用于线性不可分数据或事先不知
支持向 Ｓ ｐ ｖ ｔ Ｍ ｈｅ ｓＭ 是 量机（ ｐ ｒ ｅ ａ ｎ， ） ｕｏ ｃ ｃ ｔ ｏ ｉ ｖ ｒ 贝 尔实验室研究人员ｖｖ ｉ等人在对统计学 ．ａ ｋ ｎ Ｐ