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随着世界经济和石油工业的迅速发展,石油需求量日益增加,促进了海上石油运输业的发展,同时也增加了船舶、港口、航道等海上交通要素发生溢油事故的风险。海上溢油的准确探测和有效识别,对溢油清污处置方案制定、航运安全保障与生态环境保护等方面具有十分重要的意义。激光诱导荧光技术作为主动式遥感探测技术,克服了海洋溢油事故应急响应中时空分辨率和响应周期方面的难题,能够实现海上油膜的高灵敏度和快时间响应的探测和识别,并且相关传感器搭载平台灵活,在海洋溢油事故的应急处置方面得到了一定的发展和应用。但是目前海上油膜激光诱导荧光特性尚不明确,海上油膜化学组成与荧光特征的量化关系尚未建立,使得海上油膜的荧光光谱重建、油种精确识别和薄油膜准确探测难以实现。针对上述问题,本论文开展了海上油膜激光诱导荧光特征机理与油种识别技术的研究,并研制了紧凑型的岸基式海上油膜荧光探测传感器。论文在海上油膜荧光产生机理与特征提取、油种识别方法研究和荧光探测传感器研发与应用等方面所取得的主要研究创新成果如下:(1)基于海上油膜中有机物组分的荧光产生机理和荧光特性,提出一种基于多环芳烃组分的海上油膜激光荧光光谱复合方法,构建了不同油种的复合荧光光谱,解决了海上油膜荧光光谱重建的难题,进一步量化对比不同油种实测荧光光谱与复合荧光光谱之间的差异,为不同油种荧光光谱差异识别提供量化分析方法;基于不同油种不同浓度下的激发-发射三维荧光光谱,提出一种荧光光谱特征提取方法,明确300-400 nm波长范围为海上油膜荧光探测与识别的特征波段,为海上油膜探测与识别中荧光光谱特征波段的选择提供依据。(2)通过分析多环芳烃组分对原油荧光光谱的影响,提出一种基于多环芳烃组分荧光主峰特征的原油油种识别方法,解决了因原油组分和荧光光谱相似性带来的油种识别难题。采用气相色谱-质谱联用技术分析不同原油中多环芳烃组分的种类和相对含量,根据单一多环芳烃组分的荧光主峰位置特征,构建原油中多环芳烃组分与荧光光谱的特征分类模型,并分析了荧光强度与多环芳烃组分相对含量的耦合关系,在350-380 nm波长内构建了基于荧光强度与相对含量相关关系的原油油种识别模型,实现不同原油油膜的有效识别。(3)根据不同油种的激光诱导荧光光谱特征,设计并研制了一种紧凑型的岸基式海上油膜荧光探测传感器。本文设计了基于带通滤光片(300-400 nm)和聚光镜的荧光滤光装置,在实验室环境中实现了微米级油膜的探测;采用相对荧光强度(Relative Fluorescence Intensity,RFI)和数据变化率(Data Change Rate,DCR)作为海上油膜探测预警参数,提高了海上薄油膜探测的灵敏度和精确度,并开展了现场实验和应用,满足了沿海储油基地和大型油码头对海上溢油日常监测的需求,保障了港口和油码头的生产和运输安全。本论文基于激光诱导荧光技术开展了海上油膜准确探测与油种识别的研究,在海上油膜荧光产生机理和荧光特征提取研究的基础上,提出了原油油种识别方法并研制了海上油膜荧光探测传感器,并通过实验和应用验证了所提出的海上油膜探测与识别方法的有效性。该研究对于保障海上交通运输安全具有重要意义,也为海上溢油监测与应急处置提供技术方法和探测装备。