采矿车颠簸(模拟)下摆动式单波束超声波微地形探测研究

摘要

随着陆地矿产资源的日趋枯竭及人类对海洋认识的日益深化，大洋富钴结壳资源已经成为世界瞩目的21世纪具有商业开发前景的战略资源，世界主要发达国家已经开始了开采研究工作。面对国际社会对海洋资源争夺的形势，为维护我国的海洋权益，开辟我国新的矿产资源来源，本文在国家自然科学基金项目(50474052)“深海钴结壳微地形监测技术与最佳采集深度建模研究”的资助下，进行了海底采矿车颠簸条件下摆动式单波束微地形的探测技术与理论研究。
　　 采矿车在海底崎岖不平的地面行走不可避免的会发生颠簸，导致车体发生俯仰、横滚及航向变化。基于此特点，并且考虑到目前进行深海海底实际探测的条件不具备性，本文首先研制了一套模拟采矿车颠簸条件下的摆动式单波束探测装置，进而进行了波束脚印点位置确定及高程值计算。微地形探测过程中由于海况因数、仪器的自噪声、参数设置及传感器的偶然误差，使得大量的测量数据中不可避免地会出现异常值，又因为颠簸的影响，测点是散乱的、不规则的，本文利用k-近邻的点方式算法进行了粗差剔除研究。针对海底采矿是边探边采、连续作业，建立了实时性更强的基于最小二乘支持向量机的微地形规则格网DEM节点高程预测方法，并在此基础上进行了基于坡度信息的高程值修正。最后，本文在实验室里进行了颠簸情况下的微地形探测实验，实验结果表明：超声探测的DEM与手工测量的DEM体积量误差与表面积误差较小，能满足工程要求中的精度等级。
　　 论文进行了具有工程实践意义的创新性研究与探索，为深海钴结壳微地形监测技术打下了理论基础，并为实际钴结壳矿产资源开采中实现微地形重构提供了技术原型。