深海鈷結(jié)殼采集之微地形探測(cè)技術(shù)(淺水實(shí)驗(yàn)階段)研究.pdf

1、深海富鈷結(jié)殼是一種生長(zhǎng)在水深500～3000m的平頂海山、海臺(tái)頂部或坡上的殼狀物，厚度一般為2～6cm，在水深800～1.500m的高集區(qū)，殼厚可達(dá)10～20cm。它除含錳、鎳、鐵、銅等金屬外，富含鈷、鉑等稀貴金屬，是一種重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源。我國(guó)在太平洋海底圈定了一塊7.5萬平方公里的“戰(zhàn)略金屬資源基地”。由此研究鈷結(jié)殼的采集技術(shù)與裝備具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。 成功采集鈷結(jié)殼的關(guān)鍵技術(shù)之一是有效控制下層巖石的貧化。在鈷結(jié)殼

2、礦層厚度和微地形表面特征已知情況下可獲得最佳采集深度。 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“深海鈷結(jié)殼微地形監(jiān)測(cè)技術(shù)與最佳采集深度建模研究”(50474052)的主要研究?jī)?nèi)容是尋求適合鈷結(jié)殼采集的海底微地形探測(cè)技術(shù)與方法；研究的目的是為采礦車的最佳采集深度計(jì)算提供實(shí)時(shí)的規(guī)則格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)。論文在此課題背景下，從探測(cè)方案選取到微地形DEM建立始終圍繞著實(shí)時(shí)性和高精度兩大基本要求展開研究工作。旨在為開發(fā)出真正能用于海底微地形探測(cè)的裝置提供理論指導(dǎo)

3、和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 作者首先從水下微地形探測(cè)方案著手，查閱大量有關(guān)聲、光、電的水下地形探測(cè)技術(shù)資料，并結(jié)合鉆結(jié)殼特殊賦存環(huán)境和具體開采方案，提出一種擺動(dòng)式單波束探測(cè)方法。隨后，研制出實(shí)驗(yàn)用的擺動(dòng)式單波束探測(cè)裝置。利用該裝置進(jìn)行一系列的探測(cè)實(shí)驗(yàn)，為后面的高程數(shù)據(jù)預(yù)處理及DEM建立提供必要的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。 其次是實(shí)現(xiàn)高程數(shù)據(jù)預(yù)處理。擺動(dòng)式單波束探測(cè)受掠射角、底質(zhì)特性等因素的影響，不可避免地產(chǎn)生高程異常值。高程異常值是導(dǎo)致“偽”地形的首

4、要因素，加上背向超聲波的地形坡面無法被探測(cè)以及必須建立規(guī)則格網(wǎng)DEM等原因，有必要對(duì)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。采取的主要措施有： 1)通過一種改進(jìn)的數(shù)據(jù)加窗法剔除高程異常值； 2)采用改進(jìn)的中值濾波算法實(shí)施高程數(shù)據(jù)濾波； 3)通過支持向量回歸模型確定橫向(X方向)測(cè)線高程值； 4)利用坡度信息對(duì)高程值進(jìn)行檢測(cè)與修正。 經(jīng)過預(yù)處理后的高程數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化了微地形規(guī)則格網(wǎng)DEM的內(nèi)插問題。X方向測(cè)線上可由支持向量機(jī)