海底鈷結(jié)殼采礦車路徑規(guī)劃主要技術(shù)研究.pdf

1、海底鈷結(jié)殼是一種生長在水深500～3000m海底殼狀物，它富含鈷、鉑等稀貴金屬，還含有錳、鎳、鐵、銅等金屬，是一種重要的礦產(chǎn)資源。隨著陸地資源的日趨枯竭，深海鈷結(jié)殼作為一種極具商業(yè)開采價值的海生礦產(chǎn)資源，獲得了美國、德國、日本、俄羅斯等西方國家的重視。隨著面向鈷結(jié)殼勘探開采研究工作的日漸深入，部分國家已經(jīng)步入試開采階段。與西方發(fā)達國家相比，我國對鈷結(jié)殼的勘探開采研究工作起步較晚。為維護我國的海洋權(quán)益，開辟我國新的礦產(chǎn)資源來源，面對國際社

2、會對海洋資源爭奪的形勢，有必要開展鈷結(jié)殼的探測采集技術(shù)與裝備研究。
　　 本文在國務(wù)院大洋專項的支持下，是“鈷結(jié)殼采集模型機關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究”項目的一項重要內(nèi)容。作者在查閱國內(nèi)外大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，對海底采礦車路徑規(guī)劃問題相關(guān)的海底礦區(qū)環(huán)境建模問題、海底大尺度遍歷路徑規(guī)劃問題、海底采礦車靜態(tài)路徑規(guī)劃問題和海底采礦車動態(tài)路徑規(guī)劃問題進行了深入并系統(tǒng)的研究。主要的研究成果如下:
　　 1)對高度非結(jié)構(gòu)化，含不同類型底質(zhì)的

3、海底環(huán)境，提出了一種針對不同類底質(zhì)的環(huán)境建模方法。利用先驗的含底質(zhì)類屬性的DEM數(shù)據(jù)，提取地形幾何特征，得到了海底環(huán)境四維混合屬性數(shù)據(jù);通過模糊推理的方法，獲得不同類底質(zhì)地形的通行性指數(shù);并通過設(shè)置綜合通行性代價函數(shù)，對不同底質(zhì)地形的通行性進行有效整合，得到了環(huán)境可通行性地圖。為路徑規(guī)劃研究提供了模型基礎(chǔ)，并通過實驗驗證了算法的有效性。
　　 2)提出一種礦區(qū)大尺度遍歷路徑規(guī)劃方法。首先設(shè)置遍歷路徑規(guī)劃的性能評價函數(shù)，通過對評價

4、函數(shù)的計算，確定平坦地形往復(fù)式采集的方式;后用Boustrophedon方法對礦區(qū)環(huán)境進行子區(qū)域劃分;為可采子域之間建立綜合連通距離矩陣，將子域連接問題轉(zhuǎn)化為TSP問題，通過蟻群算法求解，達到最大覆蓋率的優(yōu)化目標;對于非相鄰可采子域之間的局部路徑搜索問題，將其轉(zhuǎn)化為SPP問題，通過Floyd算法求解，滿足了最小重復(fù)率的要求;最后提出礦區(qū)大尺度遍歷路徑規(guī)劃算法。通過仿真，驗證了算法的可行性。
　　 3)提出基于改進蟻群算法的采礦車

5、靜態(tài)路徑規(guī)劃方法。首先指出遍歷路徑中存在連接路徑和采集路徑兩種路徑;之后本著實時性要求對基本蟻群算法進行改進，對環(huán)境模型膨化后，提出了采礦車靜態(tài)路徑規(guī)劃的改進蟻群算法，并證明了算法的收斂性;依據(jù)兩種路徑的不同要求，分別設(shè)置不同的啟發(fā)函數(shù)和適應(yīng)度函數(shù)，提出兩種靜態(tài)路徑規(guī)劃的改進蟻群算法;通過仿真，驗證了兩種算法的可行性。
　　 4)提出了基于改進滾動窗口法的采礦車動態(tài)路徑規(guī)劃方法。首先提出算法;之后按照A*算法的思想，確定子目標選