深海鈷結殼采集之微地形探測技術(淺水實驗階段)研究.pdf

1、深海富鈷結殼是一種生長在水深500～3000m的平頂海山、海臺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)略礦產資源。我國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”。由此研究鈷結殼的采集技術與裝備具有重大的經濟價值和戰(zhàn)略意義。 成功采集鈷結殼的關鍵技術之一是有效控制下層巖石的貧化。在鈷結殼

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。 國家自然科學基金項目“深海鈷結殼微地形監(jiān)測技術與最佳采集深度建模研究”(50474052)的主要研究內容是尋求適合鈷結殼采集的海底微地形探測技術與方法；研究的目的是為采礦車的最佳采集深度計算提供實時的規(guī)則格網DEM數據。論文在此課題背景下，從探測方案選取到微地形DEM建立始終圍繞著實時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的裝置提供理論指導

3、和實驗依據。 作者首先從水下微地形探測方案著手，查閱大量有關聲、光、電的水下地形探測技術資料，并結合鉆結殼特殊賦存環(huán)境和具體開采方案，提出一種擺動式單波束探測方法。隨后，研制出實驗用的擺動式單波束探測裝置。利用該裝置進行一系列的探測實驗，為后面的高程數據預處理及DEM建立提供必要的驗證數據。 其次是實現(xiàn)高程數據預處理。擺動式單波束探測受掠射角、底質特性等因素的影響，不可避免地產生高程異常值。高程異常值是導致“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以及必須建立規(guī)則格網DEM等原因，有必要對高程數據進行預處理。采取的主要措施有： 1)通過一種改進的數據加窗法剔除高程異常值； 2)采用改進的中值濾波算法實施高程數據濾波； 3)通過支持向量回歸模型確定橫向(X方向)測線高程值； 4)利用坡度信息對高程值進行檢測與修正。 經過預處理后的高程數據簡化了微地形規(guī)則格網DEM的內插問題。X方向測線上可由支持向量機