一種多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)及勘探方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海底資源勘探領(lǐng)域，尤其涉及一種多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)及勘探方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多金屬結(jié)核主要賦存于水深3000~6000m的海底；含有70多種元素，其中錳、銅、鎳、鈷4種金屬的儲(chǔ)量比陸地上的儲(chǔ)量要大幾十倍至一千倍，銅、鈷、鎳等76種金屬元素是陸地上緊缺的礦產(chǎn)資源，有必要開(kāi)采海底多金屬結(jié)核獲取這些金屬。
[0003]多金屬結(jié)核資源在洋底的賦存情況，即多金屬結(jié)核覆蓋率、粒徑和豐度是礦區(qū)勘探調(diào)查的主要內(nèi)容。我國(guó)主要是采用無(wú)纜取樣器、多頻探測(cè)和光學(xué)深拖系統(tǒng)來(lái)計(jì)算該類指標(biāo)，無(wú)纜取樣器無(wú)法找出多金屬結(jié)核連續(xù)分布規(guī)律，多頻探測(cè)和光學(xué)深拖系統(tǒng)雖可探測(cè)出多金屬結(jié)核的連續(xù)分布規(guī)律，但其精度比較低，而光學(xué)圖像多金屬結(jié)核覆蓋率、粒徑和豐度的精確計(jì)算是多金屬結(jié)核連續(xù)分布分析的基礎(chǔ)。由于多金屬結(jié)核被沉積物覆蓋的部分無(wú)法通過(guò)光學(xué)圖像算出，所以粒徑參數(shù)測(cè)量值準(zhǔn)確率不高，造成豐度計(jì)算誤差偏大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服以上【背景技術(shù)】中提到的不足和缺陷，提供一種可進(jìn)行光學(xué)掃描探測(cè)、在光學(xué)探測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行原位取樣、對(duì)樣品進(jìn)行分析并對(duì)光學(xué)掃描探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正的勘測(cè)精度高的多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)及勘探方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
一種多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)，包括勘探船和水下勘探裝置，所述勘探船內(nèi)安裝有甲板處理器，所述水下勘探裝置通過(guò)鎧裝纜與所述甲板處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸連接，所述水下勘探裝置包括防護(hù)框架以及裝設(shè)于所述防護(hù)框架內(nèi)的水下控制器、原位取樣裝置和環(huán)境感知元件，所述水下控制器通過(guò)所述鎧裝纜與甲板處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述原位取樣裝置和環(huán)境感知元件均通過(guò)數(shù)據(jù)線與所述水下控制器連接，環(huán)境感知元件進(jìn)行光學(xué)掃描探測(cè)并將采集到的視覺(jué)信號(hào)和位置信息傳輸至水下控制器進(jìn)行預(yù)處理，視覺(jué)信號(hào)和位置信息經(jīng)預(yù)處理后由水下控制器傳輸至甲板處理器進(jìn)行存儲(chǔ)和初步分析；據(jù)初步分析結(jié)果，選定多金屬結(jié)核取樣區(qū)域后，甲板處理器控制對(duì)水下控制器發(fā)送取樣采集命令，水下控制器接收取樣采集命令后控制原位取樣裝置執(zhí)行取樣采集動(dòng)作。
[0006]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
優(yōu)選的，所述環(huán)境感知元件包括用于采集所述位置信息的超短基線、前置高度計(jì)、高度計(jì)以及用于采集所述視覺(jué)信號(hào)的照明燈陣、攝像機(jī)和高清相機(jī)，所述超短基線設(shè)于防護(hù)框架內(nèi)的頂部，前置高度計(jì)設(shè)于防護(hù)框架內(nèi)的前端，所述照明燈陣、攝像機(jī)、高清相機(jī)和高度計(jì)設(shè)于防護(hù)框架內(nèi)的尾端下部，所述超短基線、前置高度計(jì)、高度計(jì)、攝像機(jī)和高清相機(jī)均通過(guò)數(shù)據(jù)線與所述水下控制器信號(hào)連接。
[0007]優(yōu)選的，所述原位取樣裝置包括深水液壓栗站、驅(qū)動(dòng)油缸、取樣箱和箱體密封機(jī)構(gòu)，所述深水液壓栗站裝設(shè)于防護(hù)框架內(nèi)的頂部并與所述水下控制器相連，所述取樣箱裝設(shè)于防護(hù)框架內(nèi)的底部，取樣箱的底部呈開(kāi)口狀，所述箱體密封機(jī)構(gòu)圍設(shè)于取樣箱的外側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)油缸水平裝設(shè)于所述取樣箱外的頂部，驅(qū)動(dòng)油缸的進(jìn)出油路連接于深水液壓栗站，驅(qū)動(dòng)油缸的驅(qū)動(dòng)桿與所述箱體密封機(jī)構(gòu)相連并驅(qū)動(dòng)其開(kāi)合以對(duì)打開(kāi)或關(guān)閉取樣箱，取樣箱頂部還設(shè)有用于監(jiān)視箱內(nèi)情況的箱內(nèi)照明燈和箱內(nèi)攝像頭，所述箱內(nèi)照明燈和箱內(nèi)攝像頭與水下控制器電連接。
[0008]優(yōu)選的，所述鎧裝纜與水下勘探裝置連接的一端設(shè)有稱重頭，所述稱重頭通過(guò)螺栓與所述防護(hù)框架連接。
[0009]本發(fā)明另一方面提供了一種多金屬結(jié)核資源勘探方法，采用上述的多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)，該方法包括以下步驟:
51:光學(xué)掃描和初步分析
環(huán)境感知元件對(duì)海底多金屬結(jié)核資源進(jìn)行光學(xué)掃描探測(cè)，并將采集到的信息發(fā)送至水下控制器進(jìn)行預(yù)處理；水下控制器將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)信息通過(guò)鎧裝纜傳輸至甲板處理器進(jìn)行存儲(chǔ)和初步分析；
52:原位取樣和樣品分析
甲板處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析后選定多金屬結(jié)核取樣區(qū)域并發(fā)送取樣采集命令至水下控制器；水下控制器控制原位取樣裝置進(jìn)行取樣；對(duì)原位取樣裝置取回的樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；
53:數(shù)據(jù)修正
對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，根據(jù)樣品分析結(jié)果對(duì)光學(xué)掃描探測(cè)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到精確度更高的多金屬結(jié)核資源數(shù)據(jù)。
[0010]上述的多金屬結(jié)核資源勘探方法，優(yōu)選的，所述光學(xué)掃描和初步分析步驟中，環(huán)境感知元件對(duì)海底多金屬結(jié)核資源進(jìn)行光學(xué)掃描探測(cè)的步驟包括:攝像機(jī)和高清相機(jī)對(duì)勘探區(qū)域進(jìn)行掃描攝像和掃描拍照；高度計(jì)監(jiān)測(cè)水下勘探裝置的離底高度數(shù)據(jù)；前置高度計(jì)檢測(cè)水下勘探裝置前方物體的距離，防止水下勘探裝置發(fā)生碰撞；超短基線檢測(cè)水下勘探裝置的水中位置數(shù)據(jù)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(1)本發(fā)明的多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)既可以在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行光學(xué)掃描探測(cè)，又可以在光學(xué)探測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行多金屬結(jié)核原位取樣；
(2)通過(guò)光學(xué)掃描探測(cè)可以初步分析出區(qū)域內(nèi)多金屬結(jié)核的覆蓋率、粒徑和豐度；再通過(guò)原位樣品分析出區(qū)域內(nèi)多金屬結(jié)核的實(shí)際覆蓋率、粒徑和豐度，對(duì)光學(xué)掃描探測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而提高多金屬結(jié)核資源勘探的精度。取回的多金屬結(jié)核樣品還可對(duì)多金屬結(jié)核的成因提供數(shù)據(jù)支持。
【附圖說(shuō)明】
[0012]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1為本發(fā)明多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0014]圖2為本發(fā)明多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)的拖曳勘探示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)中原位取樣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)進(jìn)行多原位取樣時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖例說(shuō)明:
1、勘探船；2、鎧裝纜；3、甲板處理器；4、水下勘探裝置；41、水下控制器；42、原位取樣裝置；421、深水液壓栗站；422、驅(qū)動(dòng)油缸；423、取樣箱；424、箱體密封機(jī)構(gòu)；43、環(huán)境感知元件；431、超短基線；432、前置高度計(jì)；433、箱內(nèi)攝像頭；434、箱內(nèi)照明燈；435、照明燈陣；436、攝像機(jī)；437、高清相機(jī)；438、高度計(jì)；44、防護(hù)框架。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。
[0019]需要特別說(shuō)明的是，當(dāng)某一元件被描述為“固定于、固接于、連接于或連通于”另一元件上時(shí)，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過(guò)其他中間連接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。
[0020]除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]實(shí)施例1:多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)
如圖1至圖4所示，本發(fā)明的一種多金屬結(jié)核資源勘探系統(tǒng)，包括勘探船1、鎧裝纜2、甲板處理器3和水下勘探裝置4。其中，甲板處理器3安裝于勘探船1的控制室內(nèi)，甲板處理器3通過(guò)鎧裝纜2與水下勘探裝置4進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸連接，并進(jìn)行水下拖曳勘探。該水下勘探裝置4包括防護(hù)框架44、用于進(jìn)行光學(xué)掃描探測(cè)的環(huán)境感知元件43、用于取樣采集的原位取樣裝置42以及用于對(duì)光學(xué)掃描信息進(jìn)行預(yù)處理、與甲板處理器3進(jìn)行通信并控制原位取樣裝置42進(jìn)行樣品采集的水下控制器41。環(huán)境感知元件43和原位取樣裝置42均通過(guò)數(shù)據(jù)線與水下控制器41連接。鎧裝纜2與水下勘探裝置4連接的一端設(shè)有稱重頭，該稱重頭通過(guò)螺栓與防護(hù)框架44連接。水下控制器41、原位取樣裝置42和環(huán)境感知元件43均裝設(shè)于防護(hù)框架44內(nèi)。其中，環(huán)境感知元件43可在水下勘探時(shí)進(jìn)行視覺(jué)信號(hào)采集和位置信息采集，所采集的視覺(jué)信號(hào)和位置信息經(jīng)水下控制器41預(yù)處理后傳輸?shù)郊装逄幚砥?進(jìn)行存儲(chǔ)和初步分析。根據(jù)初步分析結(jié)果選定多金屬結(jié)核取樣區(qū)域后，通過(guò)甲板處理器3發(fā)送取樣采集命令，水下控制器41接收取樣命令后控制原位取樣裝置42進(jìn)行執(zhí)行取樣采集動(dòng)作，回收多金屬結(jié)核原位樣品，分析出區(qū)域內(nèi)多金屬結(jié)核的單位面積內(nèi)的實(shí)際覆蓋率、粒徑和豐度，并根據(jù)樣品分析數(shù)據(jù)對(duì)光學(xué)掃描探測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而提高多金屬結(jié)核豐度數(shù)據(jù)勘探的精度。
[0022]本實(shí)施例中，環(huán)境感知元件43包括超短基線431、前置高度計(jì)432、照明燈陣435、攝像機(jī)436、高清相機(jī)437和高度計(jì)438。該超短基線431設(shè)于防護(hù)框架44內(nèi)的頂部，前置高度計(jì)432