[发明专利]深海多层次海底资源精细原位探测装备系统的作业方法在审
申请号: | 202310606810.0 | 申请日: | 2023-05-26 |
公开(公告)号: | CN116643327A | 公开(公告)日: | 2023-08-25 |
发明(设计)人: | 姜哲;王彪;罗高生;王芳;崔维成 | 申请(专利权)人: | 上海海洋大学;上海交大海洋水下工程科学研究院有限公司 |
主分类号: | G01V11/00 | 分类号: | G01V11/00;B63C11/52 |
代理公司: | 南京天华专利代理有限责任公司 32218 | 代理人: | 肖丽 |
地址: | 201499 上*** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 深海 多层次 海底 资源 精细 原位 探测 装备 系统 作业 方法 | ||
1.一种深海多层次海底资源精细原位探测装备系统的作业方法,其中装备系统包括带有水面监测系统的母船、以及母船装载的带有机械手的复合型无人深潜器、若干着陆器;复合型无人深潜器上设有深海声学探测器、深海三维激光雷达探测器、以及深海激光拉曼光谱仪;着陆器设有用以对该海域的海水、沉积物、以及生物样本进行取样作业的取样装置;水面监测系统设有三维激光雷达实时成像软件及原位探测虚拟现实精准操控显示软件;其具体作业方法包括以下步骤:
第一步:基于深海声学探测器的复合型无人深潜器大范围扫测目标海域:母船携带相关设备到达目标海域,将复合型无人深潜器布放于调查区域,复合型无人潜水器采用自主巡航、全自动作业,并基于其上的深海声学探测器以扫测调查水下的基本地形地貌;
当扫测完成后,将无人深潜器回收到母船上,母船上科研人员对无人深潜器收集到的信息做分析与处理,以对目标海域的地形地貌初步了解,进而筛选出目标区域,且目标区域锁定于不超过10公里×10公里范围内;
第二步:水下信标着陆器的布放与水下定位系统的建立:在上一步锁定的目标区域内给定的至少三个的水面坐标点处分别释放着陆器沉底;着陆器与母船之间、着陆器与其余着陆器之间进行相互通信,以测量相互之间的距离;着陆器获取母船的精确坐标,然后每个着陆器通过几何关系确定自己的精确坐标,且着陆器实时监测复合型无人深潜器状态以传给母船,以作为无人深潜器水下定位的保障;
第三步,基于深海三维激光雷达的复合型无人深潜器精确目标探测作业:根据着陆器提供的坐标信息,将目标区域切分成多个范围为几十米级的区块;将复合型无人深潜器依次布放于各个目标区块内,按设定计划逐次开展区块探测,无人潜水器采用自主巡航、全自动的作业,并基于设置在其上的深海三维激光雷达探测器开展精细化探测作业;作业过程中,复合型无人深潜器与着陆器间进行近场的水下无线通信,且复合型无人深潜器将采集的信息上传到科考母船;
第四步,构建深海局部资源环境的高精度三维空间模型:根据复合型无人深潜器上深海激光雷达获得的精细化的探测数据,采用母船水面监测系统配备的三维激光雷达实时成像软件对深海三维激光雷达探测器产生的多个条带点云数据进行匹配和融合处理,构建深海局部资源环境的高精度三维空间模型;
基于对各区块精细探测数据及由此建立的高精度三维空间模型,经过母船现场以及在陆地上的相关专业人员评估,锁定若干个重点靶区,用于进一步开展定点探测和取样分析;
第五步:基于拉曼探测设备的原位精细评价与取样作业:再次将复合型无人深潜器布放于重点靶区进行水下作业,复合型无人深潜器采用遥控作业方式,母船上作业人员实时遥控和干预作业,复合型无人深潜器抵近作业区域后采用坐底或悬停作业,母船人员操控复合型无人深潜器的机械臂带动深海激光拉曼光谱仪的探测头对于作业区域的物质进行探测,在深海激光拉曼光谱仪上的双目视觉定位单元的引导下,并与机械臂联动作业,实现厘米级的近距离、非接触式的精确探测,通过拉曼光谱仪判断探测物质组分,并实时将数据回送到母船监控系统,同时,母船上的专业人员进行同步分析和判断;然后如果该重点靶区判定为有资源开发潜力的靶区,母船人员操控复合型无人深潜器的机械手进行取样,并标记靶区位置;
第六步:重复步骤五操作,依次完成所有重点靶区原位精细探测、评价和取样;
第七步:装备回收与作业完成:全部重点靶区操作完成后,所有复合型无人深潜器、着陆器抛掉各自的压载铁后开始上浮,完成回收;
现场专业人员对各靶区所获得的取样进行实验室分析,并与基于深海拉曼光谱仪的探测分析进行对比,形成整个区块的资源探测评价报告以用于后续的开发评价,至此作业完成。
2.如权利要求1所述的一种深海多层次海底资源精细原位探测装备系统的作业方法,其特征在于:所述第一步中,所述复合型无人深潜器作业过程中的信息数据通过声学通讯方式传递给水面母船,同时保存在复合型无人深潜器自身的计算机内;所述第三步中,所述复合型无人深潜器作业过程中的信息数据在无缆自主巡航模式下通过声学通讯方式传递给水面母船监控单元以及水下着陆器,同时保存在复合型无人深潜器自身的计算机内。
3.如权利要求1所述的一种深海多层次海底资源精细原位探测装备系统的作业方法,其特征在于:所述着陆器设有用以拍摄所述复合型无人深潜器运动状态的摄像机。
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