CN205229481U - 一种多金属结核资源勘探系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多金属结核资源勘探系统，包括勘探船和水下勘探装置，勘探船内安装有甲板处理器，水下勘探装置包括防护框架以及装设于防护框架内的水下控制器、原位取样装置和环境感知元件，水下控制器通过铠装缆与甲板处理器进行数据传输，原位取样装置和环境感知元件均通过数据线与水下控制器连接，环境感知元件进行光学扫描探测并将信息传输至水下控制器进行预处理，信息经预处理后传输至甲板处理器进行存储和初步分析，据初步分析结果，选定多金属结核取样区域后，由水下控制器控制原位取样装置取样采集。本实用新型的多金属结核资源勘探系统可进行光学扫描、原位取样和数据修正，勘测精度高。
Description
技术领域
本实用新型属于海底资源勘探领域，尤其涉及一种多金属结核资源勘探系统。
背景技术
多金属结核主要赋存于水深3000~6000m的海底；含有70多种元素，其中锰、铜、镍、钴4种金属的储量比陆地上的储量要大几十倍至一千倍，铜、钴、镍等76种金属元素是陆地上紧缺的矿产资源，有必要开采海底多金属结核获取这些金属。
多金属结核资源在洋底的赋存情况，即多金属结核覆盖率、粒径和丰度是矿区勘探调查的主要内容。我国主要是采用无缆取样器、多频探测和光学深拖系统来计算该类指标，无缆取样器无法找出多金属结核连续分布规律，多频探测和光学深拖系统虽可探测出多金属结核的连续分布规律，但其精度比较低，而光学图像多金属结核覆盖率、粒径和丰度的精确计算是多金属结核连续分布分析的基础。由于多金属结核被沉积物覆盖的部分无法通过光学图像算出，所以粒径参数测量值准确率不高，造成丰度计算误差偏大。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可进行光学扫描探测、在光学探测区域内进行原位取样、对样品进行分析并对光学扫描探测数据进行修正的勘测精度高的多金属结核资源勘探系统。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
一种多金属结核资源勘探系统，包括勘探船和水下勘探装置，所述勘探船内安装有甲板处理器，所述水下勘探装置通过铠装缆与所述甲板处理器进行数据传输连接，所述水下勘探装置包括防护框架以及装设于所述防护框架内的水下控制器、原位取样装置和环境感知元件，所述水下控制器通过所述铠装缆与甲板处理器进行数据传输，所述原位取样装置和环境感知元件均通过数据线与所述水下控制器连接，环境感知元件进行光学扫描探测并将采集到的视觉信号和位置信息传输至水下控制器进行预处理，视觉信号和位置信息经预处理后由水下控制器传输至甲板处理器进行存储和初步分析；据初步分析结果，选定多金属结核取样区域后，甲板处理器控制对水下控制器发送取样采集命令，水下控制器接收取样采集命令后控制原位取样装置执行取样采集动作。
作为上述技术方案的进一步改进：
优选的，所述环境感知元件包括用于采集所述位置信息的超短基线、前置高度计、高度计以及用于采集所述视觉信号的照明灯阵、摄像机和高清相机，所述超短基线设于防护框架内的顶部，前置高度计设于防护框架内的前端，所述照明灯阵、摄像机、高清相机和高度计设于防护框架内的尾端下部，所述超短基线、前置高度计、高度计、摄像机和高清相机均通过数据线与所述水下控制器信号连接。
优选的，所述原位取样装置包括深水液压泵站、驱动油缸、取样箱和箱体密封机构，所述深水液压泵站装设于防护框架内的顶部并与所述水下控制器相连，所述取样箱装设于防护框架内的底部，取样箱的底部呈开口状，所述箱体密封机构围设于取样箱的外侧，所述驱动油缸水平装设于所述取样箱外的顶部，驱动油缸的进出油路连接于深水液压泵站，驱动油缸的驱动杆与所述箱体密封机构相连并驱动其开合以对打开或关闭取样箱，取样箱顶部还设有用于监视箱内情况的箱内照明灯和箱内摄像头，所述箱内照明灯和箱内摄像头与水下控制器电连接。
优选的，所述铠装缆与水下勘探装置连接的一端设有称重头，所述称重头通过螺栓与所述防护框架连接。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型的多金属结核资源勘探系统既可以在区域内进行光学扫描探测，又可以在光学探测区内进行多金属结核原位取样；
(2)通过光学扫描探测可以初步分析出区域内多金属结核的覆盖率、粒径和丰度；再通过原位样品分析出区域内多金属结核的实际覆盖率、粒径和丰度，对光学扫描探测的数据进行修正，从而提高多金属结核资源勘探的精度。取回的多金属结核样品还可对多金属结核的成因提供数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型多金属结核资源勘探系统的系统框图。
图2为本实用新型多金属结核资源勘探系统的拖曳勘探示意图。
图3为本实用新型多金属结核资源勘探系统中原位取样装置结构示意图。
图4为本实用新型多金属结核资源勘探系统进行多原位取样时的结构示意图。
图例说明：
1、勘探船；2、铠装缆；3、甲板处理器；4、水下勘探装置；41、水下控制器；42、原位取样装置；421、深水液压泵站；422、驱动油缸；423、取样箱；424、箱体密封机构；43、环境感知元件；431、超短基线；432、前置高度计；433、箱内摄像头；434、箱内照明灯；435、照明灯阵；436、摄像机；437、高清相机；438、高度计；44、防护框架。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本实用新型的保护范围。
如图1至图4所示，本实用新型的一种多金属结核资源勘探系统，包括勘探船1、铠装缆2、甲板处理器3和水下勘探装置4。其中，甲板处理器3安装于勘探船1的控制室内，甲板处理器3通过铠装缆2与水下勘探装置4进行数据传输连接，并进行水下拖曳勘探。该水下勘探装置4包括防护框架44、用于进行光学扫描探测的环境感知元件43、用于取样采集的原位取样装置42以及用于对光学扫描信息进行预处理、与甲板处理器3进行通信并控制原位取样装置42进行样品采集的水下控制器41。环境感知元件43和原位取样装置42均通过数据线与水下控制器41连接。铠装缆2与水下勘探装置4连接的一端设有称重头，该称重头通过螺栓与防护框架44连接。水下控制器41、原位取样装置42和环境感知元件43均装设于防护框架44内。其中，环境感知元件43可在水下勘探时进行视觉信号采集和位置信息采集，所采集的视觉信号和位置信息经水下控制器41预处理后传输到甲板处理器3进行存储和初步分析。根据初步分析结果选定多金属结核取样区域后，通过甲板处理器3发送取样采集命令，水下控制器41接收取样命令后控制原位取样装置42进行执行取样采集动作，回收多金属结核原位样品，分析出区域内多金属结核的单位面积内的实际覆盖率、粒径和丰度，并根据样品分析数据对光学扫描探测的数据进行修正，从而提高多金属结核丰度数据勘探的精度。
本实施例中，环境感知元件43包括超短基线431、前置高度计432、照明灯阵435、摄像机436、高清相机437和高度计438。该超短基线431设于防护框架44内的顶部，前置高度计432设于防护框架44内的前端，照明灯阵435、摄像机436、高清相机437和高度计438设于防护框架44内的尾端下部。其中，超短基线431、前置高度计432和高度计438用于采集位置信息，照明灯阵435、摄像机436和高清相机437用于采集视觉信号。超短基线431、前置高度计432、高度计438、摄像机436和高清相机437均通过数据线与水下控制器41信号连接。
本实施例中，原位取样装置42包括深水液压泵站421、驱动油缸422、取样箱423和箱体密封机构424。该深水液压泵站421装设于防护框架44内的顶部并与水下控制器41相连，取样箱423装设于防护框架44内的底部，取样箱423的底部呈开口状，箱体密封机构424围设于取样箱423的外侧，驱动油缸422水平装设于取样箱423外的顶部，驱动油缸422的进出油路连接于液压泵站421，驱动油缸422的驱动杆与箱体密封机构424相连并驱动其开合以对打开或关闭取样箱423，取样箱423顶部还设有用于监视箱内情况的箱内照明灯434和箱内摄像头433，该箱内照明灯434和箱内摄像头433均与水下控制器41电连接。
本实施例中，摄像机436和高清相机437对勘探区域进行扫描摄像和扫描拍照，利用光学资料分析区域内多金属结核的覆盖率、粒径和丰度。高度计438监测水下勘探装置4的离底高度数据，为光学资料提供距离数据。前置高度计432检测水下勘探装置4前方物体的距离，防止水下勘探装置4发生碰撞，水下控制器利用其探测数据适时发出碰撞报警。超短基线431检测水下勘探装置4的水中位置数据，甲板处理器3分析并显示水下勘探装置4所扫描范围。
本实用新型的多金属结核资源勘探系统既可以在勘探区域内进行光学扫描探测，利用光学扫描数据对多金属结核资源进行初步分析，又可以在探测的区域内进行多金属结核原位取样，通过光学扫描探测可以分析出区域内多金属结核的覆盖率、粒径和丰度；再通过回收的原位样品分析出区域内多金属结核的单位面积内的实际覆盖率、粒径和丰度，对光学扫描探测的数据进行修正，从而提高多金属结核资源勘探的精度。多金属结核原位样品还可以对多金属结核的成因提供数据支持。
应用本实用新型的多金属结核资源勘探系统勘探多金属结核资源时，包括以下步骤：
S1：光学扫描和初步分析
环境感知元件43对海底多金属结核资源进行光学扫描探测，并将采集到的信息发送至水下控制器41进行预处理；水下控制器41将预处理后的数据信息通过铠装缆2传输至甲板处理器3进行存储和初步分析；
S2：原位取样和样品分析
甲板处理器3对数据进行初步分析后选定多金属结核取样区域并发送取样采集命令至水下控制器41，水下控制器41控制原位取样装置42进行取样；对原位取样装置42取回的样品进行数据分析；
S3：数据修正
对样品进行数据分析后，根据样品分析结果对光学扫描探测获得的数据进行修正，得到精确度更高的多金属结核资源数据。
其中光学扫描和初步分析步骤中，环境感知元件43对海底多金属结核资源进行光学扫描探测的步骤包括：摄像机436和高清相机437对勘探区域进行扫描摄像和扫描拍照；高度计438监测水下勘探装置4的离底高度数据；前置高度计432检测水下勘探装置4前方物体的距离，防止水下勘探装置4发生碰撞；超短基线431检测水下勘探装置4的水中位置数据。
Claims (4)
1.一种多金属结核资源勘探系统，包括勘探船（1）和水下勘探装置（4），所述勘探船（1）内安装有甲板处理器（3），所述水下勘探装置（4）通过铠装缆（2）与所述甲板处理器（3）进行数据传输连接，其特征在于：所述水下勘探装置（4）包括防护框架（44）以及装设于所述防护框架（44）内的水下控制器（41）、原位取样装置（42）和环境感知元件（43），所述水下控制器（41）通过所述铠装缆（2）与甲板处理器（3）进行数据传输，所述原位取样装置（42）和环境感知元件（43）均通过数据线与所述水下控制器（41）连接，环境感知元件（43）进行光学扫描探测并将采集到的视觉信号和位置信息传输至水下控制器（41）进行预处理，视觉信号和位置信息经预处理后由水下控制器（41）传输至甲板处理器（3）进行存储和初步分析；据初步分析结果，选定多金属结核取样区域后，甲板处理器（3）控制对水下控制器（41）发送取样采集命令，水下控制器（41）接收取样采集命令后控制原位取样装置（42）执行取样采集动作。
2.根据权利要求1所述的多金属结核资源勘探系统，其特征在于：所述环境感知元件（43）包括用于采集所述位置信息的超短基线（431）、前置高度计（432）、高度计（438）以及用于采集所述视觉信号的照明灯阵（435）、摄像机（436）和高清相机（437），所述超短基线（431）设于防护框架（44）内的顶部，前置高度计（432）设于防护框架（44）内的前端，所述照明灯阵（435）、摄像机（436）、高清相机（437）和高度计（438）设于防护框架（44）内的尾端下部，所述超短基线（431）、前置高度计（432）、高度计（438）、摄像机（436）和高清相机（437）均通过数据线与所述水下控制器（41）信号连接。
3.根据权利要求2所述的多金属结核资源勘探系统，其特征在于：所述原位取样装置（42）包括深水液压泵站（421）、驱动油缸（422）、取样箱（423）和箱体密封机构（424），所述深水液压泵站（421）装设于防护框架（44）内的顶部并与所述水下控制器（41）相连，所述取样箱（423）装设于防护框架（44）内的底部，取样箱（423）的底部呈开口状，所述箱体密封机构（424）围设于取样箱（423）的外侧，所述驱动油缸（422）水平装设于所述取样箱（423）外的顶部，驱动油缸（422）的进出油路连接于深水液压泵站（421），驱动油缸（422）的驱动杆与所述箱体密封机构（424）相连并驱动其开合以对打开或关闭取样箱（423），取样箱（423）顶部还设有用于监视箱内情况的箱内照明灯（434）和箱内摄像头（433），所述箱内照明灯（434）和箱内摄像头（433）均与水下控制器（41）电连接。
4.根据权利要求2或3所述的多金属结核资源勘探系统，其特征在于：所述铠装缆（2）与水下勘探装置（4）连接的一端设有称重头，所述称重头通过螺栓与所述防护框架（44）连接。
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