[發明專利]一種基于深潛器無動力下潛實時信息的深海海流計算方法

有效

• 申請號: 202111021653.4
• 申請日: 2021-09-01
• 公開（公告）號: CN113501114B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 修宗祥;丁忠軍;高偉;解秋紅;孫永福
• 申請（專利權）人: 自然資源部第一海洋研究所;國家深海基地管理中心
• 主分類號: B63G8/00
• 分類號: B63G8/00;B63G8/39;G06Q10/04;G06N3/04;G06K9/62
• 代理公司: 濟寧眾城專利事務所 37106
• 代理人: 李效寧

本發明公開了一種基于深潛器無動力下潛實時信息的深海海流計算方法，涉及海洋工程技術領域，通過船載ADCP測量信息、深潛器無動力下潛實時信息以及深潛器搭載的ADCP測量信息，結合機器學習方法最終獲得全海深范圍的海流信息。本申請可以解決目前船載ADCP測流工作水深不能滿足深海水深的問題。本發明通過深潛器常規下潛航次數據獲得全海深范圍內的海流信息，同時也可用于以往深潛器下潛數據的二次挖掘利用，無需額外的海上作業，是獲得深海全海深范圍海流數據的一種便利方法。

技術領域

本發明涉及海洋工程技術領域，尤其涉及一種基于深潛器無動力下潛實時信息的深海海流計算方法。

背景技術

深海礦產資源開發必須考慮數千米水深范圍內海流對采礦系統工程結構安全的影響，如目前提出的流體采礦法，必須考慮深水海流作用下輸送軟管的力學特性，以保證采礦過程中輸送軟管系統的安全。此外，海底采礦攪起的泥沙和海面船舶的加工礦液產生的廢液，都會對海洋環境產生以影響，而海流則是控制其空間影響范圍的主要因素。因此，預先獲取深海海流的流速數據對于將來的深海采礦安全設計和環境影響評價的重要環境參數。

常規定點海洋錨系觀測需要專門的布放和回收，會產生較高的海上作業成本，且面臨一定的丟失風險。船載ADCP流速剖面測量系統的最大工作深度不能滿足深海全海深海流測量需要。目前國內外深潛器技術發展迅速，下潛深度幾乎涵蓋所有海域，深潛器的下潛過程為深海海域的全海深海流測量提供了便利。以“蛟龍號”載人深潛器為例，由于其采用無動力下潛，因此從力學角度來看，深潛器在下潛過程中的姿態及航速變化，除了自身重量與結構外型之外主要受海流作用的影響。因此，深潛器無動力下潛過程中的姿態以及航速等實時信息，實際上隱含了海流的信息。基于深潛器無動力下潛過程實時信息，結合一定的輔助測量可以通過數學模型反演計算出下潛過程中的海流信息，可為將來深海采礦系統設計和環境影響評價提供初步的深海流速信息，有著顯著的工程實際意義。

發明內容

本發明提出了一種基于深潛器無動力下潛實時信息的深海海流計算方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種基于深潛器無動力下潛實時信息的深海海流計算方法，包括以下步驟：

步驟一：深潛器母船到達下潛位置后，開啟船載ADCP聲學多普勒海流剖面儀，此時水深超過ADCP的最大測量深度，底跟蹤功能無效，根據同步母船導航定位記錄通過矢量分離，獲得最大工作水深范圍內的實際海流信息；

步驟二：深潛器無動力下潛，下潛過程中依托深潛器導航與定位系統獲取深潛器姿態、航向、航速以及下潛深度信息，深潛器下潛至近底面時開啟搭載的ADCP系統,獲取近底范圍內的海流信息；

步驟三：將步驟一與步驟二獲得的不同深度海流數據與深潛器姿態、航向、航速，根據深度建立海流與深潛器姿態、航向、航速對應的數據集；

步驟四：將步驟三獲得的各數據集進行標準化處理，將船載ADCP有效工作深度范圍內對應的數據集按分為訓練集和測試集兩部分；

步驟五：基于步驟四中的訓練集數據，設計建立基于循環神經網絡的機器學習預測模型，進行預測模型訓練，并通過測試集對預測模型進行檢驗，如若誤差大，則改進預測模型直至滿足精度要求；

步驟六：針對超出船載ADCP工作水深的深度范圍，采用檢驗合格的網絡預測模型，由深潛器姿態、航向、航速實時下潛信息，計算不同深度的海流信息；

步驟七：將船載ADCP獲得的上部水深范圍內海流測量信息、深潛器搭載ADCP獲得近海底海流信息以及步驟六獲得的中間段海流信息進行整合，可以獲得全海深范圍的海流信息。