采矿环境下深海钴结壳声学探测与识别方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51374245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0405.矿山开采工程
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The surface of cobalt crust ore bed in deep sea is complex and undulating,the coverage rate of cobalt crust reaches about 50%. So in order to realize effective collection, the critical technology is real time measurement of the ore bed surface. A kind of new submarine cobalt crust acoustic detection and recognition method is researched in this project. The main research contents are as follow: the research on acoustic transmission characteristics in turbid water areas in mining environment and putting up acoustic detecting experiment system which is suitable for micro-topography detection and identification of cobalt crust in turbid water areas; the research on reverberation model of acoustic detection in short range based on ray theory; the research on target echoes detector in the non-Gaussian background by using Gaussianized reverberation technology; the research on anti-reverberation and target echoes detection method based on chaos theory; the research on the distinguishing method、elimination method and vacant point prediction theory of abnormal elevation value; the research on stable echo feature abstraction methods in time domain、frequency-domain、time-frequency domain and stylebook domain which is used in the complicated and difficult case, such as the case that the surface of cobalt crust is undulating、broken and crushing; the research on feature fusion theory and the best cobalt crust echo feature fusion method; the research on nonlinear dimensionality reduction and recognition method based on manifold learning combined with kernelized learning and cobalt crust echo feature dimensionality reduction and recognition model. The problem of improving effective collection rate of cobalt crust in deep sea will be solved by studying on the relative theories、simulations and experiments in this project.
深海钴结壳矿层表面起伏不平,覆盖率只有50%左右,对其实时测定是实现有效采集的关键技术。本项目提出采矿环境下基于声学方法进行海底钴结壳探测与识别方法。研究采矿环境混浊水域声学特性,建立混浊水域声学探测系统;基于射线理论,构建采矿环境下近程声学探测混响模型;应用高斯化混响技术,建立非高斯背景下的目标回波检测器,利用混沌理论,建立非线性动力学预测模型,对比分析确定最佳回波检测方法;研究采矿环境下异常高程值判别与剔除方法及空缺点预测理论,构建采矿环境下地形重构模型。通过对钴结壳、基岩声学特性测定,从时域、频域、时频域、样本域角度研究钴结壳表面起伏、破碎风化等复杂情况下回波特征提取问题;研究特征融合机理,探索钴结壳识别的最优特征融合方法;研究流形学习并结合核空间处理技术的非线性降维与分类方法,建立适合于钴结壳的非线性降维与识别模型。通过理论、仿真、实验研究,解决提高深海钴结壳有效采集率的关键技术。

结项摘要

钴结壳作为稀有金属,具有广泛的应用价值。本项目围绕深海钴结壳的超声探测进行研究,证明了深海采矿时的超声环境具有混沌属性,提出了利用伪逆法求解Volterra滤波器的权向量,基于混响的混沌属性构建PIM-Volterra预测模型,并对混响背景下的目标回波进行了检测;利用小波降噪法,对信号中所含的干扰噪声进行了抑制,以信号间Itakura距离为评价参数,论述了模拟采矿环境下混响的局部平稳性,并确定了以分段预白化匹配滤波器为采矿环境下目标回波信号的检测方法,对比了两种目标回波预测方法的优劣势;以数字微地形的重构为研究内容,确定以渐近采样方式的采样策略,并采用25mm的规则方形网格对地表进行采样,建立了基于统计原理的高程数据粗差剔除方法;基于混响背景下的主动声呐方程,分析了声呐系统参数对声呐方程各参数的影响,建立了模拟采矿环境下的声传播模型、混响级模型和海底反射损失模型,并确定了声呐系统频率及脉冲宽度;研制了超声换能器,并通过仿真和实验证明了KZK方程在描述混浊水域中换能器轴向声场的有效性;在分析常用声呐探测波形的抗混响性能的基础上,利用S•Kay理论设计了不同混响环境下的探测波形;从时域、频域、样本域提取了信号的多类特征;研究了非线性降维方法的性能,选择KFDA对特征进行降维,并利用遗传算法对特征进行选择,设计了多个非线性分类器,并利用改进的DS理论对多分类器进行了融合,从而建立了钴结壳的识别模型。项目组的研究成果对于深海钴结壳的开采有重要的研究意义。.项目在国内外重要期刊或会议上发表或录用学术论文6篇,申请实用新型或发明专利4项,培养硕士研究生5名。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(4)
Acoustic pressure simulation and experiment design in the seafloor mining environment
海底采矿环境声压模拟及实验设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Central South University
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    赵海鸣;王艳丽;姬雅倩;罗柏文
  • 通讯作者:
    罗柏文
A Volterra series-based method for extracting target echoes in the seafloor mining environment
基于Volterra系列的海底采矿环境中目标回波提取方法
  • DOI:
    10.1016/j.ultras.2016.05.019
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    ULTRASONICS
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Zhao Haiming;Ji Yaqian;Hong Yujiu;Hao Qi;Ma Liyong
  • 通讯作者:
    Ma Liyong
模拟深海采矿环境下混响的局部平稳性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    电子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李密;赵海鸣;熊志宏;王猛
  • 通讯作者:
    王猛
模拟深海采矿混响环境实验装置研究
  • DOI:
    10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.002
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郝奇;赵海鸣;姬雅倩;王艳丽
  • 通讯作者:
    王艳丽

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其他文献

采矿混响环境下超声波探测信号设计
  • DOI:
    10.15949/j.cnki.0371-0025.2020.04.012
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    声学学报(中文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵海鸣;吴志杰;郝奇;王艳丽;罗柏文
  • 通讯作者:
    罗柏文
一种微地形探测回波信号处理的新
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    测绘科学,32卷 5期 2007,09
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗柏文;卜英勇;赵海鸣
  • 通讯作者:
    赵海鸣
悬立式深海钴结壳采矿头的参数化设计与优化
  • DOI:
    10.3785/j.issn.1006-754x.2021.00.076
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    工程设计学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵波;赵海鸣;刘晨;胡刚
  • 通讯作者:
    胡刚
天然气水合物开采管道水力提升数值仿真分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐海良;谢秋敏;吴波;赵海鸣;徐绍军
  • 通讯作者:
    徐绍军
基于单片机的高精度超声波测距系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    基于单片机的高精度超声波测距系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵海鸣;卜英勇;王记婵
  • 通讯作者:
    王记婵

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赵海鸣的其他基金

深海钴结壳超声传播机理及测厚方法研究
  • 批准号:
    51874353
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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