本發(fā)明涉及深海坐底長期原位監(jiān)測裝置的布放回收，具體的，涉及一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置的布放回收方法。

背景技術：

1、深海采礦是在深海底部進行的礦產資源開采活動，由于全球人口增長和工業(yè)化進程加快，對銅、鐵、錳、稀土元素等重要金屬的需求急劇增加。陸地礦產資源的枯竭和開采成本的增加促使人們轉向深海作為新的資源供應地。但由于深海生態(tài)系統(tǒng)是地球上最不為人知且最為脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一，深海采礦活動可能對這些生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆轉的影響，所以對于深海采礦的海底環(huán)境進行長期的原位觀測是不可或缺的。

2、現有技術中的深海生態(tài)系統(tǒng)非常復雜且響應速度較慢，進行長期原位監(jiān)測有助于了解采礦活動對生物多樣性、生態(tài)結構和功能的影響，從而跟蹤環(huán)境變化和趨勢，減少對環(huán)境的負面影響，實現深海資源的可持續(xù)利用。在采礦活動開始前收集的長期原位監(jiān)測數據可以作為評估采礦影響的基準，并成為采礦活動是否可以合理進行的一項重要依據。

3、在進行長期原位觀測之前，需要考慮如何對原位監(jiān)測裝置進行合理的布放與回收。然而現在進行裝置的布放與回收的方法具有一定缺陷和局限性。一是傳統(tǒng)的布放方法需要船員進行較多的人工操作，包括物理連接和斷開裝置，這不僅增加了操作的復雜性和風險，也意味著較高的人工成本；二是依賴人工標記(浮標標記)進行裝置回收，可能會受到天氣條件和海況的限制，導致回收效率降低，特別是在惡劣天氣或夜間操作；三是缺乏對布放區(qū)域進行詳細的地形和地質評估，可能會導致裝置布放在不適宜的位置。

4、這些問題將對長期原位監(jiān)測裝備的布放和回收產生將極大的影響，從而增大裝置損壞的風險，影響數據的準確性和可靠性。因此亟需一個新的適用于深海采礦座底監(jiān)測平臺的布放回收裝置及方法，克服上述問題，實現更高的精度、安全性和效率的原位監(jiān)測。

技術實現思路

1、本發(fā)明目的之一在于提出一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置的布放回收方法，實現更高的精度、安全性和效率的原位監(jiān)測。

2、本發(fā)明的技術方案如下：

3、一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置的布放回收方法，包括如下步驟：

4、s100：確定布放及回收裝置中的浮球的數量和配重塊的重量；

5、s200：對目標區(qū)域進行地球物理測量；

6、s300：利用船只的起吊裝置和絞車鋼纜將布放及回收裝置隨著監(jiān)測裝置放置水面，利用脫鉤裝置斷開布放及回收裝置與絞車鋼纜的連接；

7、s400：監(jiān)測裝置開始監(jiān)測；

8、s500：完成監(jiān)測后，船只發(fā)送聲學信號：監(jiān)測裝置斷開與通信纜的連接、拋棄配重塊，通信纜在浮球浮力的作用下上浮直至水面；

9、s600:浮球下端的煙火模塊在浮上水面時斷路，煙火模塊釋放發(fā)出煙火，供船只追尋煙火；

10、s700：船只通過煙火信號確定監(jiān)測裝置位置，并進行回收。

11、進一步的，步驟s100包括：

12、s110：計算監(jiān)測裝置在水中的總重量gz；

13、包括確定通信纜長度l及水中重量gt，浮球水中重量gfz，纜繩夾數量n2及水中重量gl，所有傳感器、電池、通訊設備等的水中重量gx；

14、s120：計算所需的配重塊水中重量gp，基于裝置在水中的總重量及裝置坐底抗震要求確定預期沉降速度v，計算必須添加的配重量mx；

15、s130：確定浮球數量，根據裝置加上配重塊的總重量，單個浮球浮力ff、計算需要多少浮力才能使裝置在釋放配重塊后浮回水面，確定浮球數量n1；

16、s140：進行水池測試，在控制條件下，根據計算值使用實際的浮球和配重塊對裝置進行水池或類似環(huán)境的下沉和上浮測試；

17、調整浮球數量和配重塊重量，直到裝置能夠如預期那樣沉到底部并在配重釋放后返回到水面，再次確定浮球數量n1-1及最小配重塊質量mx-1。

18、s150：在計算和測試過程中加入安全系數，以應對實際條件下可能出現的不確定性，如海水密度變化、深海壓力影響。

19、進一步的，步驟s130中的浮球數量n1計算公式為：

20、n1＝ffz/ff；

21、式中，ffz為浮球上浮總浮力(n)；

22、ff為單個浮球上浮浮力(n)。

23、進一步的，步驟s110中的通信纜長度l的計算公式：

24、

25、式中，h為開始布放設備時距底垂直距離(m)；

26、x為布放設備時船只預計移動和距離(m)。

27、進一步的，步驟s120中的配重塊在水中重量gp及必須添加配重量mx的計算公式為：

28、

29、式中，f為監(jiān)測裝置所受阻力(n)；

30、gz為監(jiān)測裝置在水中的總重量(n)；

31、f為監(jiān)測裝置在水中的浮力(n)；

32、a為阻力面積(m2)；

33、v為監(jiān)測裝置在水中沉降速度(m/s)；

34、fp為配重塊在水中浮力(n)；

35、經驗值：c＝0.85、ρ＝1020kg/m3、g＝9.8(n/kg)。

36、進一步的，步驟s500包括：

37、s510：發(fā)送聲學信號：監(jiān)測任務完成后，船只通過專用設備發(fā)送聲學信號，以觸發(fā)監(jiān)測裝置的回收程序。

38、s520：釋放器模組響應，釋放器模組響應接收到聲學釋放指令后，打開連接通信纜或配重塊的機構，斷開與通信纜的連接并拋棄配重塊。

39、s530：纜繩夾脫落：隨著配重塊脫離通信纜，原本固定通信纜的纜繩夾中的熔斷絲在接收到信號后根據指令依次斷開，纜繩夾由上而下、由右至左依次脫落或解鎖，從而釋放通信纜。

40、s540：浮球上浮，通信纜一端連接的浮球，在失去配重塊的約束后，借助其自身的浮力作用，帶動通信纜和監(jiān)測裝置從水下上浮至水面。

41、進一步的，所述布放及回收裝置包括浮球、超短基線信標、通信纜、煙火模塊、聲學釋放器與配重塊；

42、所述煙火模塊與超短基線信標安裝于浮球下側，通信纜的兩端分別連接浮球與監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括釋放器模組，所述釋放器模組與配重塊連接。

43、進一步的，所述通信纜包括電線與凱夫拉纜，所述凱夫拉纜位于電線外部；

44、且所述通信纜卷繞成“s”型結構、并通過具有電控釋放通信纜功能的纜繩夾固定。

45、本發(fā)明的工作原理及有益效果為：

46、相較于現有技術，本發(fā)明通過對深海采礦裝備的合理布放與回收，從而提高了長期原位監(jiān)測任務的實施效率和可靠性，彌補了現有布放與回收方法的不足。本發(fā)明從確定配重塊和浮球開始，通過對目標區(qū)域進行地球物理測量、布放、回收，建立了一種適用于深海采礦座底監(jiān)測平臺的布放及回收裝置及方法。值得注意的是，本方法不僅僅提高了設備布放位置的準確性和安全性，同時也可以使得設備的回收更簡單可靠。本發(fā)明的建立將為深海采礦原位裝置的布放和回收提供更為精確的思路與方法。。

技術特征：

1.一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置(5)的布放回收方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置(5)的布放回收方法，其特征在于，步驟s100包括：

3.根據權利要求2所述的一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置(5)的布放回收方法，其特征在于，步驟s130中的浮球數量n1計算公式為：

4.根據權利要求2所述的一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置(5)的布放回收方法，其特征在于，步驟s110中的通信纜(4)長度l的計算公式：

5.根據權利要求2所述的一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置(5)的布放回收方法，其特征在于，步驟s120中的配重塊在水中重量gp及必須添加配重量mx的計算公式為：

6.根據權利要求1所述的一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置(5)的布放回收方法，其特征在于，步驟s500包括：

7.根據權利要求1所述的一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置(5)的布放回收方法，其特征在于，所述布放及回收裝置包括浮球(1)、超短基線信標(2)、通信纜(4)、煙火模塊(3)、聲學釋放器與配重塊；

8.根據權利要求7所述的一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置(5)的布放回收方法，其特征在于，所述通信纜(4)包括電線與凱夫拉纜，所述凱夫拉纜位于電線外部；

技術總結
本發(fā)明涉及深海坐底長期原位監(jiān)測裝置的布放回收技術領域，具體涉及一種深海坐底長期原位監(jiān)測裝置的布放回收方法，包括如下步驟：S100：確定布放及回收裝置中的浮球的數量和配重塊的重量；S200：對目標區(qū)域進行地球物理測量；S300：利用船只的起吊裝置和絞車鋼纜將布放及回收裝置隨著監(jiān)測裝置放置水面，利用脫鉤裝置斷開布放及回收裝置與絞車鋼纜的連接；S400：監(jiān)測裝置開始監(jiān)測；S500：完成監(jiān)測后，船只發(fā)送聲學信號：監(jiān)測裝置斷開與通信纜的連接、拋棄配重塊，通信纜在浮球浮力的作用下上浮直至水面；S600:浮球下端的煙火模塊在浮上水面時斷路，煙火模塊釋放發(fā)出煙火，供船只追尋煙火；S700：船只通過煙火信號確定監(jiān)測裝置位置，并進行回收。

技術研發(fā)人員：劉建成,董芳,李磊,彭紹源,賈永剛,范智涵,權永崢
受保護的技術使用者：招商局海洋裝備研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21