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龙图腾网获悉中国海洋大学申请的专利深海采矿区沉积物羽流动态监测系统及其多模块分析方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN121185864B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-05发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511470420.0，技术领域涉及：G01N13/00；该发明授权深海采矿区沉积物羽流动态监测系统及其多模块分析方法是由贾永刚;郭煦;陈翔;朱宪明;范智涵设计研发完成，并于2025-10-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本深海采矿区沉积物羽流动态监测系统及其多模块分析方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种深海采矿区沉积物羽流动态监测系统及其多模块融合分析方法，属于深海环境监测与海洋工程技术领域。该系统包括固定式监测单元和移动式监测单元，固定单元由原位光学及三维声纳观测基站、沉积物捕获器阵列和多参数传感器阵列构成，布设于采矿区域；移动单元包括搭载多光谱激光雷达的AUV和搭载双目视觉系统与微型采样器的ROV。分析方法通过多源数据融合，结合暗通道去雾、金字塔光流法提取羽流运动场，构建物理‑数据双驱动模型模拟羽流扩散与沉降过程，实时生成三维动态热力图，并基于扩散半径与沉降通量设定智能预警阈值。本发明实现了对羽流多尺度、高精度、实时动态的监测与评估，有效支撑深海采矿作业优化与环境合规监管。

本发明授权深海采矿区沉积物羽流动态监测系统及其多模块分析方法在权利要求书中公布了：1.一种深海采矿区沉积物羽流动态监测系统的多模块融合分析方法，其特征在于，沉积物羽流动态监测系统包括固定式监测单元和移动式监测单元； 所述固定式监测单元包括原位光学及三维声呐观测基站、以及以原位光学及三维声呐观测基站为中心环形布局其周围的沉积物捕获器阵列和多参数传感器阵列； 所述原位光学及三维声呐观测基站包括主体框架，主体框架内部装配有75k声学多普勒剖面仪、水下相机、2M声学多普勒剖面仪、声学多普勒流速仪和多频数字成像声呐；所述水下相机采用蓝绿光波段高灵敏度CMOS相机，配备激光辅助照明和窄带光学滤波器；所述主体框架的左右两侧均装配有声学接收器； 所述沉积物捕获器阵列包括3个沉积物捕获器站位装置，3个沉积物捕获器站位装置以原位光学及三维声呐观测基站为中心，50m为半径，采用非均匀环形阵列分布，所述沉积物捕获器站位装置包括回收信标和沉积物捕获器，回收信标和沉积物捕获器之间通过第一凯夫拉缆连接，回收信标内部安装有若干个第一浮球，回收信标的底部安装有声学发射器，沉积物捕获器的底部通过声学释放器连接有配重座； 所述多参数传感器阵列包括3个多参数水体监测站位装置，3个多参数水体监测站位装置以原位光学及三维声呐观测基站为中心，50m为半径，采用非均匀环形阵列分布，所述多参数水体监测站位装置包括由若干个第二浮球组成的浮球组和配重块，浮球组和配重块通过第二凯夫拉缆连接，第二凯夫拉缆上装配有多参数水质仪，多参数水质仪内部集成包括浊度传感器、电导率传感器和溶解氧传感器； 所述移动式监测单元包括水下自主航行器AUV和无人遥控潜水器ROV，AUV搭载有用于羽流边界识别的多光谱激光雷达；ROV搭载有双目立体视觉系统和随机械臂部署的微型沉积物捕获器； 所述分析方法具体包括以下步骤： 步骤S0、部署阶段： 以原位光学及三维声呐观测基站为中心，按圆形角度间距60°，半径50m，依次下放3个沉积物捕获器站位装置和3个多参数水体监测站位装置； 移动式监测单元的AUV和ROV下水，沿预设巡航路径出发，同步与固定式监测单元建立水声通信； 步骤S1、多元数据处理： 步骤S1-1、对于相机获取的深海图像的处理步骤：应用暗通道先验去雾，补偿水体散射导致的图像退化；首先根据观测图像估算全局环境光A，随后基于该环境光计算表征水体散射程度的透射率图tx，最后通过求解水下成像模型的逆问题复原出清晰的场景图像Jx； 步骤S1-2、光流法提取羽流运动矢量场： 采用金字塔LK光流法，从连续帧的深海光学图像中实时提取高精度的羽流运动矢量场； 步骤S2、运移扩散模型构建： 步骤S2-1、物理-数据双驱动建模： 步骤S2-1-1、物理约束层：采用的数值模型为MITgcm，基于不可压缩的Navier-Stokes方程建立羽流基础扩散模型，模型计算域覆盖3×3公里的实际海底地形区域，水平分辨率为35米，并设置了200个垂直分层以覆盖整个上覆水体；垂直分层在靠近海底处加密，最底层分辨率达1米；模型所采用的35米水平分辨率与获取的最佳实测地形数据相匹配，最终生成35×35米格网尺寸的地形网格； 沉积物类别通过MITgcm提供的平流-扩散方案，即采用通量限制的直接时空法以悬浮颗粒物形式输运；背景水平水体粘滞系数与沉积物扩散系数分别设定为和；采用非局部参数化方案求解垂向混合过程，最底层网格单元内的悬浮颗粒物通过沉积作用脱离水体并堆积于海底；当底层网格的底床剪切速度达到颗粒再悬浮临界值时，已沉积物重新悬浮进入水体； 步骤S2-1-2、数据融合层： 以5秒时间步长模拟深海采矿沉积物羽流扩散工况，直至系统达到稳定； 步骤S2-2、动态沉降量计算： 建立沉降量公式： 其中，为第i层传感器浓度mgL，为对应层沉降速度ms，为羽流截面面积，为颗粒密度gcm³，实测值范围2.5-2.8； 步骤S3、三维动态热力图：将模型输出映射为RGB透明度通道，叠加于海底地形DEM数据上，实时显示羽流核心区、扩散前锋与沉降密集区； 步骤S3-1、数据准备与归一化： 步骤S3-1-1、获取由前述运动矢量场或运移扩散模型计算出的羽流状态数据，包括沉积物颗粒浓度分布、运动速度幅值或沉降通量；将该数据定义为强度矩阵Mx,y，其中x,y为图像像素坐标或地理参考坐标系下的网格点； 步骤S3-1-2、对强度矩阵Mx,y进行归一化处理，将其数值范围线性映射到[0,1]区间，得到归一化强度矩阵Mnormx,y； 步骤S3-2、颜色映射： 步骤S3-2-1、定义一个颜色查找表C，该表将强度值映射为特定的RGB颜色；包括： 低值区域映射为冷色调：蓝色，RGB0,0,255； 高值区域映射为暖色调：红色，RGB255,0,0； 中间值区域映射为过渡色：黄色，RGB255,255,0； 步骤S3-2-2、根据归一化强度矩阵Mnormx,y中的每个值，从颜色查找表C中插值查询，生成对应的RGB颜色矩阵RGBplumex,y； 步骤S3-3、透明度Alpha通道映射： 将归一化强度矩阵Mnormx,y直接或经过增强函数后，作为透明度通道矩阵Aplumex,y， ； 其中，γ为可调参数； 步骤S3-4、地形叠加与三维渲染： 步骤S3-4-1、获取同一区域的海底数字高程模型DEM数据Dx,y； 步骤S3-4-2、将羽流RGB图层[RGBplume,Aplume]与海底地形纹理图层RGBseafloor进行Alpha混合；对于每个像素点，混合后的最终颜色RGBfinal由下式计算： ； 步骤S3-4-3、将混合后的纹理贴图到三维地形网格Dx,y上，利用计算机图形学库进行实时三维渲染，从而生成随模型数据实时更新的三维动态热力图； 步骤S4、智能预警阈值： 当羽流扩散半径＞预定安全距离或沉降通量＞生态承载阈值时，触发声光报警并上传至水面控制中心； 步骤S4-1、预警指标计算： 系统实时计算以下两个关键指标： 羽流扩散半径R：计算从羽流源点到当前羽流锋面的最大距离； ； 沉降通量F：在关键敏感区域，计算该区域内平均的沉降通量值，单位：gm²day；该值由模型直接输出或通过包括浓度、速度场的参数推导得出； ； 步骤S4-2、阈值比较与报警触发： 系统将实时计算的指标与预设的安全阈值进行比较： 预设安全阈值：Ralert；预设生态承载阈值：Falert；报警触发逻辑为一个“或”关系：如果RtRalert或者FtFalert则报警。

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