海底热液活动探测数据处理和信息管理方法技术

本发明专利技术的海底热液活动探测数据处理和信息管理方法，是对在大洋海底热液活动成矿环境下，经耐高温高压的物理化学传感器所探测得到的原始探测数据进行数据处理和信息管理的步骤：（一）导入／存储建立步骤；（二）建立热液流体与海水混合沉积成矿元胞自动机模型步骤；（三）计算更新演化步骤；（四）图形可视化描述步骤；（五）查询／调用／输出步骤。该方法构建的数据处理系统能够纵向和横向对比研究不同构造环境下热液系统的特点，从全局去把握热液活动的本来面目，能够更好的满足的研究热液活动对海洋环境、大洋成矿作用影响的特殊要求。应用本发明专利技术的热液流体与海水混合沉积成矿模型，可以绘制出相应的热液流体与海水混合沉积成矿演变过程图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机应用系统中的以研究海底热液活动环境为主要目标的探测采集领域的数据的后处理技术及可视化描述方法。具体的说是一种，其属于海底探测

技术介绍
海底热液活动是海底正在持续进行的大规模成矿作用，硫化物矿体富集程度高、贵金属含量高、成矿速率大。它有可能成为人类未来可开采的海底矿产资源的重要组成部分。而热液成因的多金属矿床作为一种海底资源目前尚处于探索阶段，十余年来人们尽管对热液活动及其产物的认识有了迅猛的增长，但是还存在很多未解决的问题。大洋钻探为海底热液活动研究提供了大量数据资料和样品。目前，对这些大量数据资料和样品进行海底热液活动分析技术存在以下问题(1)依据这些仪器设备获得的数据资料，一些找矿结论很难通过人的直观判断回答，现有的研究工作往往是从一点着手，虽然能说明一些问题，但很难从全局去把握事物的本来面目。(2)关于海底热液流体一沉积物相互作用的研究，主要是通过大洋钻探获得的数据资料、样品开展的，而对热液喷口详细的温度、热液流速、化学成分、烟囱形态特征等测量则离不开深潜器的实地调查，在进行大洋钻探航次之前，数据处理技术及可视化描述方法，不能推测热液喷口的空间位置。(3)目前对该热液海水混合过程的研究多限制于实验室条件下的模拟。这种实验室条件限制了模拟过程，而且消耗了大量实验材料，有些漫长的演化过程更是无法用实验室的环境加以模拟。(4)现有的大洋分析方法纷乱复杂，研究人员往往将时间浪费在重复劳动上，而且研究方法单一，效率不高。由于热液活动过程是非线性多单元的开放系统，在远离平衡到一定程度时，由于单元间的强烈耦合与协调作用而形成的时间、空间或功能上的结构与混沌。对于这种非线性的复杂现象，用传统的偏微分方程等连续的动力学理论和有限元等数值计算方法来研究非常困难。有一种元胞自动机技术(Cellular Automata，简称为CA)是一种全离散的局部动力学模型，通过制定元胞自动机的规则和结构，能够表现出大量的不可预测的行为，便于并行计算和动态显示；因此其适合于模拟多单元非线性系统的复杂过程。目前元胞自动机技术多用于生物学中的人工生命研究、经济领域、城市交通领域、信息传递领域，但应用元胞自动机技术研究热液活动未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服以上困难，以研究海底热液活动分析与探测为背景提供一种；该方法应用数学建模与数据融合技术，是将来自多传感器和相关数据库的有关信息进行综合，模拟热液流体与海水混合沉积成矿作用过程；再现深海化学组份在三维空间的分布图，实现成份、温度等参数在三维空间梯度变化的可视化描述；结合环境数据、采集数据等参数，识别、连结、相关、估计综合多源数据和信息，推测热液喷口的空间位置，就不同类型的典型热液活动区，分别建立具有普遍意义的海底热液沉积成矿数据库及模型，提供找矿依据，为未来海底热液多金属硫化物矿产资源的开发利用提供理论指导；综合估计热液活动对海洋环境、大洋成矿作用的影响的数据的处理技术及可视化描述方法。本专利技术拟应用海水热液混合成矿元胞自动机模型来模拟和分析几何空间内热液流体与海水混合产生矿化作用的过程，通过改变初始条件和演化条件可以模拟不同的不同环境，不同范围等方面热液成矿过程；应用数据融合及3D技术，识别、连结、相关、估计综合多源数据和信息，再现深海化学组份在三维空间的分布图，实现成份、温度等参数在三维空间梯度变化的可视化描述，推测热液喷口的空间位置。本专利技术的目的是由以下技术方案实现的，开发了一种，所述的探测数据是由在大洋海底深度达6000m的海底热液活动成矿环境并适合大洋异常环境下，耐高温高压的物理化学传感器所探测得到的原始探测数据，在此探测数据的基础上进行数据处理和信息管理，其特征在于所述的数据处理和信息管理包括如下步骤(一)导入/存储建立步骤将定义描述的海底热液活动探测数据和信息资源的原始数据存储于存储器中，并建立由空间数据和属性数据构成的空间数据库，该数据库包含有属性数据表和空间数据表，其数据表被赋予具有与描述的海底热液活动探测数据和信息资源的元数据对应的唯一特定含义；同时建立与空间数据库相对应的临时数据库。(二)建立热液流体与海水混合沉积成矿元胞自动机模型步骤从空间数据库中提取成矿数据，在模拟海底热液流体与海水混合成矿系统的演化过程中，应用热液流体与海水混合沉积成矿元胞自动机模型，演示相应的海底热液与海水混合成矿演变过程；所述的热液海水混合元胞成矿自动机模型定义如下A＝(Ld，P，N，f)(1)其中，A代表元胞自动机系统；Ld表示元胞空间，即热液与海水存在的空间，其中d为正整数，表示元胞自动机元胞空间的维数，其中，元胞代表热液单元或/和海水单元；P表示元胞离散的状态集合，{γ，s，SI}，其中状态γ表示元胞温度，状态s表示元胞浓度，沉淀指数SI表示各个元胞混合后的沉淀效果；N表示邻居，即所有邻域内的元胞组合；f表示演化规则，即根据元胞当前状态及其邻居状况，确定下一时刻该元胞状态的规则P(x,y)(t+1)=M(γ,s)P(x,y)(t)P(x,y)Na(t)---(2)]]>其中P(x，y)Na(t)∈R3n，这里n为元胞邻居的个数，P(x，y)Na(t)为t时刻的邻居状态组合，即P(x，y)Na(t)＝[P1(t)，P2(t)，L，Pn(t)]T，Pi(t)，(i＝0，1，2，L，n)为元胞邻居的状态；P(x，y)(t)∈R3为元胞(x，y)在时刻t具有的状态；即P(x，y)(t)＝[γ(x，y))(t)，s(x，y)(t)，SI(x，y)(t)]T(3)M(γ，s)＝[M0(γ，s)，M1(γ，s)，L，Mn(γ，s)]为状态转移矩阵，其分量Mi(γ，s)∈R3×3为如下三角矩阵形式Mi(γ,s)=α(i)1100α(i)21α(i)220α(i)31α(i)32α(i)33,i=1,2,L,n---(4)]]>其中 α(0)11=1-1n-1Σm=1nξΩmΛmvm(t)α(i)11=1n-1ξΩ(i)Λ(i)v(i)(t),i=1,2,L,n---(5)]]>α(0)21=0,α(0)22=1+1n-1Σm=1nξΩmΛmvm(t)(Tmγ(x,y)(t)-γm(t)),α(i)21=1n-1Σm=1nξΩmΛmvm(t)(γ(x,y)(t)-γm(t)-Tmγ(x,y)(t)-γm(t)),α(i)22=1,i=1,2,L,n---(6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底热液活动探测数据处理和信息管理方法，所述的探测数据是由在大洋海底深度达６０００ｍ的海底热液活动成矿环境并适合大洋异常环境下，耐高温高压的物理化学传感器所探测得到的原始探测数据，在此探测数据的基础上进行数据处理和信息管理，其特征在于：所述的数据处理和信息管理包括如下步骤：（一）导入／存储建立步骤：将定义描述的海底热液活动探测数据和信息资源的原始数据存储于存储器中，并建立由空间数据和属性数据构成的空间数据库，该数据库包含有属性数据表和空间数据表，其数据表被赋予具有与描述的海底热液活动探测数据和信息资源的元数据对应的唯一特定含义；同时建立与空间数据库相对应的临时数据库；（二）建立热液流体与海水混合沉积成矿元胞自动机模型步骤：从空间数据库中提取成矿数据，在模拟海底热液流体与海水混合成矿系统的演化过程中，应用热液流体与海水混合沉积成矿元胞自动机模型，演示相应的海底热液与海水混合成矿演变过程；所述的热液海水混合元胞成矿自动机模型定义如下：Ａ＝（Ｌ↓［ｄ］，Ｐ，Ｎ，ｆ）（１）（１）式中Ａ代表：元胞自动机系统：Ｌ↓［ｄ］表示：元胞空间，即：热液与海水存在的空间，其中ｄ为正整数，表示元胞自动机元胞空间的维数，其中，元胞代表：热液单元或／和海水单元；Ｐ表示：元胞离散的状态集合，｛γ，ｓ，ＳＩ｝，其中状态γ表示元胞温度，状态ｓ表示元胞浓度，沉淀指数ＳＩ表示各个元胞混合后的沉淀效果；Ｎ表示：邻居，即：所有邻域内的元胞组合；ｆ表示：演化规则，即根据元胞当前状态及其邻居状况，确定下一时刻该元胞状态的规则：Ｐ↓［（ｘ，ｙ）］（ｔ＋１）＝Ｍ（γ，ｓ）＊（２）其中Ｐ↓［（ｘ，ｙ）Ｎａ］（ｔ）∈Ｒ↑［３ｎ］，这里ｎ为元胞邻居的个数，Ｐ↓［（ｘ，ｙ）Ｎａ］（ｔ）为ｔ时刻的邻居状态组合，即Ｐ↓［（ｘ，ｙ）Ｎａ］（ｔ）＝［Ｐ↓［１］（ｔ），Ｐ↓［２］（ｔ），Ｌ，Ｐ↓［ｎ］（ｔ）］↑［Ｔ］，Ｐ↓［ｉ］（ｔ），（ｉ＝０，１，２，Ｌ，ｎ）为元胞邻居的状态；Ｐ↓［（ｘ，ｙ）］（ｔ）∈Ｒ↑［３］为元胞（ｘ，ｙ）在时刻ｔ具有的状态；即：Ｐ↓［（ｘ，ｙ）］（ｔ）＝［γ↓［（ｘ，ｙ）］（ｔ），ｓ↓［（ｘ，ｙ）］（ｔ），ＳＩ↓［（ｘ，ｙ）］（ｔ）］↑［Ｔ］（３）Ｍ（γ，ｓ）＝［Ｍ↓［０］（γ，ｓ），Ｍ↓［１］（γ，ｓ），Ｌ，Ｍ↓［ｎ］（γ，ｓ）］为状态转移矩阵，状态转移矩阵的分量Ｍ↓［ｉ］（γ，ｓ）∈Ｒ↑［３×３］为如下三角矩阵形式：Ｍ↓［ｉ］（γ，ｓ）＝＊，ｉ...

【技术特征摘要】
1.一种海底热液活动探测数据处理和信息管理方法，所述的探测数据是由在大洋海底深度达6000m的海底热液活动成矿环境并适合大洋异常环境下，耐高温高压的物理化学传感器所探测得到的原始探测数据，在此探测数据的基础上进行数据处理和信息管理，其特征在于所述的数据处理和信息管理包括如下步骤(一)导入/存储建立步骤将定义描述的海底热液活动探测数据和信息资源的原始数据存储于存储器中，并建立由空间数据和属性数据构成的空间数据库，该数据库包含有属性数据表和空间数据表，其数据表被赋予具有与描述的海底热液活动探测数据和信息资源的元数据对应的唯一特定含义；同时建立与空间数据库相对应的临时数据库；(二)建立热液流体与海水混合沉积成矿元胞自动机模型步骤从空间数据库中提取成矿数据，在模拟海底热液流体与海水混合成矿系统的演化过程中，应用热液流体与海水混合沉积成矿元胞自动机模型，演示相应的海底热液与海水混合成矿演变过程；所述的热液海水混合元胞成矿自动机模型定义如下A＝(Ld，P，N，f) (1)(1)式中A代表元胞自动机系统；Ld表示元胞空间，即热液与海水存在的空间，其中d为正整数，表示元胞自动机元胞空间的维数，其中，元胞代表热液单元或/和海水单元；P表示元胞离散的状态集合，{γ，s，SI}，其中状态γ表示元胞温度，状态s表示元胞浓度，沉淀指数SI表示各个元胞混合后的沉淀效果；N表示邻居，即所有邻域内的元胞组合；f表示演化规则，即根据元胞当前状态及其邻居状况，确定下一时刻该元胞状态的规则P(x,y)(t+1)=M(γ,s)P(x,y)(t)P(x,y)Na(t)---(2)]]>其中P(x，y)Na(t)∈R3n，这里n为元胞邻居的个数，P(x，y)Na(t)为t时刻的邻居状态组合，即P(x，y)Na(t)＝[P1(t)，P2(t)，L，Pn(t)]T，P1(t)，(i＝0，1，2，L，n)为元胞邻居的状态；P(x，y)(t)∈R3为元胞(x，y)在时刻t具有的状态；即P(x，y)(t)＝[γ(x，y)(t)，s(x，y)(t)，SI(x，y)(t)]T(3)M(γ，s)＝[M0(γ，s)，M1(γ，s)，L，Mn(γ，s)]为状态转移矩阵，状态转移矩阵的分量Mi(γ，s)∈R3×3为如下三角矩阵形式Mi(γ,s)=α(i)1100α(i)21α(i)220α(i)31α(i)32α(i)33,]]>i＝1，2，L，n (4)其中α(0)11=1-1n-1Σm=1nξΩmΛmvm(t)α(i)11=1n-1ξΩ(i)Λ(i)v(i)(t),i=1,2,L,n---(5)]]>α(0)21=0,α(0)22=1+1n-1Σm=1nξΩmΛmvm(t)(Tmγ(x,y)(t)-γm(t)),α(i)21=1n-1Σm=1nξΩmΛmvm(t)(γ(x,y)(t)-γm(t)-Tmγ(x,y)(t)-γm(t)),α(i)22=1,i=1,2,L,n---(6)]]>(5)式和(6)式中Λm为邻域内第m个元胞影响的调节系数；vm(t)为邻域内第m个元胞所受到的外界干扰和/或随机干扰；Tm为与邻域内第m个元胞混合后的水温变化量；Ωm为邻域内第m个元胞的权值系数Ωj=a,j=1,2,3,40.75a,j=5,6,7,8---(7)]]>其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐功友，曹志敏，王海红，孙亮，高延铭，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]