海底鈷結(jié)殼采礦車路徑規(guī)劃主要技術(shù)研究.pdf

1、海底鈷結(jié)殼是一種生長(zhǎng)在水深500～3000m海底殼狀物，它富含鈷、鉑等稀貴金屬，還含有錳、鎳、鐵、銅等金屬，是一種重要的礦產(chǎn)資源。隨著陸地資源的日趨枯竭，深海鈷結(jié)殼作為一種極具商業(yè)開采價(jià)值的海生礦產(chǎn)資源，獲得了美國(guó)、德國(guó)、日本、俄羅斯等西方國(guó)家的重視。隨著面向鈷結(jié)殼勘探開采研究工作的日漸深入，部分國(guó)家已經(jīng)步入試開采階段。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)鈷結(jié)殼的勘探開采研究工作起步較晚。為維護(hù)我國(guó)的海洋權(quán)益，開辟我國(guó)新的礦產(chǎn)資源來(lái)源，面對(duì)國(guó)際社

2、會(huì)對(duì)海洋資源爭(zhēng)奪的形勢(shì)，有必要開展鈷結(jié)殼的探測(cè)采集技術(shù)與裝備研究。
　　 本文在國(guó)務(wù)院大洋專項(xiàng)的支持下，是“鈷結(jié)殼采集模型機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究”項(xiàng)目的一項(xiàng)重要內(nèi)容。作者在查閱國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)海底采礦車路徑規(guī)劃問(wèn)題相關(guān)的海底礦區(qū)環(huán)境建模問(wèn)題、海底大尺度遍歷路徑規(guī)劃問(wèn)題、海底采礦車靜態(tài)路徑規(guī)劃問(wèn)題和海底采礦車動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行了深入并系統(tǒng)的研究。主要的研究成果如下:
　　 1)對(duì)高度非結(jié)構(gòu)化，含不同類型底質(zhì)的

3、海底環(huán)境，提出了一種針對(duì)不同類底質(zhì)的環(huán)境建模方法。利用先驗(yàn)的含底質(zhì)類屬性的DEM數(shù)據(jù)，提取地形幾何特征，得到了海底環(huán)境四維混合屬性數(shù)據(jù);通過(guò)模糊推理的方法，獲得不同類底質(zhì)地形的通行性指數(shù);并通過(guò)設(shè)置綜合通行性代價(jià)函數(shù)，對(duì)不同底質(zhì)地形的通行性進(jìn)行有效整合，得到了環(huán)境可通行性地圖。為路徑規(guī)劃研究提供了模型基礎(chǔ)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。
　　 2)提出一種礦區(qū)大尺度遍歷路徑規(guī)劃方法。首先設(shè)置遍歷路徑規(guī)劃的性能評(píng)價(jià)函數(shù)，通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)

4、函數(shù)的計(jì)算，確定平坦地形往復(fù)式采集的方式;后用Boustrophedon方法對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行子區(qū)域劃分;為可采子域之間建立綜合連通距離矩陣，將子域連接問(wèn)題轉(zhuǎn)化為TSP問(wèn)題，通過(guò)蟻群算法求解，達(dá)到最大覆蓋率的優(yōu)化目標(biāo);對(duì)于非相鄰可采子域之間的局部路徑搜索問(wèn)題，將其轉(zhuǎn)化為SPP問(wèn)題，通過(guò)Floyd算法求解，滿足了最小重復(fù)率的要求;最后提出礦區(qū)大尺度遍歷路徑規(guī)劃算法。通過(guò)仿真，驗(yàn)證了算法的可行性。
　　 3)提出基于改進(jìn)蟻群算法的采礦車

5、靜態(tài)路徑規(guī)劃方法。首先指出遍歷路徑中存在連接路徑和采集路徑兩種路徑;之后本著實(shí)時(shí)性要求對(duì)基本蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)環(huán)境模型膨化后，提出了采礦車靜態(tài)路徑規(guī)劃的改進(jìn)蟻群算法，并證明了算法的收斂性;依據(jù)兩種路徑的不同要求，分別設(shè)置不同的啟發(fā)函數(shù)和適應(yīng)度函數(shù)，提出兩種靜態(tài)路徑規(guī)劃的改進(jìn)蟻群算法;通過(guò)仿真，驗(yàn)證了兩種算法的可行性。
　　 4)提出了基于改進(jìn)滾動(dòng)窗口法的采礦車動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法。首先提出算法;之后按照A*算法的思想，確定子目標(biāo)選