專利名稱：海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的以研究海底熱液活動(dòng)環(huán)境為主要目標(biāo)的探測(cè)采集領(lǐng)域的數(shù)據(jù)的后處理技術(shù)及可視化描述方法。具體的說(shuō)是一種海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其屬于海底探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海底熱液活動(dòng)是海底正在持續(xù)進(jìn)行的大規(guī)模成礦作用，硫化物礦體富集程度高、貴金屬含量高、成礦速率大。它有可能成為人類未來(lái)可開采的海底礦產(chǎn)資源的重要組成部分。而熱液成因的多金屬礦床作為一種海底資源目前尚處于探索階段，十余年來(lái)人們盡管對(duì)熱液活動(dòng)及其產(chǎn)物的認(rèn)識(shí)有了迅猛的增長(zhǎng)，但是還存在很多未解決的問(wèn)題。大洋鉆探為海底熱液活動(dòng)研究提供了大量數(shù)據(jù)資料和樣品。目前，對(duì)這些大量數(shù)據(jù)資料和樣品進(jìn)行海底熱液活動(dòng)分析技術(shù)存在以下問(wèn)題(1)依據(jù)這些儀器設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)資料，一些找礦結(jié)論很難通過(guò)人的直觀判斷回答，現(xiàn)有的研究工作往往是從一點(diǎn)著手，雖然能說(shuō)明一些問(wèn)題，但很難從全局去把握事物的本來(lái)面目。(2)關(guān)于海底熱液流體一沉積物相互作用的研究，主要是通過(guò)大洋鉆探獲得的數(shù)據(jù)資料、樣品開展的，而對(duì)熱液噴口詳細(xì)的溫度、熱液流速、化學(xué)成分、煙囪形態(tài)特征等測(cè)量則離不開深潛器的實(shí)地調(diào)查，在進(jìn)行大洋鉆探航次之前，數(shù)據(jù)處理技術(shù)及可視化描述方法，不能推測(cè)熱液噴口的空間位置。(3)目前對(duì)該熱液海水混合過(guò)程的研究多限制于實(shí)驗(yàn)室條件下的模擬。這種實(shí)驗(yàn)室條件限制了模擬過(guò)程，而且消耗了大量實(shí)驗(yàn)材料，有些漫長(zhǎng)的演化過(guò)程更是無(wú)法用實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境加以模擬。(4)現(xiàn)有的大洋分析方法紛亂復(fù)雜，研究人員往往將時(shí)間浪費(fèi)在重復(fù)勞動(dòng)上，而且研究方法單一，效率不高。
由于熱液活動(dòng)過(guò)程是非線性多單元的開放系統(tǒng)，在遠(yuǎn)離平衡到一定程度時(shí)，由于單元間的強(qiáng)烈耦合與協(xié)調(diào)作用而形成的時(shí)間、空間或功能上的結(jié)構(gòu)與混沌。對(duì)于這種非線性的復(fù)雜現(xiàn)象，用傳統(tǒng)的偏微分方程等連續(xù)的動(dòng)力學(xué)理論和有限元等數(shù)值計(jì)算方法來(lái)研究非常困難。有一種元胞自動(dòng)機(jī)技術(shù)(Cellular Automata，簡(jiǎn)稱為CA)是一種全離散的局部動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)制定元胞自動(dòng)機(jī)的規(guī)則和結(jié)構(gòu)，能夠表現(xiàn)出大量的不可預(yù)測(cè)的行為，便于并行計(jì)算和動(dòng)態(tài)顯示；因此其適合于模擬多單元非線性系統(tǒng)的復(fù)雜過(guò)程。目前元胞自動(dòng)機(jī)技術(shù)多用于生物學(xué)中的人工生命研究、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、城市交通領(lǐng)域、信息傳遞領(lǐng)域，但應(yīng)用元胞自動(dòng)機(jī)技術(shù)研究熱液活動(dòng)未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服以上困難，以研究海底熱液活動(dòng)分析與探測(cè)為背景提供一種海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法；該方法應(yīng)用數(shù)學(xué)建模與數(shù)據(jù)融合技術(shù)，是將來(lái)自多傳感器和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的有關(guān)信息進(jìn)行綜合，模擬熱液流體與海水混合沉積成礦作用過(guò)程；再現(xiàn)深海化學(xué)組份在三維空間的分布圖，實(shí)現(xiàn)成份、溫度等參數(shù)在三維空間梯度變化的可視化描述；結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)等參數(shù)，識(shí)別、連結(jié)、相關(guān)、估計(jì)綜合多源數(shù)據(jù)和信息，推測(cè)熱液噴口的空間位置，就不同類型的典型熱液活動(dòng)區(qū)，分別建立具有普遍意義的海底熱液沉積成礦數(shù)據(jù)庫(kù)及模型，提供找礦依據(jù)，為未來(lái)海底熱液多金屬硫化物礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用提供理論指導(dǎo)；綜合估計(jì)熱液活動(dòng)對(duì)海洋環(huán)境、大洋成礦作用的影響的數(shù)據(jù)的處理技術(shù)及可視化描述方法。本發(fā)明擬應(yīng)用海水熱液混合成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型來(lái)模擬和分析幾何空間內(nèi)熱液流體與海水混合產(chǎn)生礦化作用的過(guò)程，通過(guò)改變初始條件和演化條件可以模擬不同的不同環(huán)境，不同范圍等方面熱液成礦過(guò)程；應(yīng)用數(shù)據(jù)融合及3D技術(shù)，識(shí)別、連結(jié)、相關(guān)、估計(jì)綜合多源數(shù)據(jù)和信息，再現(xiàn)深?；瘜W(xué)組份在三維空間的分布圖，實(shí)現(xiàn)成份、溫度等參數(shù)在三維空間梯度變化的可視化描述，推測(cè)熱液噴口的空間位置。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，開發(fā)了一種海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，所述的探測(cè)數(shù)據(jù)是由在大洋海底深度達(dá)6000m的海底熱液活動(dòng)成礦環(huán)境并適合大洋異常環(huán)境下，耐高溫高壓的物理化學(xué)傳感器所探測(cè)得到的原始探測(cè)數(shù)據(jù)，在此探測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理和信息管理包括如下步驟(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟將定義描述的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)和信息資源的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，并建立由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含有屬性數(shù)據(jù)表和空間數(shù)據(jù)表，其數(shù)據(jù)表被賦予具有與描述的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)和信息資源的元數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的唯一特定含義；同時(shí)建立與空間數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)應(yīng)的臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
(二)建立熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型步驟從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中提取成礦數(shù)據(jù)，在模擬海底熱液流體與海水混合成礦系統(tǒng)的演化過(guò)程中，應(yīng)用熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型，演示相應(yīng)的海底熱液與海水混合成礦演變過(guò)程；所述的熱液海水混合元胞成礦自動(dòng)機(jī)模型定義如下A＝(Ld，P，N，f)(1)其中，A代表元胞自動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；Ld表示元胞空間，即熱液與海水存在的空間，其中d為正整數(shù)，表示元胞自動(dòng)機(jī)元胞空間的維數(shù)，其中，元胞代表熱液?jiǎn)卧?和海水單元；P表示元胞離散的狀態(tài)集合，{γ，s，SI}，其中狀態(tài)γ表示元胞溫度，狀態(tài)s表示元胞濃度，沉淀指數(shù)SI表示各個(gè)元胞混合后的沉淀效果；N表示鄰居，即所有鄰域內(nèi)的元胞組合；f表示演化規(guī)則，即根據(jù)元胞當(dāng)前狀態(tài)及其鄰居狀況，確定下一時(shí)刻該元胞狀態(tài)的規(guī)則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，這里n為元胞鄰居的個(gè)數(shù)，P(x，y)Na(t)為t時(shí)刻的鄰居狀態(tài)組合，即P(x，y)Na(t)＝[P1(t)，P2(t)，L，Pn(t)]T，Pi(t)，(i＝0，1，2，L，n)為元胞鄰居的狀態(tài)；P(x，y)(t)∈R3為元胞(x，y)在時(shí)刻t具有的狀態(tài)；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)]為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，其分量Mi(γ，s)∈R3×3為如下三角矩陣形式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為鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞影響的調(diào)節(jié)系數(shù)；vm(t)為鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞所受到的外界干擾和/或隨機(jī)干擾；Tm為與鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞混合后的水溫變化量；Ωm為鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞的權(quán)值系數(shù)Ωj=a,j=1,2,3,40.75a,j=5,6,7,8---(7)]]>其中a為某一適合的正數(shù)；(5)式中ξ為符號(hào)函數(shù)ξ=1,P(x,y)Na(t)>P(x,y)(t-1)-1,P(x,y)Na(t)≤P(x,y)(t-1)---(8)]]>根據(jù)已知的SI參數(shù)值確定α(i)31，α(i)32，α(i)33，(i＝0，1，L，n)的值；(三)計(jì)算更新演化步驟基于熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型，對(duì)海底熱液與海水混合成礦過(guò)程進(jìn)行模擬演化，將標(biāo)準(zhǔn)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行值域計(jì)算，預(yù)測(cè)計(jì)算，參數(shù)計(jì)算，存入相對(duì)應(yīng)的值域數(shù)據(jù)表、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)表、參數(shù)數(shù)據(jù)表中，將上述計(jì)算數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)用于和該元胞自動(dòng)機(jī)模型參數(shù)的更新；根據(jù)該元胞自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行演化更新，將演化過(guò)程生產(chǎn)的數(shù)據(jù)存入相對(duì)應(yīng)的演化數(shù)據(jù)表中；(四)圖形可視化描述步驟首先數(shù)據(jù)預(yù)處理，即選擇顯示數(shù)據(jù)，再分配坐標(biāo)軸，對(duì)該元胞自動(dòng)機(jī)模型的演化數(shù)據(jù)或其他欲顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)分配，確定全部參數(shù)，調(diào)用顯示控件，按需求顯示二維，或三維，或多維空間圖形；(五)查詢/調(diào)用/輸出步驟將上述(一)至(四)步驟的數(shù)據(jù)用于查詢，調(diào)用，輸出。
所述的(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟中的屬性數(shù)據(jù)，其包括全球熱液活動(dòng)區(qū)的①海區(qū)地理位置，②成礦類型，③探測(cè)航次，④地質(zhì)背景，⑤海底熱液活動(dòng)的物質(zhì)來(lái)源，⑥礦物類型及特征，⑦水深達(dá)6000m的海底熱液活動(dòng)的成礦環(huán)境下的化學(xué)參數(shù)，⑧涉及⑥和⑦屬性數(shù)據(jù)的溫度、濃度、擴(kuò)散速度、壓力數(shù)據(jù)參數(shù)，⑨數(shù)據(jù)的定性說(shuō)明，⑩礦物擴(kuò)散系數(shù)、反應(yīng)平衡系數(shù)、工具參數(shù)。
所述的(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟中的空間數(shù)據(jù)，即根據(jù)地理分布和航次建立的空間坐標(biāo)。所述的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，所包含的屬性數(shù)據(jù)表，其表格要與空間數(shù)據(jù)表相對(duì)應(yīng)，同時(shí)該數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表被賦予具有與描述的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)和信息資源的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的唯一特定含義。
所述的(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟中的將原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，是對(duì)來(lái)源不同、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同的原始數(shù)據(jù)，按照元數(shù)據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)格式規(guī)定，轉(zhuǎn)換為規(guī)范數(shù)據(jù)；所述的元數(shù)據(jù)是對(duì)原始數(shù)據(jù)的注解；再對(duì)該規(guī)范數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，存入臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中；再對(duì)臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；存入空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。
所述的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，是檢查數(shù)據(jù)的完整性和相容性的合法性校驗(yàn)。
所述的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，是將臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行同構(gòu)處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的屬性數(shù)據(jù)表和空間數(shù)據(jù)表，在屬性數(shù)據(jù)表和空間數(shù)據(jù)表至少要保留用于對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)掛接的1-2個(gè)關(guān)鍵字段。
所述的(三)計(jì)算更新演化步驟中的值域計(jì)算是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)確定其上下限，得出一定條件和環(huán)境下的參數(shù)變化范圍的邊界。
所述的(三)計(jì)算更新演化步驟中的參數(shù)計(jì)算是采用Pitzer理論計(jì)算SI值。
所述的(三)計(jì)算更新演化步驟中的預(yù)測(cè)計(jì)算是對(duì)定點(diǎn)測(cè)量的熱液溫度數(shù)據(jù)和濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式z(t)＝AeBt(9)先用最小二乘法曲線擬合方法估計(jì)參數(shù)A和B，估計(jì)出某個(gè)z(t)后，再單步外推，即以該估計(jì)數(shù)據(jù)z(t)為已知，預(yù)測(cè)下個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
所述的(四)圖形可視化描述步驟中的確定全部參數(shù)，調(diào)用顯示控件，按需求顯示二維，三維，多維空間圖形，其具體步驟如下A)根據(jù)需求，確定檢索類型，數(shù)據(jù)范圍，圖形維數(shù)和通道個(gè)數(shù)；B)根據(jù)己建好的模板或自定義的坐標(biāo)軸，確定比例，建立坐標(biāo)系；C)根據(jù)需求，匹配多通道和分配顏色或顯示方式，或根據(jù)需求，分配色度深淺，坐標(biāo)點(diǎn)大小，顯示參數(shù)的多維屬性；D)將上述數(shù)據(jù)傳遞給圖形顯示控件，生成空間圖形。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在保證大洋固體礦產(chǎn)探測(cè)數(shù)據(jù)空間信息及其屬性信息完整的基礎(chǔ)上，提供一種構(gòu)建大洋鉆探采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)及可視化描述系統(tǒng)的方法，將大量的空間信息及屬性以多層顯示的方式進(jìn)行描述，用戶可以快捷地從中提取所需信息。同時(shí)利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將來(lái)自多傳感器和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的有關(guān)信息進(jìn)行綜合，得到了精度上的改善和更加具體的推斷。利用這種方法構(gòu)建數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時(shí)，能夠縱向和橫向?qū)Ρ妊芯坎煌瑯?gòu)造環(huán)境下熱液系統(tǒng)的特點(diǎn)，從全局去把握熱液活動(dòng)的本來(lái)面目，獲取質(zhì)量更好的信息，為找礦提供依據(jù)，減少人員工作量。利用這種方法構(gòu)建數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時(shí)，能夠更好的滿足的研究熱液活動(dòng)對(duì)海洋環(huán)境、大洋成礦作用影響的特殊要求。應(yīng)用本發(fā)明的熱液海水混合元胞自動(dòng)機(jī)模型，可以繪制出相應(yīng)的海底熱液與海水混合成礦演變過(guò)程圖。
本發(fā)明的主流程所述的五個(gè)步驟具有如下積極效果(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟優(yōu)點(diǎn)是①由于采用程序功能進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)建立，數(shù)據(jù)傳輸模塊，圖形處理模塊，計(jì)算模塊之間的功能獨(dú)立，通過(guò)全局變量進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，方便了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；如果以后系統(tǒng)需要增加其他功能，只需要在本模塊進(jìn)行掛接即可，每個(gè)模塊可以被獨(dú)立開發(fā)、設(shè)計(jì)、修改與維護(hù)，具備可重復(fù)使用的功能。②由于首先對(duì)進(jìn)入空間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理及校驗(yàn)，先保存于與空間數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)應(yīng)的臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，再經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后保存在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)的集成性，對(duì)不同的數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)，因此解決了數(shù)據(jù)來(lái)源不同，格式不統(tǒng)一等原因造成的數(shù)據(jù)異構(gòu)問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種文件格式的支持，同時(shí)模塊化的設(shè)計(jì)便于對(duì)更多數(shù)據(jù)庫(kù)格式的擴(kuò)充。③由于建立了由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含有屬性數(shù)據(jù)表和空間數(shù)據(jù)表，其數(shù)據(jù)表被賦予具有與描述的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)和信息資源的元數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的唯一特定含義，屬性數(shù)據(jù)的錄入便于集體作業(yè)，因此便于數(shù)據(jù)更新維護(hù)。隨著時(shí)空的變化，海量數(shù)據(jù)需要進(jìn)行不斷的增加、刪減、更新，由于屬性表是相對(duì)獨(dú)立的，這樣管理屬性數(shù)據(jù)就非常靈活，因此可以快捷地從中提取所需信息，而且便于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展。便于空間數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的掛接。由于空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)都擁有關(guān)鍵字段，在具體操作上，只要將關(guān)鍵字段保持一致，就可以非常容易的進(jìn)行掛接。④多傳感器數(shù)據(jù)融合有效地利用了多傳感器資源信息提供的互補(bǔ)性，將獲得被探測(cè)目標(biāo)和環(huán)境更為全面的信息，綜合存入空間數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)高速并行檢索和推理機(jī)制。
(二)建立熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型步驟優(yōu)點(diǎn)是①由于熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型的建立，可以克服傳統(tǒng)試驗(yàn)室模擬條件的約束，節(jié)約了大量實(shí)驗(yàn)材料，縮短了模擬演化過(guò)程。②由于采用計(jì)算機(jī)元胞自動(dòng)機(jī)模型演化更新，很容易直接描寫單元間的相互作用，不需要建立和求解過(guò)多復(fù)雜的微分方程，只要確定簡(jiǎn)單得多的單元演化規(guī)則，就能通過(guò)制定元胞自動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單的規(guī)則和結(jié)構(gòu)，能夠表現(xiàn)出大量的不可預(yù)測(cè)的行為。而且便于并行計(jì)算和動(dòng)態(tài)顯示，運(yùn)算速度快。所以非常適合于演化熱液海水混合作用的多單元非線性系統(tǒng)的復(fù)雜過(guò)程。
(三)計(jì)算更新演化步驟優(yōu)點(diǎn)是由于應(yīng)用熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型，可以提供沿著己知的或假設(shè)的熱液區(qū)域化學(xué)成分演化過(guò)程的定量細(xì)節(jié)；識(shí)別熱液海水混合過(guò)程中哪些礦物正在溶解或沉淀；確定每一個(gè)進(jìn)入或離開海水的礦物的摩爾數(shù)的空間變化；預(yù)測(cè)還未研究的系統(tǒng)中的熱液海水混合過(guò)程；突破了實(shí)驗(yàn)室模擬所受到的物質(zhì)和試驗(yàn)條件的限制。采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)針對(duì)不同數(shù)據(jù)序列、特點(diǎn)使用不同方法，對(duì)相鄰對(duì)象的空間影響用元胞自動(dòng)機(jī)模型求解，這樣可使時(shí)間和空間結(jié)合更緊密，強(qiáng)調(diào)了時(shí)空的連動(dòng)性，元胞自動(dòng)機(jī)模型將單獨(dú)的時(shí)間預(yù)測(cè)、空間預(yù)測(cè)和時(shí)空預(yù)測(cè)有效地融合在一起，產(chǎn)生最后的時(shí)空綜合預(yù)測(cè)結(jié)果。因此本發(fā)明應(yīng)用熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型可以加深對(duì)熱液成礦作用的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)找礦方法的新探索。
(四)圖形可視化描述步驟優(yōu)點(diǎn)是本步驟提供了圖形控件的標(biāo)準(zhǔn)接口，采用了通用的ActiveX控件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的消息傳遞、高度模塊化和封裝性，容易定制，具有高移植性。按需求選擇方式預(yù)處理數(shù)據(jù)，為圖形可視化做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
(五)查詢/調(diào)用/輸出步驟優(yōu)點(diǎn)是本步驟所有輸出數(shù)據(jù)均取自數(shù)據(jù)庫(kù)已計(jì)算后保存的數(shù)據(jù)，比其他方式的運(yùn)算速度快；并提供多種不同的查詢，數(shù)據(jù)輸出，圖形輸出，為用戶提供直接的、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析手段。
附圖及其具體實(shí)施方式


圖1海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法的主流程圖。
圖2海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程圖。
圖3熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型工作流程圖。
圖4熱液沉淀物黃鐵礦在空間分布圖實(shí)例。
圖5海底熱液活動(dòng)探測(cè)某定點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)曲線圖實(shí)例。
圖6元胞為Mn離子的元胞自動(dòng)機(jī)在演化500步的濃度演化圖實(shí)例。
圖7元胞為Mn離子的元胞自動(dòng)機(jī)在演化1000步的濃度演化圖實(shí)例。
圖8元胞為Mn離子的元胞自動(dòng)機(jī)在演化1500步時(shí)的沉淀圖實(shí)例。
本發(fā)明熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)基于圖1-圖3的具體實(shí)施應(yīng)用如下參見圖1中的導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟1步驟1-1，即數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換步驟，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，定義原始數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)是用來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，也是關(guān)于數(shù)據(jù)和信息資源的描述信息，包括數(shù)據(jù)格式，版本，數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)代碼重新匹配等屬性的說(shuō)明，也包括海底空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、條件和其他特征進(jìn)行描述和說(shuō)明，幫助我們有效地定位、評(píng)價(jià)、比較、獲取和使用海底相關(guān)數(shù)據(jù)。然后根據(jù)元數(shù)據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)格式的定義，例如元數(shù)據(jù)中定義了原始數(shù)據(jù)為文本文件，其數(shù)據(jù)的分隔方式是TAB符號(hào)，識(shí)別的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎為標(biāo)準(zhǔn)文本格式數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，根據(jù)這三項(xiàng)內(nèi)容，系統(tǒng)即可以按照元數(shù)據(jù)的定義選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以識(shí)別的規(guī)范數(shù)據(jù)。
步驟1-2即數(shù)據(jù)校驗(yàn)部分，首先檢索空間數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)可識(shí)別的規(guī)范數(shù)據(jù)+元數(shù)據(jù)先檢驗(yàn)其數(shù)據(jù)的相容性，判斷是否存入重復(fù)數(shù)據(jù)，或是否有不合要求的數(shù)據(jù)格式，如任何一項(xiàng)不合要求，則提示數(shù)據(jù)校驗(yàn)不合法；然后檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性，如果數(shù)據(jù)不完整則自動(dòng)填充默認(rèn)數(shù)據(jù)項(xiàng)，如系統(tǒng)可以自動(dòng)采用一個(gè)默認(rèn)標(biāo)識(shí)自動(dòng)添入(如用9999999)表明這是個(gè)空數(shù)，在生成圖形的時(shí)候以插值的方法補(bǔ)充或提示數(shù)據(jù)不完整。通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)的數(shù)據(jù)存入臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
步驟1-3即數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。具體步驟參見圖2。
步驟1-3-1依據(jù)空間數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，即將臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)按照空間數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)表中的字段列的各項(xiàng)順序轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)項(xiàng)重構(gòu)，刪去不需要的運(yùn)行信息。例如原始數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)是按照如序號(hào)-名稱-溫度-濃度-代碼-其他的順序生產(chǎn)的數(shù)據(jù)表，而對(duì)應(yīng)到臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表格式則順序保持不變，如果本發(fā)明空間數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的數(shù)據(jù)表是按照序號(hào)-名稱-代碼-溫度-濃度的順序生成，這個(gè)時(shí)候就首先產(chǎn)生了臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)表和空間數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，其次出現(xiàn)了臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的表字段項(xiàng)多于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)應(yīng)表的數(shù)據(jù)項(xiàng)的現(xiàn)象，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效融合，因此應(yīng)該自動(dòng)刪除該信息，并根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)表中的序號(hào)-名稱-代碼-溫度-濃度順序嚴(yán)格存入數(shù)據(jù)。
步驟1-3-2數(shù)據(jù)語(yǔ)義的同化，是實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)。需要對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)編碼，例如，在原始數(shù)據(jù)中Fe離子的代碼為010，而本發(fā)明空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的Fe離子代碼均為002，則這次參數(shù)在存入空間數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)代碼被自動(dòng)修改為002。
步驟1-3-3生成空間數(shù)據(jù)表，空間數(shù)據(jù)即采集樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)，一個(gè)空間采集點(diǎn)可以看作一個(gè)圖元，通過(guò)空間坐標(biāo)與比例尺的統(tǒng)一后存入相應(yīng)航次的空間坐標(biāo)表，生成與屬性表相掛接的對(duì)應(yīng)字段，即掛接編碼。
步驟1-3-4建立測(cè)量數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)表，反應(yīng)與空間實(shí)體對(duì)應(yīng)的屬性，在屬性數(shù)據(jù)表格中保留1或2個(gè)關(guān)鍵字段作為掛接編碼，用于空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的掛接。
步驟1-3-5根據(jù)設(shè)定的規(guī)則設(shè)置關(guān)鍵字段。例如具體實(shí)施可以采用的掛接編碼規(guī)則如下設(shè)定掛接編碼由順序碼和識(shí)別碼兩段組成，順序編碼則視空間的個(gè)點(diǎn)數(shù)可以取1～4位數(shù)字，為保證多通道圖中相同圖元素的圖元掛接編號(hào)不出現(xiàn)重碼，應(yīng)在不同的元素的圖元順序前分別加識(shí)別碼信息碼，該識(shí)別碼可以采用字符，這里可以取屬性表主要含義的一個(gè)漢語(yǔ)拼音的首字母。由于掛接編號(hào)是連接空間圖元和屬性表的關(guān)鍵字，在兩者之中必須保持一致。例如數(shù)據(jù)Fe的空間數(shù)據(jù)表中某點(diǎn)的掛接編碼可以命名為(Fef0101)，其坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的某一屬性數(shù)據(jù)表的命名可以為(Fef0101a)。
步驟1-3-6要將二者連接起來(lái)，可以這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先對(duì)屬性表是否存在進(jìn)行判斷，如果屬性數(shù)據(jù)表存在，進(jìn)行步驟1-3-7，否則返回建立相應(yīng)的屬性表。
步驟1-3-7將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)根據(jù)掛接編碼生成一對(duì)多的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一個(gè)空間數(shù)據(jù)表可以對(duì)應(yīng)于多個(gè)屬性數(shù)據(jù)表。
參見圖1中的建立熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型建立步驟2假定化學(xué)反應(yīng)只在元胞內(nèi)部瞬間發(fā)生，而擴(kuò)散則在相鄰元胞之間按一定初始速度進(jìn)行，因此不考慮元胞內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，只考慮元胞反應(yīng)以后達(dá)到平衡狀態(tài)后與相鄰元胞的物理擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散的最大步長(zhǎng)由初始速度決定。
熱液對(duì)流擴(kuò)散的元胞自動(dòng)機(jī)模型定義如(1)式表示注1.假設(shè)元胞水深條件相同，即每個(gè)元胞處于相同的壓力下，因此不考慮深度因素對(duì)熱流擴(kuò)散的影響，從而可以把本模型映射到到二維空間上，因此可以研究二維元胞自動(dòng)機(jī)，即這里的d＝2。
注2.這里的元胞自動(dòng)機(jī)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它在時(shí)間維上的變化是離散的，即時(shí)間t是一個(gè)整數(shù)值，而且連續(xù)等間距。假設(shè)時(shí)間間距dt＝1，若t＝0為初始時(shí)刻。那么，t＝1為其下一時(shí)刻。在上述轉(zhuǎn)換函數(shù)中，一個(gè)元胞在t+1的時(shí)刻只(直接)決定于t時(shí)刻的該元胞及其鄰居元胞的狀態(tài)，雖然，在t-1時(shí)刻的元胞及其鄰居元胞的狀態(tài)間接(時(shí)間上的滯后)影響了元胞在t+1的時(shí)刻的狀態(tài)。
注3.將研究區(qū)域劃分為大小相同的N×N的矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格的大小根據(jù)研究區(qū)和模型的精度要求選擇不同的分辨率。
注4.在采用元胞自動(dòng)機(jī)來(lái)模擬熱液對(duì)流循環(huán)的擴(kuò)散過(guò)程時(shí)，金屬元素從熱液中的的沉淀可以分為外界因素和內(nèi)因兩個(gè)方面，金屬?gòu)臒嵋褐邪l(fā)生沉淀的反應(yīng)與溫度、壓力、熱液成分的性質(zhì)、氧化還原電位、圍巖性質(zhì)的改變等條件有關(guān)，如果假設(shè)每個(gè)元胞所處的壓力狀態(tài)相同，PH值不變的情況下，可以把主要影響因素抽象如下，即狀態(tài)集為這四個(gè)因素的集合①溫度，②濃度，③擴(kuò)散速度，④隨機(jī)因素。
Ld代表元胞及元胞空間，我們假設(shè)元胞空間為熱液與海水存在空間，擴(kuò)散的整個(gè)系統(tǒng)，將每個(gè)傳感器采集點(diǎn)的一個(gè)正方形小單元鄰域作為一個(gè)元胞，每個(gè)含某一需要分析的化學(xué)組分的但不同初始狀態(tài)的熱液?jiǎn)卧?和海水單元被看作是一個(gè)元胞，假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)劃分為一組正方形網(wǎng)格。每個(gè)格點(diǎn)代表一個(gè)流體單元，假設(shè)每個(gè)流體單元都具均勻的濃度分布、深度和相同的溫度等。
N代表鄰居采用Moore型，即以每一元胞相鄰的8個(gè)元胞為鄰居。一個(gè)元胞的下一個(gè)狀態(tài)由其在該時(shí)刻本身的和周圍八個(gè)鄰居(即一個(gè)元胞的上、下、左、右、左上、右上、右下、左下相鄰八個(gè)元胞為該元胞的鄰居。即鄰居半徑r為1)的狀態(tài)決定。其鄰居定義為NMoore＝{υi＝(υix，υiy)，‖υix-υox‖≤1，‖υix-υox‖≤1，(υix，υiy)∈Z2}(10)P代表元胞狀態(tài)在本模型中，根據(jù)影響因素建立三維的元胞的狀態(tài)變量集P(γ，s，SI)，狀態(tài)γ表示為熱流擴(kuò)散過(guò)程中的溫度場(chǎng)變化趨勢(shì)，通過(guò)在離散的步長(zhǎng)點(diǎn)的計(jì)算值采樣獲得。狀態(tài)s表示為所模擬液體中某組分的在混合過(guò)程中不斷改變的濃度值，其中狀態(tài)γ，s的大小表示可以映射到顏色的256級(jí)色度值上，從而可以以圖形的方式表示出來(lái)，狀態(tài)SI表示液體混合后是否產(chǎn)生沉淀效果，如果當(dāng)?shù)V物在水溶液中處于平衡時(shí)SI＝0；當(dāng)?shù)V物溶解時(shí)，SI＜0；當(dāng)?shù)V物沉淀時(shí)，SI＞0。即濃度SI狀態(tài)個(gè)數(shù)k＝3，鄰居半徑r＝1。
f代表局部規(guī)則以上的元胞及元胞空間只表示了系統(tǒng)的靜態(tài)成分，為將“動(dòng)態(tài)”引入系統(tǒng)，必須加入演化規(guī)則。在元胞自動(dòng)機(jī)中，這些規(guī)則是定義在空間局部范圍內(nèi)的，即根據(jù)元胞當(dāng)前狀態(tài)及其鄰居狀況確定下一時(shí)刻該元胞狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)函數(shù)，簡(jiǎn)單講，就是一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。這個(gè)函數(shù)構(gòu)造了一種簡(jiǎn)單的、離散的空間/時(shí)間的局部物理成分。要修改的范圍里采用這個(gè)局部物理成分對(duì)其結(jié)構(gòu)的“元胞”重復(fù)修改。這樣，盡管物理結(jié)構(gòu)的本身每次都不發(fā)展。但是狀態(tài)在變化?？梢杂洖?
fP(x，y)(t+1)＝f(P(x，y)(t)，P(x，y)Na(t)) (11)其中P(x，y)Na(t)為t時(shí)刻的鄰居狀態(tài)組合。
實(shí)際上，對(duì)于狀態(tài)P(x，y)是由多個(gè)因素影響的，其所包含的元素由式(3)決定。為方便圖形顯示，保存每步驟的臨時(shí)變量，擴(kuò)充其狀態(tài)集合表達(dá)式P(x，y)(t)，用來(lái)存儲(chǔ)運(yùn)算過(guò)程中產(chǎn)生的一些有用數(shù)據(jù)，可以記為P(x，y)(t)＝[u(x，y)(t)，v(x，y)(t)，Cγ(x，y)，Cs(x，y)]T(12)如果在二維元胞自動(dòng)機(jī)中，采用Moore型鄰胞，則元胞(i，j)的鄰居狀態(tài)為P(i,j)Na(t)=[P(x-1,y)T(t),P(x,y-1)T(t),P(x,y+1)T(t),P(x+1,y)T(t),P(x-1,y-1)T(t),P(x-1,y+1)T(t),P(x+1,y-1)T(t),P(x+1,y+1)T(t)]T]]>(13)如果分別集合m∈{1，2，3，4，5，6，7，8}來(lái)代表這八個(gè)方向{E，N，W，S，NE，SE，SW，NW}則n＝8，從而(11)式可以簡(jiǎn)化為式(12)P(x，y)Na(t)＝[P1T(t)，P2T(t)，L，PnT(t)]T(14)則系統(tǒng)的局部規(guī)則模型可以總結(jié)為(2)式，其中狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣M的表達(dá)形式如(4)式?jīng)Q定。其中的參數(shù)α的選取與各影響因素的演化規(guī)律決定，具體選擇如下，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣M的具體實(shí)現(xiàn)如下1)時(shí)間步長(zhǎng)的確定每一個(gè)時(shí)間步的長(zhǎng)度由下式給定τ=110min{ζumax,ζ2Dk}---(15)]]>其中Dk為液體中溶質(zhì)k組分的擴(kuò)散常數(shù)，ζ為相鄰元胞單元的邊長(zhǎng)長(zhǎng)度。
2)擴(kuò)散速度u(x，y)(t)由初始流速和初始運(yùn)動(dòng)方向決定，假設(shè)溫度高的液體總是流向溫度低的單元，濃度高的液體單元總是流向濃度低的單元。由于各元胞的質(zhì)量相同，因此混合開始后，則向各方向擴(kuò)散的速度公式為ui(t)=0.25pi(θ)uNa(t-1)+ui(t-1)0.25pi(θ)+1,i=1,2,l,n---(16)]]>其中，在二維情況下，存在八個(gè)可能的擴(kuò)散方向，對(duì)于每個(gè)單元垂直的四個(gè)方向假設(shè)等幾率的具有四種擴(kuò)散取向，因此在四個(gè)方向內(nèi)的角度范圍內(nèi)[θ，θ+dθ]之間擴(kuò)散的概率為dp(θ)=2πdθ---(17)]]>元胞與臨近元胞達(dá)到均勻混合狀態(tài)的交換指數(shù)由下式?jīng)Q定
δm(t)=1ζ∫0mum(t)dt---(18)]]>當(dāng)δm(t)≥0.5時(shí)，表明有時(shí)間與相鄰元胞進(jìn)行充分混合，兩個(gè)相鄰元胞達(dá)到相同狀態(tài)，因此更新為新的狀態(tài)，否則保持原來(lái)狀態(tài)。局部更新規(guī)則可以總結(jié)為表1所示。
表1局部更新規(guī)則

3)考慮干擾的影響，對(duì)于隨機(jī)干擾因素v，可以表示為v(x，y)(t)＝1+[-ln(rand)]b(19)式中，rand是01之間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，是一個(gè)表示干擾程度大小的常數(shù)，這里向量v(x，y)(t)∈R3×3。
4)溫度γ(x，y)(t)我們通過(guò)對(duì)噴口熱液進(jìn)行直接測(cè)溫、或用熱液成分與溫度的關(guān)系外推來(lái)獲取不同階段的熱液溫度作為初值。具體元胞內(nèi)溫度變化通過(guò)采用Fick擴(kuò)散方程，考慮到采用二維元胞模型，假設(shè)擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)，各方向擴(kuò)散同性，而又沒(méi)有擴(kuò)散溫度，可以得到以下矢量形式∂Tm∂t+div(Tmu)=Dm▿2Tm---(20)]]>其中Dm為溫度場(chǎng)的擴(kuò)散常數(shù)，u為水流速度(m/s)，如果只考慮沿一個(gè)方向擴(kuò)散的情形下，u＝ux從而可以得到一維擴(kuò)散初值問(wèn)題。
∂Tm∂t+u(x,y)(t)∂Tm∂x=Dm∂Tm2∂x2Ti|t=0=0---(21)]]>其中T為水溫變化量(℃)，這里Tm與鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞混合后的水溫變化量。則溫度的絕對(duì)值為通過(guò)下式計(jì)算。
γ(x,y)(t+1)=γ(x,y)(t)+1n-1Σm=1nξΩmΛmvm(t)Tm(t+1)---(22)]]>這里加入Ωm的目的是為了降低擴(kuò)散的各向異性。如果該元胞的擴(kuò)散方向均勻，可以得到Ωj的表達(dá)式為(7)式；符號(hào)函數(shù)ξ的表達(dá)式參見(8)式。則根據(jù)式(22)可以得到式(5)。
5)濃度si(t)液體組分濃度擴(kuò)散的連續(xù)性方程描述為
∂s(x,y)(k)∂t=D(x,y)▿2s(x,y)(k)---(23)]]>其中D(x，y)為液態(tài)中元胞(x，y)某組分的溶質(zhì)擴(kuò)散常數(shù)，受溫度和壓力的影響，可以根據(jù)組分元素通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定值查礦物及有關(guān)化合物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)得到。s(i，j)(k)為液態(tài)中元胞(x，y)某組分的溶質(zhì)濃度。
元胞(x，y)某組分的混合濃度和混合溫度在低于該組分最高飽和溫度時(shí)可以近似表示為直線方程，因此可以得到以下計(jì)算結(jié)果。
sm(t+1)=s(x,y)(t)-sm(t)γ(x,y)(t)-γm(t)Tm+sm(t)---(24)]]>其中，sm(t)為元胞(x，y)鄰胞m的濃度值。其中Tm的值由(15)式確定。
s(x,y)(t+1)=s(x,y)(t)]]>+1n-1Σm=1nξΩmΛmvm(t)(Tmγ(x,y)(t)-γm(t)s(x,y)(t)-γ(x,y)(t)-γm(t)-Tmγ(x,y)(t)-γm(t)sm(t))---(25)]]>由式(25)可以總結(jié)為式(6)。
而元胞(x，y)某組分的混合濃度和混合溫度在高于該組分最高飽和溫度時(shí)，通過(guò)查詢?cè)摻M分的溶解度-溫度曲線獲得兩者之間的關(guān)系。
6)計(jì)算SI值根據(jù)飽和指數(shù)計(jì)算是否會(huì)沉淀出固體礦物，通常情況下，組分分布模型可以根據(jù)熱力學(xué)模型和水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)確定礦物和氣體在水中的平衡狀態(tài)，得到礦物的溶解沉淀狀態(tài)。飽和系數(shù)指的定義為SI=logIAPK---(26)]]>其中IAP為礦物-水反應(yīng)的活度積，與溫度有關(guān)。
考察下列反應(yīng)cC+dD＝eE+hH，式中c，d，e，h分別為反應(yīng)物(C，D)和生成物(E，H)的摩爾數(shù)，按質(zhì)量作用定律，當(dāng)上述反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，有[E]e[H]h[C]c[D]d=K---(27)]]>其中K為與溫度有關(guān)的反應(yīng)平衡系數(shù)。式(26)中的IAP由下式確定IAP＝rE[E]erH[H]h(28)其中rE，rH可以通過(guò)查詢已有數(shù)據(jù)表取得。則通過(guò)(26)計(jì)算，得出確定壓力下SI值與溫度，濃度關(guān)系。從而得到對(duì)應(yīng)的α(i)31，α(i)32，α(i)33，(i＝0，1，L，n)值。對(duì)于不同的礦物則具有不同的化學(xué)反應(yīng)式，并相應(yīng)調(diào)整(27)式。
7)分配顏色，由RGB模式的顏色按照256級(jí)定義濃度或溫度色度值。具體計(jì)算公式為
Cγ(t)=256γ(t)|maxi{γ}-mini{γ}|---(29)]]>Cs(t)=256s(t)|maxi{s}-mini{s}|]]>其中Cy(t)和Cs(t)分別為計(jì)算后該元胞的溫度和濃度的色度值。
參見圖1中的計(jì)算更新演化步驟3，具體計(jì)算如下3-1.值域計(jì)算采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，自動(dòng)計(jì)算每個(gè)空間數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的屬性表中的濃度、溫度等參數(shù)的范圍，計(jì)算這些參數(shù)的平均值，保存在該參數(shù)的屬性表的相應(yīng)字段中。該數(shù)據(jù)①提供給圖形顯示控件調(diào)用，用來(lái)形成該組分在三維空間中的組分分布圖，②為演化計(jì)算調(diào)用。③為用戶查詢輸出直接調(diào)用。
3-2.預(yù)測(cè)計(jì)算海底熱液采集數(shù)據(jù)溫度，組分濃度預(yù)測(cè)模型依照歷史采集數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，利用變量本身過(guò)去的變化，也使用變量與其他變量之間的靜態(tài)關(guān)系來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)，即對(duì)海底熱液采集數(shù)據(jù)的溫度、組分濃度等屬性的預(yù)測(cè)分析，上述采集傳感器的采集數(shù)據(jù)為定點(diǎn)數(shù)據(jù)，其數(shù)值由式(9)計(jì)算得出該數(shù)據(jù)①提供給圖形顯示控件調(diào)用，用來(lái)形成該預(yù)測(cè)曲線圖，②為演化計(jì)算調(diào)用。③為用戶查詢輸出直接調(diào)用。
如表2所示為定點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中溫度變化實(shí)際測(cè)量表(這里代碼112代表溫度)，表3所示為根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用式(9)并單步外推計(jì)算結(jié)果。圖5為采用表2和表3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的預(yù)測(cè)曲線圖實(shí)施例。
表2定點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中溫度變化表

表3依據(jù)定點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)遞推的溫度預(yù)測(cè)數(shù)掘


3-3.參數(shù)計(jì)算平衡系數(shù)隨溫度變化如下由Maier和Kelly給出的關(guān)系式log K＝A1+A2T+A3/T+A4logT+A5/T2(30)其中A1A5為常數(shù)，可以由已建立的參數(shù)表中對(duì)應(yīng)取得數(shù)值，T為開氏溫度。由(28)式可以計(jì)算出礦物-水反應(yīng)的活度積的值，代入(26)式，可以得到相應(yīng)礦物的飽和指數(shù)(SI)值。表4為SI值的計(jì)算數(shù)據(jù)舉例。
表4海水礦物飽和指數(shù)值(部分)

該數(shù)據(jù)①為演化計(jì)算調(diào)用②為用戶查詢輸出直接調(diào)用。
3-4.模擬演化參見圖3中的海水熱液混合元胞自動(dòng)機(jī)工作流程，具體如下步驟3-4-1系統(tǒng)初始化賦值；選擇元胞自動(dòng)機(jī)欲模擬的化學(xué)離子，設(shè)定演化過(guò)程的網(wǎng)格區(qū)域劃N×N，設(shè)定網(wǎng)格的大?。贿x擇初始單元狀態(tài)及位置；鄰居采用最Moore型最近鄰定義，根據(jù)式(13)確定每一元胞的鄰居組合；因?yàn)槌跏贾挥泻苌僖徊糠謫卧菬嵋簡(jiǎn)卧?，其他則是海水單元。設(shè)置0代表海水單元，1代表熱液?jiǎn)卧?。代表海水單元的元胞和代表熱液?jiǎn)卧脑謩e賦予初始溫度與初始化學(xué)離子濃度。分別確定單元代碼為0和為1的初始狀態(tài)參數(shù)值{γ(0)，S(0)，SI(0)}，為保存計(jì)算過(guò)程中的臨時(shí)變量，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)集合初值設(shè)定為P{u(0)，v(0)，Cγ(0)，Cs(0)}；這里的初值可以由隨機(jī)模式生成，也可以由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)取得；給出一定的水深h；設(shè)定Λ值。
步驟3-4-2以先行后豎的順序掃描自動(dòng)機(jī)模型，為每一個(gè)元胞單元按步驟1設(shè)定初值，如果元胞單元全部遍歷，則進(jìn)行步驟3，否則返回步驟1。
步驟3-4-3設(shè)定運(yùn)行結(jié)束條件(達(dá)到固定步長(zhǎng)或達(dá)到靜態(tài)，這里的靜態(tài)是指如果元胞所有領(lǐng)域都處于靜態(tài)。則該元胞在下一時(shí)刻將仍處于這種靜態(tài))；同時(shí)設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)，兩個(gè)相近元胞混合達(dá)到一致狀態(tài)的時(shí)間必須為每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的整數(shù)倍，由式(15)計(jì)算。
步驟3-4-4由于元胞自動(dòng)機(jī)的并行性，要計(jì)算元胞將來(lái)的值就必須有元胞現(xiàn)在和過(guò)去的值，所以需要定義3個(gè)數(shù)組保存元胞狀態(tài)值。在實(shí)際應(yīng)用中，元胞空間中的元胞個(gè)數(shù)是有限的，有4％的元胞屬于邊界，由于周期型空間與無(wú)限型空間最為接近，試驗(yàn)中可以采用周期型邊界條件，即在二維空間中，東西相接，南北相接。由于溫度，濃度等采用的是連續(xù)值的狀態(tài)變量，元胞狀態(tài)值有可能出現(xiàn)不合理的數(shù)值，因此為了避免這種情況，我們限定狀態(tài)值的最大上限組的值在(Pmax，Pmin)范圍內(nèi)，如果Pi＜Pmin，則取Pi＝Pmin，如果Pi＞Pmax則取Pi＝Pmax。
步驟3-4-5根據(jù)(16)、(17)和(18)式計(jì)算δm(t)值大小。
步驟3-4-6根據(jù)表1判斷δm(t)≥0.5是否成立，成立繼續(xù)執(zhí)行步驟7，否則轉(zhuǎn)入步驟9。
步驟3-4-7根據(jù)(19)計(jì)算隨機(jī)干擾因素v(x，y)(t+1)，設(shè)定干擾因子b的取值。聯(lián)合數(shù)據(jù)庫(kù)中已建的擴(kuò)散系數(shù)表中對(duì)應(yīng)溫度下欲模擬化學(xué)離子的擴(kuò)散系數(shù)值，以及步驟1中設(shè)定的Λ值，由(21)式計(jì)算出Tm的值，代入到式(5)中，確定α(i)11，(i＝0，1，L，n)的值。同理根據(jù)式(6)計(jì)算，確定α(i)21，α(i)22，(i＝0，1，L，n)的值。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中參數(shù)計(jì)算中已建的對(duì)應(yīng)的礦物活度積表，確定對(duì)應(yīng)的元胞的SI指數(shù)與元胞當(dāng)前溫度和濃度的關(guān)系，根據(jù)值域計(jì)算所得到的SI-T表，確定α(t)31，α(i)32，α(i)33，(i＝0，1，L，n)的值。從而確定了當(dāng)前元胞單元的系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣M在當(dāng)前演化步驟中的確定值。
步驟3-4-8由于元胞之間的化學(xué)組分濃度和溫度的不同，系統(tǒng)就開始了熱量交換，擴(kuò)散，沉淀演化過(guò)程，所有的元胞按時(shí)間步長(zhǎng)根據(jù)式(2)運(yùn)算下一步驟的演化值。更新元胞狀態(tài)Pnew＝P(x，y)(t+1)，Pnew＝P(x，y)(t+1)。
步驟3-4-9依據(jù)下列規(guī)則判斷是否產(chǎn)生沉淀效果，即是否SI＞0成立。如果成立，液態(tài)元胞產(chǎn)生沉淀。為當(dāng)前單元分配與當(dāng)前液態(tài)元胞不同的顏色，如果為再次沉淀，則累加顏色值Cnew＝Cold+c，這里的c可以取值為10，如果為了圖形效果明顯，可以將c適當(dāng)增加，將當(dāng)前產(chǎn)生沉淀的元胞的位置，深度和顏色值，順次保存于相應(yīng)的矩陣Pdepostt＝{(x，y，z)，C}。
步驟3-4-10按順序掃描下一個(gè)元胞，直到遍歷整個(gè)元胞自動(dòng)機(jī)，每個(gè)元胞都需要每個(gè)元胞的變化都服從相同的規(guī)律，同步遍歷細(xì)胞空間中的每個(gè)元胞，重復(fù)進(jìn)行5-9步驟的演化過(guò)程。
步驟3-4-11判斷是否滿足運(yùn)行的程序結(jié)束條件，不滿足則返回步驟5繼續(xù)，如果滿足結(jié)束條件則進(jìn)行步驟9步驟3-4-12存儲(chǔ)最終數(shù)據(jù)P和P及Pdeposit的值至數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)表中供圖形可視化模塊調(diào)用，刪除臨時(shí)變量，釋放內(nèi)存空間和臨時(shí)表空間。
步驟3-4-13根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)圖形可視化描述模塊生成模擬演化過(guò)程圖。
注5.分析下一個(gè)組分或深度的元胞自動(dòng)機(jī)模擬過(guò)程，只需要重新設(shè)定初值即可，重新運(yùn)行自動(dòng)機(jī)模擬過(guò)程。
參見圖3，按照本發(fā)明的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法舉例說(shuō)明模擬熱液與海水混合后Mn離子的演化過(guò)程；(以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)定初值)步驟3-4-1初始值設(shè)置，演化模擬過(guò)程設(shè)定在400×400的正方形元胞網(wǎng)格中進(jìn)行，即共160000個(gè)元胞單元，每一個(gè)元胞代表10cm×10cm的熱液或海水單元，鄰居采用最Moore型最近鄰定義，根據(jù)式(13)確定每個(gè)元胞的鄰居組合；選擇中心點(diǎn)(301，300)為熱液點(diǎn)，其他單元均為海水單元，從而可以模擬熱液從中心向四周海水?dāng)U散的演化過(guò)程。熱液?jiǎn)卧蠱n離子的初始狀態(tài)參數(shù)設(shè)定為P{292.5，680，54}，其中溫度的單位為℃，濃度單位為μmol/kg，初始水深為h＝1900m，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)集合初值設(shè)定為P{6.632×10-1，132，142}，其中速度的單位為m/s，初始方向?yàn)橄虮边\(yùn)動(dòng)，即u4(t)＝6.632×10-1m/s。海水單元中Mn離子的初始狀態(tài)參數(shù)設(shè)定為{2，6.2，-12}，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)集合初值設(shè)定為P{0，v(x，y)(0)，0，0}，設(shè)置0代表海水單元，1代表熱液?jiǎn)卧?。設(shè)定Λm＝[1，1，1]T。
步驟3-4-2設(shè)定為先行后列的順序遍歷掃描順序，為每一個(gè)元胞按步驟1設(shè)定初值，如果元胞全部遍歷，則進(jìn)行步驟3，否則返回步驟1。
步驟3-4-3設(shè)定運(yùn)行結(jié)束條件為運(yùn)行至50000步結(jié)束(如果所有元胞都達(dá)到靜態(tài)，則視為達(dá)到運(yùn)行結(jié)束條件)。由式(15)設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)，聯(lián)合查詢擴(kuò)散系數(shù)表(根據(jù)已有數(shù)據(jù)預(yù)先存入數(shù)據(jù)庫(kù)中)，可以得到溫度為292.5℃的擴(kuò)散系數(shù)表取得DMn2+的值為14.31，代入式(15)中取整，可以得到步長(zhǎng)值為τ＝0.02s。
步驟3-4-4由于采用的是中心擴(kuò)散型，因此邊界采用采用周期型邊界條件，即在二維空間中，東西相接，南北相接后所得到的值仍為海水單元。根據(jù)值域計(jì)算中得到的Mn離子的最大上限值的范圍為Pmax＝{292.5，680，55}，下限值范圍為Pmin＝{2，2.2，-55}。判斷元胞目前狀態(tài)值是否在(Pmax，Pmin)范圍內(nèi)，如果Pi＜Pmin，則取Pi＝Pmin，如果Pi＞Pmax則取Pi＝Pmax。
步驟3-4-5根據(jù)(16)、(17)和(18)式計(jì)算δm(t)值大小。
步驟3-4-6根據(jù)表1判斷δm(t)≥0.5是否成立，成立繼續(xù)執(zhí)行步驟7，否則轉(zhuǎn)入步驟9。以熱液?jiǎn)卧?301，300)第一步演化過(guò)程值為例可以根據(jù)(17)式計(jì)算出p(θ)＝0.5，代入到(16)式中可以得到第一步演化時(shí)的u4(t)＝5.895×10-1，u1(t)＝u3(t)＝7.369×10-2，u7(t)＝u8(t)＝9.211×10-2，u2(t)＝u5(t)＝u6(t)＝0。
步驟3-4-7根據(jù)(19)計(jì)算隨機(jī)干擾因素v(x，y)(t+1)，設(shè)定干擾因子b＝0.1。聯(lián)合數(shù)據(jù)庫(kù)中已建的擴(kuò)散系數(shù)表中對(duì)應(yīng)溫度下欲模擬金屬離子的擴(kuò)散系數(shù)值，以及步驟1中設(shè)定的Λ值，由(21)式計(jì)算出Tm的值，代入到式(5)中，確定α(i)11，(i＝0，1，L，n)的值。同理根據(jù)式(6)計(jì)算，確定α(i)21，α(i)22，(i＝0，1，L，n)的值。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中參數(shù)計(jì)算中己建的對(duì)應(yīng)的礦物活度積表，確定在水深h＝1900m情況下對(duì)應(yīng)的元胞的SI指數(shù)與元胞當(dāng)前溫度和濃度的關(guān)系，根據(jù)值域計(jì)算所得到的SI-T表，確定α(i)31，α(i)32，α(i)33，(i＝0，1，L，n)的值。從而確定了當(dāng)前元胞系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣M在當(dāng)前演化步驟中的確定值。
步驟3-4-8由于元胞之間的化學(xué)組分濃度和溫度的不同，系統(tǒng)就開始了熱量交換，擴(kuò)散，沉淀演化過(guò)程，所有的元胞按時(shí)間步根據(jù)式(2)運(yùn)算下一步驟的演化值。更新元胞狀態(tài)Pnew＝P(x，y)(t+1)，Pnew＝P(x，y)(t+1)。
步驟3-4-9依據(jù)下列規(guī)則判斷是否產(chǎn)生沉淀效果，即是否SI＞0成立。如果成立，則產(chǎn)生沉淀。為當(dāng)前單元分配與液態(tài)元胞不同的初始顏色，設(shè)定為(255，255，Cold)，如果為再次沉淀，則累加顏色值Cnew＝Cold+c，這里的c可以取值為10，將當(dāng)前產(chǎn)生沉淀的元胞的位置，深度和顏色值，順次保存于相應(yīng)的矩陣Pdeposit＝{(x，y，z)，C}。
步驟3-4-10按順序掃描下一個(gè)元胞，直到遍歷整個(gè)元胞自動(dòng)機(jī)，每一元胞的變化都服從相同的規(guī)律，同步遍歷細(xì)胞空間中的每個(gè)元胞進(jìn)行5-9步驟的演化過(guò)程。
步驟3-4-11判斷是否滿足運(yùn)行的程序結(jié)束條件，不滿足則返回步驟5繼續(xù)，如果滿足結(jié)束條件則進(jìn)行步驟9步驟3-4-12存儲(chǔ)最終數(shù)據(jù)P和P及Pdeposit的值至數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)表中供圖形可視化模塊調(diào)用，刪除臨時(shí)變量，釋放內(nèi)存空間和臨時(shí)表空間。
步驟3-4-13根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)圖形可視化描述模塊生成模擬演化過(guò)程圖。程序結(jié)束。
表5元胞(301，300)Mn離子在前20步演化的狀態(tài)值P和P


參見圖4-圖8，各圖所表示的具體內(nèi)容是圖4為熱液沉淀物黃鐵礦在空間分布圖實(shí)例。是根據(jù)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間坐標(biāo)及其所含組分沉淀物含量大小經(jīng)過(guò)必要的插值處理生成的幾何三維分布圖，呈現(xiàn)煙囪體結(jié)構(gòu)，顏色的深淺表示不同的含量，其中z軸表示海水深度，x軸和y軸代表經(jīng)度及緯度。
圖5為海底熱液活動(dòng)探測(cè)某定點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)曲線圖實(shí)例。是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)模型繪出的隨時(shí)間變化某一采集點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)圖，圖中虛線相交處顯示的為該點(diǎn)的具體信息。
圖6為元胞為Mn離子的元胞自動(dòng)機(jī)在運(yùn)行500步的濃度演化圖實(shí)例。其中黑色背景代表未參加熱液海水混合交換過(guò)程的海水單元，彩色的小點(diǎn)代表經(jīng)過(guò)熱液海水的混合的元胞狀態(tài)及位置分布，其溫度和濃度均發(fā)生改變，不同顏色代表濃度的變化趨勢(shì)。
圖7為元胞為Mn離子的元胞自動(dòng)機(jī)在運(yùn)行1000步的濃度演化圖實(shí)例。其中黑色代表未參加熱液海水混合交換過(guò)程的海水單元，彩色的小點(diǎn)代表經(jīng)過(guò)熱液海水的混合的元胞狀態(tài)狀態(tài)及位置分布，不同顏色代表濃度的變化趨勢(shì)，隨時(shí)間的增加，以最初始的熱液元胞為中心熱液海水混合范圍進(jìn)一步呈不規(guī)則形狀擴(kuò)大。
圖8為元胞為Mn離子的元胞自動(dòng)機(jī)在演化1500步時(shí)的沉淀圖實(shí)例。該圖顯示了隨時(shí)間變化，金屬離子沉淀作用的效果和位置，根據(jù)右側(cè)色標(biāo)所示，隨顏色加深標(biāo)明沉淀量增加，每一個(gè)小網(wǎng)格均代表一個(gè)元胞。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都會(huì)理解，在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)于上述實(shí)施例進(jìn)行修改，添加和替換都是可能的，其都沒(méi)有超出本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，所述的探測(cè)數(shù)據(jù)是由在大洋海底深度達(dá)6000m的海底熱液活動(dòng)成礦環(huán)境并適合大洋異常環(huán)境下，耐高溫高壓的物理化學(xué)傳感器所探測(cè)得到的原始探測(cè)數(shù)據(jù)，在此探測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理和信息管理包括如下步驟(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟將定義描述的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)和信息資源的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，并建立由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含有屬性數(shù)據(jù)表和空間數(shù)據(jù)表，其數(shù)據(jù)表被賦予具有與描述的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)和信息資源的元數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的唯一特定含義；同時(shí)建立與空間數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)應(yīng)的臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；(二)建立熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型步驟從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中提取成礦數(shù)據(jù)，在模擬海底熱液流體與海水混合成礦系統(tǒng)的演化過(guò)程中，應(yīng)用熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型，演示相應(yīng)的海底熱液與海水混合成礦演變過(guò)程；所述的熱液海水混合元胞成礦自動(dòng)機(jī)模型定義如下A＝(Ld，P，N，f) (1)(1)式中A代表元胞自動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；Ld表示元胞空間，即熱液與海水存在的空間，其中d為正整數(shù)，表示元胞自動(dòng)機(jī)元胞空間的維數(shù)，其中，元胞代表熱液?jiǎn)卧?和海水單元；P表示元胞離散的狀態(tài)集合，{γ，s，SI}，其中狀態(tài)γ表示元胞溫度，狀態(tài)s表示元胞濃度，沉淀指數(shù)SI表示各個(gè)元胞混合后的沉淀效果；N表示鄰居，即所有鄰域內(nèi)的元胞組合；f表示演化規(guī)則，即根據(jù)元胞當(dāng)前狀態(tài)及其鄰居狀況，確定下一時(shí)刻該元胞狀態(tài)的規(guī)則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，這里n為元胞鄰居的個(gè)數(shù)，P(x，y)Na(t)為t時(shí)刻的鄰居狀態(tài)組合，即P(x，y)Na(t)＝[P1(t)，P2(t)，L，Pn(t)]T，P1(t)，(i＝0，1，2，L，n)為元胞鄰居的狀態(tài)；P(x，y)(t)∈R3為元胞(x，y)在時(shí)刻t具有的狀態(tài)；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)]為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的分量Mi(γ，s)∈R3×3為如下三角矩陣形式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為鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞影響的調(diào)節(jié)系數(shù)；vm(t)為鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞所受到的外界干擾和/或隨機(jī)干擾；Tm為與鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞混合后的水溫變化量；Ωm為鄰域內(nèi)第m個(gè)元胞的權(quán)值系數(shù)Ωj=a,j=1,2,3,40.75a,j=5,6,7,8---(7)]]>其中a為某一適合的正數(shù)；ξ為符號(hào)函數(shù)ξ=1,P(x,y)Na(t)>P(x,y)(t-1)-1,P(x,y)Na(t)≤P(x,y)(t-1)---(8)]]>根據(jù)已知的SI參數(shù)值確定α(i)31，α(i)32，α(i)33，(i＝0，1，L，n)的值；(三)計(jì)算更新演化步驟基于熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型，對(duì)海底熱液流體與海水混合成礦過(guò)程進(jìn)行模擬演化，將標(biāo)準(zhǔn)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行值域計(jì)算，預(yù)測(cè)計(jì)算，參數(shù)計(jì)算，存入相對(duì)應(yīng)的值域數(shù)據(jù)表、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)表、參數(shù)數(shù)據(jù)表中，將上述計(jì)算數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)用于和該元胞自動(dòng)機(jī)模型參數(shù)的更新；根據(jù)該元胞自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行演化更新，將演化過(guò)程生產(chǎn)的數(shù)據(jù)存入相對(duì)應(yīng)的演化數(shù)據(jù)表中；(四)圖形可視化描述步驟首先數(shù)據(jù)預(yù)處理，即選擇顯示數(shù)據(jù)，再分配坐標(biāo)軸，對(duì)該元胞自動(dòng)機(jī)模型的演化數(shù)據(jù)或其他欲顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)分配，確定全部參數(shù)，調(diào)用顯示控件，按需求顯示二維，或三維，或多維空間圖形；(五)查詢/調(diào)用/輸出步驟將上述(一)至(四)步驟的數(shù)據(jù)用于查詢，調(diào)用，輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟中的屬性數(shù)據(jù)，其包括全球熱液活動(dòng)區(qū)的①海區(qū)地理位置，②成礦類型，③探測(cè)航次，④地質(zhì)背景，⑤海底熱液活動(dòng)的物質(zhì)來(lái)源，⑥礦物類型及特征，⑦水深達(dá)6000m的海底熱液活動(dòng)的成礦環(huán)境下的化學(xué)參數(shù)，⑧涉及⑥和⑦屬性數(shù)據(jù)的溫度、濃度、擴(kuò)散速度、壓力數(shù)據(jù)參數(shù)，⑨數(shù)據(jù)的定性說(shuō)明，⑩礦物擴(kuò)散系數(shù)、反應(yīng)平衡系數(shù)、工具參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟中的空間數(shù)據(jù)，即根據(jù)地理分布和航次建立的空間坐標(biāo)；所述的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，所包含的屬性數(shù)據(jù)表，其表格要與空間數(shù)據(jù)表相對(duì)應(yīng)，同時(shí)該數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表被賦予具有與描述的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)和信息資源的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的唯一特定含義。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟中的將原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，是對(duì)來(lái)源不同、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同的原始數(shù)據(jù)，按照元數(shù)據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)格式規(guī)定，轉(zhuǎn)換為規(guī)范數(shù)據(jù)；所述的元數(shù)據(jù)是對(duì)原始數(shù)據(jù)的注解；再對(duì)該規(guī)范數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，存入臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中；再對(duì)臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；存入空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，是檢查數(shù)據(jù)的完整性和相容性的合法性校驗(yàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，是將臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行同構(gòu)處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的屬性數(shù)據(jù)表和空間數(shù)據(jù)表，在屬性數(shù)據(jù)表和空間數(shù)據(jù)表至少要保留用于對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)掛接的1-2個(gè)關(guān)鍵字段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的(三)計(jì)算更新演化步驟中的值域計(jì)算是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)確定其上下限，得出一定條件和環(huán)境下的參數(shù)變化范圍的邊界。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的(三)計(jì)算更新演化步驟中的參數(shù)計(jì)算是采用Pitzer理論計(jì)算SI值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的(三)計(jì)算更新演化步驟中的預(yù)測(cè)計(jì)算是對(duì)定點(diǎn)測(cè)量的熱液溫度數(shù)據(jù)和濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式z(t)＝AeBt(9)先用最小二乘法曲線擬合方法估計(jì)參數(shù)A和B，估計(jì)出某個(gè)z(t)后，再單步外推，即以該估計(jì)數(shù)據(jù)z(t)為已知，預(yù)測(cè)下個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，其特征在于所述的(四)圖形可視化描述步驟中的確定全部參數(shù)，調(diào)用顯示控件，按需求顯示二維，三維，多維空間圖形，其具體步驟如下A)根據(jù)需求，確定檢索類型，數(shù)據(jù)范圍，圖形維數(shù)和通道個(gè)數(shù)；B)根據(jù)已建好的模板或自定義的坐標(biāo)軸，確定比例，建立坐標(biāo)系；C)根據(jù)需求，匹配多通道和分配顏色或顯示方式，或根據(jù)需求，分配色度深淺，坐標(biāo)點(diǎn)大小，顯示參數(shù)的多維屬性；D)將上述數(shù)據(jù)傳遞給圖形顯示控件，生成空間圖形。
全文摘要
本發(fā)明的海底熱液活動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)處理和信息管理方法，是對(duì)在大洋海底熱液活動(dòng)成礦環(huán)境下，經(jīng)耐高溫高壓的物理化學(xué)傳感器所探測(cè)得到的原始探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理的步驟(一)導(dǎo)入/存儲(chǔ)建立步驟；(二)建立熱液流體與海水混合沉積成礦元胞自動(dòng)機(jī)模型步驟；(三)計(jì)算更新演化步驟；(四)圖形可視化描述步驟；(五)查詢/調(diào)用/輸出步驟。該方法構(gòu)建的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠縱向和橫向?qū)Ρ妊芯坎煌瑯?gòu)造環(huán)境下熱液系統(tǒng)的特點(diǎn)，從全局去把握熱液活動(dòng)的本來(lái)面目，能夠更好的滿足的研究熱液活動(dòng)對(duì)海洋環(huán)境、大洋成礦作用影響的特殊要求。應(yīng)用本發(fā)明的熱液流體與海水混合沉積成礦模型，可以繪制出相應(yīng)的熱液流體與海水混合沉積成礦演變過(guò)程圖。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1804827SQ200610042079
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2006年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月14日
發(fā)明者唐功友, 曹志敏, 王海紅, 孫亮, 高延銘 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)