【摘要】：二十一世纪是海洋的世纪，辽阔的海洋蕴藏着丰富的资源，世界各国正在围绕大洋海底矿产资源的调查和开发开展激烈的竞争。海底热液区域因其蕴藏的大量的矿产资源和生物资源，已经成为各国海洋调查和研究的重要方面。海底热液通过独特结构的烟囱体喷口，源源不断的将岩浆与海水混合的高温热流喷发至海水中，使得海底岩石圈和海水之间产生了复杂的热量和化学组分交换过程，这一交换过程涉及众多科学问题，譬如，热量输出通量和物质输出通量，热液成矿作用的成矿条件和成矿速率，热液区域潮汐作用、构造作用、岩浆作用和地震等地质作用对热液系统的影响，以及热液区域生物族群与热液环境的关系等。要深入的开展这些研究，需要获取最基本、最重要的一个参数就是热液流速流场。 海底热液流速的测量作为热液研究的一个重要方面，经历了由单点流速测量到测量截面流速，由接触式向非接触式的发展过程。单点流速测量方法获得的数据的研究价值和实用价值具有一定的局限性，其测量装置介入热液区域对热液流场产生干扰，此外特殊的高温和地质环境对仪器设备使用寿命和观测效果有着较大影响，目前开展的热液流速测量主要是非接触式方法，包括基于声学技术的热液测速方法和基于光学成像的热液测速方法。虽然通过努力获取到了一些热液测速的数据，但总体而言对海底热流流速的研究仍然较少，本文围绕着国家从近海走向深海的战略目标，针对我国开展海底热液研究工作比国外发达国家起步较晚，在基于光学成像的高分辨率海底热液流速流场观测方面尚处于空白的现状，开展热液喷口流速流场的图像测速方法研究，为我国开展海底热液能量输出通量等热液的有关研究提供原始资料和科学依据。 本文分析了海底热液喷发时热液的流体力学性质，根据热液产生的机制和其流体力学的性质构建了热液喷发模拟仿真装置，在热液喷发模型的基础上构建光学成像与图像采集系统，选取石墨粒子和炭黑作为示踪粒子模拟热液，完成整体系统集成并制定详细的实验方案，使用两种模拟热液分别进行热液喷发仿真，获得了高质量的模拟热液的图像序列，验证了基于光学成像方法在海底热液流速监测的可行性。 本文通过对图像测速的常用分析算法分析，介绍了基于灰度的匹配方法、相位相关法和时空互相关法的流速测量算法，并应用MATLAB语言对上述三种算法进行了测速软件实施，使用所开发的测速软件对采集到的图像进行分析处理，分析结果表明基于灰度的匹配方法得到的流速流场与理论流场分布最相似，并通过将灰度匹配测速软件对海底热液图像进行分析处理，结果表明灰度匹配法的准确性和实用性较高，更加适用于热液喷口流速流场的图像测速方法。通过对美国ROV采集的热液喷口图像视频进行实际分析，表明本文所提出的方法具有较好的实用性。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP391.41;P738
【参考文献】
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本文编号：
2777155
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