(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211392552.2 (22)申请日 2022.11.08 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 葛勇强　陈家旺　张春月　艾景坤　 张培豪　 (74)专利代理 机构 北京方圆嘉 禾知识产权代理 有限公司 1 1385 专利代理师 程华 (51)Int.Cl. G01B 7/16(2006.01) G01D 21/02(2006.01) H04Q 9/00(2006.01) (54)发明名称 一种海底浅表层天然气水合物区域地形形 变监测系统 (57)摘要 本发明公开了一种海底浅表层天然气水合 物区域地形形变监测系统， 涉及海底环境监测技 术领域， 该系统包括： 立体监测网络、 水下控制中 心、 远程传输单元 以及离岸智 能预测中心； 立体 监测网络用于采集监测阵列数据； 水下控制中心 用于获取监测阵列数据以及输出监测阵列工作 指令； 远程传输单元用于将水下控制中心发送的 监测阵列数据传输至离岸智能预测中心； 离岸智 能预测中心用于根据监测阵列数据， 重构海底浅 表层天然气水合物区域地形以及预测海底浅表 层天然气水合物区域地形趋势。 本发 明能够实现 海底浅表层天然气水合物开采环境的监测。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115540740 A 2022.12.30 CN 115540740 A 1.一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特征在于， 包括： 立体监测 网络、 水下控制中心、 远程传输单 元以及离岸 智能预测中心； 所述立体监测网络包含多条监测阵列， 分别为水平阵列和垂直阵列； 所述水平阵列与 海底浅表层表面平行铺设， 所述垂直阵列贯入海底浅表层内进行铺设， 所述监测阵列由多 个监测节点组网连接； 所述立体监测网络用于获取监测阵列数据； 所述监测阵列数据为监 测节点坐标信息以及所述 监测节点所处的环境信息； 所述水下控制中心， 用于： 获取所述监测阵列数据； 输出监测阵列工作指令； 所述监测阵列工作指令用于实现监测阵列的时间 同步以及控 制监测阵列的工作模式； 所述远程传输单元， 用于将所述水下控制中心发送的监测阵列 数据传输至所述离岸智 能预测中心； 所述离岸智能预测中心用于根据所述监测阵列 数据， 重构海底浅表层天然气水合物区 域地形以及预测海底浅表层天然气水合物区域 地形趋势。 2.根据权利要求1所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 所述监测节点包括形变量监测单元和非形变量监测单元； 所述形变量监测单元包 括三轴加速度计、 三轴陀螺仪和三轴电子罗盘， 所述形变量监测单元用于获取监测节点坐 标信息； 所述 非形变量监测单元包括压力传感器、 温度传感器和甲烷浓度传感器， 所述 非形 变量监测单元用于获取 所述监测节点所处的环境信息 。 3.根据权利要求1所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 所述监测阵列的工作模式分为自动高频采集模式、 自动低频采集模式、 手动采集模 式和休眠模式； 其中， 所述自动高频采集模式和所述自动低频采集模式用于海底浅表层天 然气水合物 区域内地形 的长期监测； 所述手动采集模式用于在科学考察期间， 对海底浅表 层天然气水合物区域内地形的进 行针对性监测； 休眠模式用于数据传输和监测阵列时间同 步。 4.根据权利要求1所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 所述远程传输单元通过水密缆连接所述水下控制中心的控制电路； 所述远程传输 单元通过无线通讯与离岸 智能预测中心实现信息交换。 5.根据权利要求3所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 所述远程传输中心包括第一中继和 第二中继； 所述远程传输单元包括三段线路， 其 中， 第一线路为所述第一中继与所述水下控制中心直接相连的水密缆， 第二线路为所述第 一中继与所述第二中继相连的脐带缆， 第三线路为所述第二中继与所述离岸智能预测中心 进行信息交 互的无线通讯。 6.根据权利要求1所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 所述离岸智能预测中心内设置有目标预测模型； 所述 目标预测模型为海底浅表层 天然气水合物区域 地形形变预测模型； 所述目标 预测模型， 用于： 对预处理后的监测阵列数据进行处理， 得到趋势分量矩阵、 空间分量矩阵和环境分量 矩阵；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115540740 A 2根据所述空间分量矩阵重构海底浅表层天然气水合物区域 地形； 根据所述趋势分量矩阵和环境分量矩阵预测海底浅表层天然气水合物区域 地形趋势。 7.根据权利要求6所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 在所述 监测阵列数据预处 理方面， 所述目标 预测模型用于： 对所述监测阵列数据进行缺失值处 理； 对缺失值处理后的监测阵列 数据进行超范围剔除处理； 所述超范围为超出监测阵列中 传感器采集的范围； 对超范围剔除处 理后的监测阵列数据进行异常值剔除处 理； 对异常值剔除处 理后的监测阵列数据进行去噪处 理， 得到预处 理后的监测阵列数据。 8.根据权利要求6所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 在所述对预 处理后的监测阵列数据进行 处理， 得到趋势分量矩阵、 空间分量矩阵和 环境分量矩阵的方面， 所述目标 预测模型， 用于： 根据第一数据， 确定趋势分量矩阵； 所述第一数据为第一时刻预处理后的监测阵列数 据中的监测节点坐标信息以及第二时刻预 处理后的监测阵列数据中的监测节点坐标信息； 所述第一时刻为所述第二时刻的上一时刻； 根据所述第一数据， 确定空间分量矩阵； 根据第二数据， 确定环境分量矩阵； 所述第二数据为预处理后的监测阵列数据中的所 述监测节点所处的环境信息 。 9.根据权利要求6所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 所述趋势分量矩阵有多个元素组成； 所述元素表示任一监测阵列中任一监测节点 所在位置的地形变化趋势； 其中， 下一时刻t+1的趋势分量矩阵中的元素 等于当前时刻t对应元素 当前时 刻t斜率 与下一时刻t+1随机分量 之和； 下一时刻t+1斜率 等于当前时刻t斜率 与下一时刻t+1随机分量 之和。 10.根据权利要求6所述的一种 海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统， 其特 征在于， 在所述根据所述趋势分量矩阵和环境分量矩阵预测海底浅表层天然气水合物区域 地形趋势的方面， 所述目标 预测模型， 用于： 根据所述趋势分量矩阵， 初步确定海底浅表层天然气水合物区域 地形趋势； 根据所述环境分量矩阵对初步确定的海底浅表层天然气水合物区域地形趋势进行修 正， 最终得到预测的海底浅表层天然气水合物区域 地形趋势。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115540740 A 3