本發(fā)明涉及深海資源開發(fā)，尤其涉及深海多金屬結核試采擾動對底棲生態(tài)系統(tǒng)的損害評估系統(tǒng)。

背景技術：

1、深海多金屬結核作為一種重要的海洋礦產(chǎn)資源，近年來受到全球關注。隨著科技的進步和海洋資源開發(fā)需求的不斷增加，深海結核的開采逐漸成為一種可行的礦產(chǎn)資源開發(fā)方式。然而，深海結核的試采活動可能會對海洋底棲生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的破壞。底棲生物作為深海生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其生長環(huán)境受到水流、沉積物、溫度、鹽度等多種因素的影響。隨著采礦活動的進行，試采區(qū)域可能出現(xiàn)水流模式變化、沉積物擾動及生物棲息地的改變，這些變化可能導致物種豐度減少、群落結構失衡以及生態(tài)功能的喪失。

2、當前，針對深海礦產(chǎn)資源開采的生態(tài)影響評估主要依賴于傳統(tǒng)的監(jiān)測和評估方法，這些方法通?；诮?jīng)驗或簡化的生態(tài)模型進行定性分析，缺乏對試采擾動的精確預測和動態(tài)評估，大多數(shù)評估方法難以提供實時的、全面的生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，導致無法及時發(fā)現(xiàn)和應對試采活動中可能出現(xiàn)的生態(tài)風險，現(xiàn)有的擾動模擬方法大多側重于單一的生態(tài)因素，忽略了水流、沉積物再懸浮及棲息地變化等多種因素的相互作用。因此，現(xiàn)有技術在深海多金屬結核試采活動的生態(tài)損害評估中，無法實現(xiàn)對采礦活動的綜合性、動態(tài)性和高精度的影響評估，難以為決策者提供可靠的管理依據(jù)和應對策略。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了深海多金屬結核試采擾動對底棲生態(tài)系統(tǒng)的損害評估系統(tǒng)。

2、深海多金屬結核試采擾動對底棲生態(tài)系統(tǒng)的損害評估系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、生態(tài)基線模型構建模塊、擾動模擬模塊、生態(tài)影響評估模塊、決策支持模塊、反饋學習模塊和可視化模塊，其中；

3、所述數(shù)據(jù)采集模塊通過傳感器網(wǎng)絡和遙感技術實時監(jiān)測試采區(qū)域的生態(tài)數(shù)據(jù)，包括溫度、鹽度、沉積物特性、生物群落結構和生物多樣性；

4、所述生態(tài)基線模型構建模塊利用歷史生態(tài)數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的生物多樣性信息，構建試采區(qū)域的生態(tài)基線模型，用于對比評估采礦擾動前后的生態(tài)變化；

5、所述擾動模擬模塊采用數(shù)值模擬方法對不同試采方案的擾動進行預測，包括對水流模式的變化、沉積物再懸浮和生物棲息地的影響，從而評估不同試采方案的擾動對生態(tài)功能的潛在影響；

6、所述生態(tài)影響評估模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的生態(tài)數(shù)據(jù)和擾動模擬模塊的輸出，構建評估模型，評估采礦活動對底棲生物的影響，包括物種豐度、群落結構變化和生態(tài)功能喪失；

7、所述決策支持模塊基于生態(tài)影響評估模塊的評估結果，提供建議和管理策略，以降低采礦活動對生態(tài)系統(tǒng)的損害，建議和管理策略包括調(diào)節(jié)采礦強度和時間窗口，制定生態(tài)恢復措施；

8、所述反饋學習模塊收集試采后的生態(tài)數(shù)據(jù)，通過梯度提升機算法對評估模型進行迭代更新，提高評估精度和適應性；

9、所述可視化模塊用于將實時監(jiān)測的生態(tài)數(shù)據(jù)和評估結果以可視化形式呈現(xiàn)。

10、可選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括：

11、布置傳感器網(wǎng)絡，選擇試采區(qū)域內(nèi)的多個監(jiān)測點，配置水溫和鹽度傳感器，確保傳感器間距不超過50米，以便實現(xiàn)高密度數(shù)據(jù)采集，通過水溫和鹽度傳感器連續(xù)監(jiān)測水體的溫度數(shù)據(jù)和鹽度數(shù)據(jù)；

12、采用沉積物采樣技術，在試采區(qū)域內(nèi)隨機選擇多個采樣點，使用沉積物取樣管，按照分層采樣的方法收集沉積物樣本，對采集的沉積物樣本進行實驗室分析，包括粒度分布、化學成分（如重金屬含量、養(yǎng)分含量）和有機質(zhì)含量，以獲取沉積物特性數(shù)據(jù)；

13、進行生物多樣性調(diào)查，采用標準的樣地調(diào)查方法，在每個樣地內(nèi)，記錄所有觀察到的物種及其個體數(shù)量，并使用物種識別手冊進行物種分類；

14、通過生物群落結構分析，使用多樣性指數(shù)（如香農(nóng)指數(shù)）評估各樣地的物種多樣性，同時計算群落均勻度，分析不同物種在生態(tài)系統(tǒng)中的相對分布；

15、將采集到的生態(tài)數(shù)據(jù)（包括水溫、鹽度、沉積物特性、生物多樣性和生物群落結構）傳輸至預設的中央處理單元，確保數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，以便進行后續(xù)處理，在中央處理單元中，建立一個綜合數(shù)據(jù)存儲庫，整合來自不同傳感器和樣地的生態(tài)數(shù)據(jù)。

16、可選的，所述生態(tài)基線模型構建模塊具體包括：

17、收集歷史生態(tài)數(shù)據(jù)，包括試采區(qū)域以往的生物多樣性調(diào)查結果、物種豐度、群落結構、沉積物特性、水溫、鹽度數(shù)據(jù)；

18、整合現(xiàn)有的生物多樣性信息，匯總來自區(qū)域性或全球數(shù)據(jù)庫的物種分布和生態(tài)功能數(shù)據(jù)，包括現(xiàn)有物種清單和棲息地類型的分布數(shù)據(jù)；

19、利用數(shù)據(jù)采集模塊提供的實時生態(tài)數(shù)據(jù)，對試采區(qū)域內(nèi)不同深度和地形條件下的生態(tài)環(huán)境進行精細化分析，確保將深度梯度、地形特征（如坡度、海底結構等）納入模型考慮范圍；

20、基于歷史生態(tài)數(shù)據(jù)和實時生態(tài)數(shù)據(jù)，采用支持向量機回歸算法構建生態(tài)基線模型；

21、進行模型驗證，通過與試采區(qū)域周邊或其他已知區(qū)域的生態(tài)數(shù)據(jù)進行對比分析，評估模型的準確性和有效性。

22、可選的，所述擾動模擬模塊具體包括：

23、選擇數(shù)值模擬方法，建立三維海洋環(huán)流模型，對試采區(qū)域的水流模式進行數(shù)值模擬；

24、在三維海洋環(huán)流模型中，模擬不同試采方案（如采礦強度、采礦時間、采礦區(qū)域等）對水流模式的影響，包括對海水流速、流向以及水體溫度和鹽度；

25、根據(jù)模擬結果，分析不同試采方案對水流模式的影響，包括流速的變化、渦旋的生成和水流的湍流性；

26、評估水流擾動對生態(tài)系統(tǒng)的影響，通過分析水流模式的變化，評估其對水生生物棲息地的影響。

27、可選的，所述擾動模擬模塊還包括：

28、選擇數(shù)值模擬方法，采用k-ε湍流模型模擬沉積物的再懸浮過程；

29、在k-ε湍流模型模擬沉積物的再懸浮過程中設置不同試采方案的擾動源，例如試采時的底部擾動、水流速度的變化等，模擬不同擾動源下，沉積物顆粒的再懸浮情況，通過模擬采礦作業(yè)的不同強度、作業(yè)深度和采礦方式，預測不同試采方案對沉積物顆粒的再懸浮程度；

30、通過k-ε湍流模型模擬沉積物在水流中再懸浮的過程，分析不同試采方案對底棲生物棲息地的影響。

31、可選的，所述生態(tài)影響評估模塊包括：

32、收集數(shù)據(jù)采集模塊采集的生態(tài)數(shù)據(jù)，包括溫度、鹽度、沉積物特性、生物群落結構以及生物多樣性數(shù)據(jù)；

33、收集擾動模擬模塊的輸出數(shù)據(jù)，包括對水流模式變化、沉積物再懸浮過程和生物棲息地變化的模擬結果；

34、構建評估模型，通過將數(shù)據(jù)采集模塊的生態(tài)數(shù)據(jù)與擾動模擬模塊的輸出結合，建立綜合評估框架；

35、根據(jù)評估模型，設置多個生態(tài)評估指標，包括物種豐度變化、群落結構變化和生態(tài)功能喪失；

36、根據(jù)評估模型的輸出結果，生成詳細的生態(tài)影響報告，報告包括對底棲生物群落、物種豐度和生態(tài)功能的定量評估。

37、可選的，所述決策支持模塊具體包括：

38、接收生態(tài)影響評估模塊的評估結果，評估結果包括采礦活動對底棲生態(tài)系統(tǒng)的影響分析，涵蓋物種豐度變化、群落結構變化、沉積物擾動以及生態(tài)功能喪失；

39、根據(jù)評估結果，設定具體的決策目標，如最小化生態(tài)功能喪失、保持生物多樣性、優(yōu)化底棲生物棲息地等，同時，設定約束條件，包括采礦過程中的生態(tài)安全要求、采礦強度、資源消耗以及環(huán)境保護標準；

40、提供調(diào)節(jié)采礦強度和時間窗口的管理策略，根據(jù)生態(tài)影響評估結果，分析不同采礦強度和時間窗口對底棲生態(tài)系統(tǒng)的影響，提出優(yōu)化方案；

41、根據(jù)生態(tài)影響評估結果，提出適合的生態(tài)恢復方案，以修復采礦活動帶來的生態(tài)破壞；

42、提供反饋機制和動態(tài)調(diào)整方案，基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和后期評估結果，調(diào)整管理策略；

43、決策支持模塊生成詳細的決策建議報告，報告包括采礦強度調(diào)節(jié)方案、時間窗口優(yōu)化方案和生態(tài)恢復措施。

44、可選的，所述反饋學習模塊具體包括：

45、試采后，反饋學習模塊接收來自數(shù)據(jù)采集模塊實時監(jiān)測的生態(tài)數(shù)據(jù)；

46、對收集到的試采后的生態(tài)數(shù)據(jù)進行預處理，包括數(shù)據(jù)清洗、噪聲去除和缺失值填充；

47、根據(jù)試采后數(shù)據(jù)的特點和生態(tài)影響評估任務的需求，選擇梯度提升機算法進行評估模型的迭代更新；

48、將迭代更新后的評估模型反饋給生態(tài)影響評估模塊，實現(xiàn)動態(tài)更新；

49、根據(jù)更新后的評估模型，調(diào)整采礦活動的管理策略和生態(tài)恢復措施。

50、可選的，所述可視化模塊具體包括：.

51、可視化模塊接收來自數(shù)據(jù)采集模塊的實時生態(tài)數(shù)據(jù)，包括溫度、鹽度、沉積物特性、生物群落結構和生物多樣性數(shù)據(jù)；

52、可視化模塊從生態(tài)影響評估模塊接收基于生態(tài)數(shù)據(jù)和擾動模擬結果的評估輸出數(shù)據(jù)，包括物種豐度、群落結構變化和生態(tài)功能喪失；

53、將實時監(jiān)測的生態(tài)數(shù)據(jù)與評估結果進行整合，形成綜合的數(shù)據(jù)視圖；

54、根據(jù)數(shù)據(jù)的特點和展示需求，選擇可視化方法，包括熱力圖、物種分布圖、群落結構圖、柱狀圖、折線圖和時間序列圖；

55、可視化模塊提供交互式界面，支持決策者和相關人員動態(tài)查看和操作數(shù)據(jù)。

56、本發(fā)明的有益效果：

57、本發(fā)明，通過數(shù)據(jù)采集模塊、擾動模擬模塊和生態(tài)影響評估模塊的緊密協(xié)作，實現(xiàn)了深海多金屬結核試采區(qū)域的實時生態(tài)監(jiān)測和動態(tài)評估。數(shù)據(jù)采集模塊利用傳感器網(wǎng)絡和遙感技術實時監(jiān)測生態(tài)環(huán)境參數(shù)，如溫度、鹽度、沉積物特性及生物群落結構，為擾動模擬和評估提供精準、時效性強的數(shù)據(jù)支持。通過擾動模擬模塊的數(shù)值預測，結合生態(tài)影響評估模塊的分析，能夠及時評估采礦活動對底棲生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響，確保生態(tài)保護決策及時而準確。

58、本發(fā)明，依托決策支持模塊，能夠基于生態(tài)影響評估結果提供科學的管理策略和優(yōu)化建議，包括調(diào)節(jié)采礦強度、調(diào)整采礦時間窗口及制定相應的生態(tài)恢復措施。通過可視化模塊，決策者可以直觀地理解和分析生態(tài)影響，快速識別潛在的生態(tài)損害風險，從而制定合理的采礦計劃和生態(tài)恢復方案，以最大程度地降低試采活動對底棲生物和生態(tài)環(huán)境的損害。

59、本發(fā)明，反饋學習模塊采用梯度提升機算法對試采后的生態(tài)數(shù)據(jù)進行實時學習和迭代更新。該模塊通過對試采后的新生態(tài)數(shù)據(jù)進行分析，優(yōu)化評估模型的精度和適應性，從而實現(xiàn)長期的動態(tài)監(jiān)測和實時評估。通過這種持續(xù)更新和自適應調(diào)整，系統(tǒng)可以根據(jù)采礦過程中的變化及時調(diào)整模型和評估策略，為未來的采礦活動提供更加精準的生態(tài)影響評估，確保生態(tài)保護措施的科學性和有效性。