近日，我院刘秀全教授团队安全科学与工程学科博士研究生胡晓宇在深海采矿隔水管动态响应观测方面取得重要进展，相关研究成果《有限监测数据下深海采矿隔水管系统动态响应观测方法》（Dynamic response observation methods for deep-sea mining riser system with limited monitoring data）发表在《Ocean Engineering》。《Ocean Engineering》是海洋工程领域的国际顶级期刊，目前影响因子为5.5。论文第一作者为刘秀全教授，通讯作者为刘秀全教授，WilliamHill中文官方网站为第一署名单位和通讯单位。该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。
深海采矿隔水管是连接水下中继站与水面采矿船的关键输运通道，长期服役中持续承受波流联合作用和船体运动等复杂载荷，极易发生结构损伤甚至断裂失效。准确获取隔水管系统在全水深条件下的动态响应，是保障深海采矿作业安全的基本前提和关键支撑。然而，深海环境对传感器安装、密封、供电及长期可靠运行提出了严苛要求，沿隔水管全长密集布设监测点不仅经济成本高昂，而且极有可能干扰正常采矿作业。实测数据通常仅局限于顶部或底部的少数离散测点，难以直接、全面地刻画隔水管全长的位移、弯矩和应力分布。
针对上述难题，本研究提出了一种基于自适应超参数优化与多尺度时序特征融合的深海采矿隔水管动态响应实时观测方法。首先，建立了水下中继站-隔水管-采矿船耦合系统动力学模型，通过数值模拟生成了多工况响应数据库。其次，以有限的顶部监测数据作为输入特征，构建了时序卷积网络（TCN）与门控循环单元（GRU）混合模型，建立了稀疏顶部观测与隔水管全局响应之间的映射关系。进一步引入鲸鱼优化算法（WOA）对关键超参数进行自适应全局优化，克服了人工调参泛化能力不足的局限。
通过缩比水池实验对该方法进行了验证。结果表明，数值模拟与实验的最大相对误差为12.8%，验证了仿真数据库的可靠性。在多数实验工况下，模型预测的全长应变分布与实测值的决定系数R²超过0.9193。该方法仅利用顶部有限监测信息即可实时估计隔水管全局响应，为深海采矿隔水管的在线安全监测提供了新的技术路径。未来工作将聚焦于不规则波浪和随机船体运动等更贴近实际海况条件下的实验验证，以及全尺寸深海采矿现场实测数据的检验。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0029801826037418?via%3Dihub
