摘要：多波束測(cè)深系統(tǒng)作為現(xiàn)代海洋探測(cè)的重要工具，廣泛應(yīng)用于海洋資源勘探、環(huán)境保護(hù)和海底工程建設(shè)等領(lǐng)域。由于海底地形復(fù)雜，傳統(tǒng)測(cè)線布設(shè)常面臨數(shù)據(jù)冗余高、漏測(cè)率大等挑戰(zhàn)，影響測(cè)深效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。文章通過(guò)構(gòu)建幾何模型，結(jié)合遺傳算法對(duì)測(cè)線布設(shè)方案進(jìn)行優(yōu)化，提出了一種綜合最小化測(cè)線總長(zhǎng)度、降低重疊率和減少漏測(cè)的航線規(guī)劃方法。遺傳算法通過(guò)模擬自然選擇和基因變異，逐步優(yōu)化航線布設(shè)，實(shí)現(xiàn)了低漏測(cè)率、最短航線和低重疊率的多目標(biāo)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該優(yōu)化方案顯著提高了測(cè)深覆蓋率和數(shù)據(jù)采集精度，有效減少了航線冗余，提升了系統(tǒng)在復(fù)雜海域的探測(cè)能力和穩(wěn)定性。該研究為海洋測(cè)繪和大規(guī)模海底地形勘探提供了有力支持，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：多波束測(cè)深系統(tǒng)；測(cè)線布設(shè)；幾何模型；遺傳算法；航線優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）15-0043-03

0引言

多波束測(cè)深技術(shù)是現(xiàn)代海洋探測(cè)領(lǐng)域的重要手段，能夠通過(guò)發(fā)射多個(gè)聲波束高效覆蓋海底區(qū)域，獲取精準(zhǔn)的水深數(shù)據(jù)。這項(xiàng)技術(shù)在海洋資源勘探、環(huán)境保護(hù)和海底工程建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用，特別是在復(fù)雜地形的勘測(cè)中，其優(yōu)勢(shì)尤為顯著。

然而，現(xiàn)有優(yōu)化方法在一定程度上忽視了測(cè)區(qū)地形復(fù)雜性的影響，且在航線設(shè)計(jì)過(guò)程中存在航線不連續(xù)性和數(shù)據(jù)冗余等局限性，限制了其在復(fù)雜地形中的應(yīng)用效果。因此，如何在保證測(cè)量精度的同時(shí)，提高測(cè)線布設(shè)方案的效率和連貫性，成為當(dāng)前研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種新的航線布設(shè)優(yōu)化方案。綜合考慮測(cè)區(qū)地形特征、測(cè)深系統(tǒng)性能和作業(yè)環(huán)境等因素，構(gòu)建了基于幾何模型的優(yōu)化框架，并結(jié)合遺傳算法對(duì)測(cè)線布設(shè)方案進(jìn)行求解。該方案有助于提升測(cè)量精度和數(shù)據(jù)質(zhì)量，優(yōu)化復(fù)雜海底地形下的航線布局，為高效、精準(zhǔn)的海底地形勘探提供可靠保障。

1多波束測(cè)深概述

多波束測(cè)深系統(tǒng)（MultibeamEchoSounder，MBES），也稱(chēng)多波束測(cè)深儀或條帶聲吶，是一種高集成度、復(fù)雜的系統(tǒng)。它融合了現(xiàn)代信號(hào)處理、高性能計(jì)算、高分辨率顯示、精確導(dǎo)航定位和數(shù)字化傳感器等先進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于海底地形測(cè)量。

該系統(tǒng)具備高效、全面的測(cè)量能力，能夠以較低成本和較短時(shí)間獲取大面積區(qū)域的詳細(xì)水深數(shù)據(jù)。此外，它還利用三維成像技術(shù)實(shí)時(shí)展示海底地形特征，增強(qiáng)了海洋調(diào)查與工程建設(shè)的可視化效果。多波束測(cè)深系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于海洋勘探、港口建設(shè)、海底電纜鋪設(shè)、漁業(yè)資源調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，為相關(guān)研究提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的完整性和作業(yè)效率，多波束測(cè)深系統(tǒng)通常要求測(cè)線之間的重疊率控制在10%至20%之間。然而，由于海底地形的復(fù)雜多變，測(cè)線間距的設(shè)置面臨諸多挑戰(zhàn)。過(guò)大的測(cè)線間距可能導(dǎo)致淺水或復(fù)雜地形區(qū)域漏測(cè)，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性；過(guò)小的測(cè)線間距則會(huì)產(chǎn)生大量冗余數(shù)據(jù)，增加后期數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度，降低作業(yè)效率。因此，如何優(yōu)化測(cè)線間距和航線布設(shè)，實(shí)現(xiàn)精度與效率的平衡，是多波束測(cè)深技術(shù)研究的核心問(wèn)題之一。

2模型建立

為實(shí)現(xiàn)低漏測(cè)率、最短航線和盡可能低的重疊率，本文采用幾何建模和遺傳算法對(duì)航線規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)幾何建模，準(zhǔn)確描述海域地形的空間特征和測(cè)深區(qū)域的覆蓋要求，為航線設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

使用MATLAB模擬出待測(cè)海域的地形圖和等深線，對(duì)海域數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像繪制，得到如圖1所示的地形視圖和圖2所示的鳥(niǎo)瞰圖。

如圖5展示優(yōu)化后的測(cè)線空間分布情況。圖6展示航線布設(shè)對(duì)地形的覆蓋效果，絕大多數(shù)區(qū)域得到有效覆蓋，重疊區(qū)域適當(dāng)。優(yōu)化結(jié)果表明，漏測(cè)率降至0.2%，測(cè)線總長(zhǎng)度為104365.4米，重疊率超過(guò)20%的測(cè)線長(zhǎng)度為7491.5米。結(jié)果顯示，遺傳算法有效降低了漏測(cè)率和重疊率，優(yōu)化了航線總長(zhǎng)度，提高了測(cè)量效率和精度。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)構(gòu)建幾何模型，結(jié)合遺傳算法對(duì)多波束測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)線布設(shè)方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以最小化航線總長(zhǎng)度、降低漏測(cè)率和重疊率為目標(biāo)，優(yōu)化了測(cè)線的間距和角度，降低了數(shù)據(jù)采集中的漏測(cè)和冗余。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方案的可行性和有效性，在提升測(cè)量精度和效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。該研究為海洋勘探和測(cè)繪工作提供了一種實(shí)用的方法，對(duì)大面積海底地形勘測(cè)具有重要參考價(jià)值，有助于推進(jìn)海洋科學(xué)和工程領(lǐng)域的發(fā)展。未來(lái)工作中，可考慮引入更多地形特征和環(huán)境因素，進(jìn)一步完善航線優(yōu)化模型。

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