通过先验数据驱动的深度插值方法，缩小多波束测深线规划中的设计参考重叠合规差距

《IEEE Access》：Reducing the Design-Reference Overlap Compliance Gap in Multibeam Bathymetric Survey Line Planning via Prior-Data-Driven Depth Interpolation

　　

摘要：

现有的多波束勘测线路优化方法通常依赖于平面深度近似以及代表性相邻线路重叠度的计算。这些简化处理可能会高估规划后的布局在完整裁剪后的覆盖区域内的合规性。本文提出了一种地形自适应的规划与评估框架，该框架结合了先验网格深度插值、分层地形分解、区域级方向优化、考虑覆盖区域的间距调整方法、NSGA-II多目标优化以及Dubins曲线路径规划技术。通过在水深参考网格上对裁剪后的覆盖区域进行栅格化处理，并对相邻线路的共同支撑段上的重叠部分进行采样，这种改进后的评估方法能够区分代表性线路对的合规性与整个覆盖区域的合规性。在GEBCO的一个案例研究区域（4.8×4.5海里，深度为75–254米）中，传统的网格深度计算方法在基于代表性线路对的标准下能达到100%的合规性，但在更严格的覆盖区域标准下仅能达到60.4–66.3%的合规性。而使用双三次样条、RBF函数以及GP/Kriging插值方法得到的更精确的初始表面模型，在不采用考虑覆盖区域的间距调整方法时，最大也只能实现67.7%的覆盖区域合规性。所提出的考虑覆盖区域的间距调整方法则能使覆盖区域合规性达到92.1%，覆盖范围达到96.6%，且缺口面积仅为0.615海里平方。固定规划方案的敏感性分析表明，2米独立变化、2米空间相关变化以及+2米的系统深度偏差分别会使覆盖区域合规性降至84.0%、87.3%和87.0%，不过覆盖范围仍可保持在96.6%左右；而5米的独立深度偏差则会使合规性降至60.6%，这表明存在一定的实际应用限制。在八个不同地形区域进行的NOAA降采样/全分辨率交叉验证进一步表明，采用考虑覆盖区域的间距调整方法后，平均覆盖区域合规性可提升至80.4%，而传统平面模型及原始网格深度计算方法的合规性仅约为39%。这些结果支持将先验网格辅助技术应用于勘测规划中以提升规划质量，但并不能完全替代其他有效的...

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