多波束测量船测线设计优化：利用单波束测深数据

本项目利用若干年前某海域（南北长 5 海里、东西宽 4 海里）单波束测量的测深数据，为多波束测量船的测量布线提供优化方案。在设计测线时，有如下要求：

沿测线扫描形成的条带尽可能地覆盖整个待测海域；
相邻条带之间的重叠率尽量控制在 20% 以下；
测线的总长度尽可能短。

在设计出具体的测线后，请计算如下指标：

测线的总长度；
漏测海区占总待测海域面积的百分比；
在重叠区域中，重叠率超过 20% 部分的总长度。

Python 代码实现

import pandas as pd

# 读取数据
data = pd.read_excel('附件.xlsx', sheet_name='数据')

# 计算海域的边界点
boundary_points = [(data['经度'].min(), data['纬度'].min()),
                   (data['经度'].max(), data['纬度'].min()),
                   (data['经度'].max(), data['纬度'].max()),
                   (data['经度'].min(), data['纬度'].max())]

# 计算每条测线的起始点和结束点
scan_width = 4  # 测线的宽度
scan_length = 5  # 测线的长度
overlap_rate = 0.2  # 相邻条带之间的重叠率
scan_lines = []
x_start = data['经度'].min()
y_start = data['纬度'].min()
while y_start <= data['纬度'].max():
    x_end = x_start + scan_length
    if x_end > data['经度'].max():
        x_end = data['经度'].max()
    y_end = y_start + scan_width
    if y_end > data['纬度'].max():
        y_end = data['纬度'].max()
    scan_lines.append([(x_start, y_start), (x_end, y_end)])
    x_start += scan_length * (1 - overlap_rate)
    if x_start > data['经度'].max():
        x_start = data['经度'].max()
    if y_end == data['纬度'].max():
        break
    y_start += scan_width * (1 - overlap_rate)
    if y_start > data['纬度'].max():
        y_start = data['纬度'].max()

# 计算测线的总长度
total_length = 0
for line in scan_lines:
    total_length += abs(line[0][0] - line[1][0]) + abs(line[0][1] - line[1][1])

# 计算漏测海区占总待测海域面积的百分比
total_area = scan_width * scan_length
missed_area = total_area - data.shape[0]
missed_area_percentage = missed_area / total_area * 100

# 计算重叠区域中重叠率超过 20% 部分的总长度
overlap_length = 0
for i in range(len(scan_lines)-1):
    overlap_width = min(scan_lines[i][1][0], scan_lines[i+1][0][0]) - max(scan_lines[i][0][0], scan_lines[i+1][1][0])
    if overlap_width > 0:
        overlap_length += overlap_width

print("测线的总长度：", total_length)
print("漏测海区占总待测海域面积的百分比：", missed_area_percentage)
print("重叠区域中重叠率超过 20% 部分的总长度：", overlap_length)

注意：以上代码假设数据文件中的经度和纬度分别存储在名为'经度'和'纬度'的列中。请根据具体数据文件的格式进行相应的修改。