2023-12-3数模讲座记录(海底测线)

# 数学建模

一、题目描述

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title: 国赛2023-B题
![[2023-B题]]

二、问题解决

1.前面两道问题

其实就是纯数学问题

总的来说不是特别难,只需要使用三角函数即可。 #### 定义: - 坡度 :\(\alpha\) - 波束的覆盖宽度:W - 相邻两条带间重叠率:η - 换能器开角:θ - 水深:D - 相邻测线间距:d - 海底坡度:αη=1-dW - (测线方向与海底坡面法向在水平面上投影的夹角β)

解答:

第一题:根据正弦定理,当水深为D时,测线的宽度:

\[W=\frac{D\sin{\frac{\theta}{2}}}{\sin{(\frac{\pi-\theta}{2}-\alpha)}}+\frac{D\sin{\frac{\theta}{2}}}{\sin{(\frac{\pi-\theta}{2}+\alpha)}}\]

第二题:如图,设图中标注线段长为X

\[ \tan \gamma = \frac{X\tan \alpha }{\frac{X}{\sin (\pi -\beta )} } =\tan \alpha \sin (\pi -\alpha ) \]

化简得到:

可视化之后如下:

2.第三道题

这道题属于单一变量优化问题,其他条件都不会变,我们只需要讨论测线的角度这一个变量即可。

3.第四道题-初步思路

这道题中,地面不再是平坦的了。

我们知道,我们需要将其转化为之前的条带的形状会比较好计算。

即我们可以求测线左侧和右侧宽度的平均值,然后再对他们进行计算。

需要注意的是,题目给出的数据是离散的,位于格点上的,所以说实际上,我们需要对每一个点取一个近似的位置作为取样点,并且加以运算。

之后我们再在β里面求取使得测线长度最小的值

最后我们需要检验漏测率,这里需要注意的点其实还是数据是离散的

最后可以得到结果大概是117度

4.第四题还可以优化

我们发现,地图中有明显的较为陡峭的部分,也有明显比较平缓的部分,将两者看作是一种显然会造成十分大的误差,那么在这种限制之下,我们可以考虑将整块地分割为四个部分,并且对其进行分别处理。


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