Mappatura Batimetrica Attiva Costo-Efficace Utilizzando Veicoli di Superficie Autonomi e Processi Gaussiani

An algorithm for the automated mission planning of bathymetric surveys conducted by Autonomous Surface Vehicles (ASVs) is presented. The primary objective is the minimization of human operational intervention, with the system requiring only the georeferenced perimeter of the survey area as a priori input. The ASV, equipped with a sonar sensor and a Global Positioning System (GPS), executes the optimized survey trajectory calculated by the proposed algorithm. This trajectory is optimized to achieve a twofold objective: maximizing the accuracy of the seabed bathymetric reconstruction and minimizing the mission's operational costs, for instance, in terms of time or energy consumption. The system also allows the configuration of performance parameters, such as the desired accuracy of the final bathymetric model. An iterative planning approach is adopted, selected for its implementation tractability compared to dynamic adaptive strategies. In this scheme, the ASV completes a calculated survey path before potential recalculation and refinement based on acquired data. The initial path planning relies solely on the provided perimeter geometry. Subsequent iterations leverage partial bathymetric data to inform the trajectory recalculation, increasing the sampling density in regions characterized by high depth variance or greater depths (associated with potential higher sensor error), while concurrently reducing it in morphologically more homogeneous areas. The methodological analysis includes considerations regarding point measurement strategies (e.g., dwell time, repeated measurements), computational methodologies for 3D seabed mesh reconstruction, and techniques for interpolation or upscaling of the resulting Digital Bathymetric Model (DBM).

Viene presentato un algoritmo per la pianificazione automatizzata di missioni di rilievo batimetrico condotte mediante Veicoli Autonomi di Superficie (ASV - Autonomous Surface Vehicles). L'obiettivo primario è la minimizzazione dell'intervento operativo umano, con il sistema che richiede unicamente il perimetro georeferenziato dell'area di indagine come input ex-ante. L'ASV, equipaggiato con sensore sonar e sistema di posizionamento globale (GPS), esegue la traiettoria di rilievo ottimizzata calcolata dall'algoritmo proposto. Tale traiettoria è ottimizzata per conseguire un duplice obiettivo: massimizzare l'accuratezza della ricostruzione batimetrica del fondale e minimizzare i costi operativi della missione, ad esempio in termini temporali o energetici. Il sistema consente inoltre la configurazione di parametri prestazionali, quale l'accuratezza desiderata del modello batimetrico finale. Si adotta un approccio di pianificazione iterativo, selezionato per la sua trattabilità implementativa rispetto a strategie adattive dinamiche. In questo schema, l'ASV completa una traiettoria di rilievo calcolata prima di un eventuale ricalcolo e raffinamento basato sui dati acquisiti. La pianificazione della traiettoria iniziale si fonda esclusivamente sulla geometria del perimetro fornito. Le iterazioni susseguenti sfruttano i dati batimetrici parziali per informare il ricalcolo della traiettoria, incrementando la densità di campionamento in regioni caratterizzate da elevata varianza di profondità o da profondità maggiori (associate a potenziale errore sensoristico superiore), e riducendola contestualmente in aree morfologicamente più omogenee. L'analisi metodologica include considerazioni relative alle strategie di misurazione puntuale (tempo di stazionamento, misure ripetute), alle metodologie computazionali per la ricostruzione della mesh tridimensionale del fondale e alle tecniche di interpolazione o upscaling del modello batimetrico digitale (DBM - Digital Bathymetric Model) risultante.