三维观测系统设计需要一系列的工作,包括确定观测系统的几何形态,选择覆盖次数、面元大小、道间距、最大最小非纵距、最大最小炮检距等多个参数。以往的观测系统设计都是将观测系统的各个参数当做独立的参数进行讨论,采用不同的评价函数针对某一目标进行优化设计。但是,观测系统各参数之间并不是完全独立的,它们之间相互影响并相互制约,因此在观测系统优化设计时,不能将各参数单独讨论,需要将所有参数结合起来同时讨论,只有这样才能得到真正意义上的“最优的”观测系统参数。本文中,首先在理想的CMP条件下,讨论了将全局优化算法引入观测系统设计的可行性。针对不同的地质目标分别建立了不同的优化评价函数。在固定部分观测系统参数条件下,讨论了接收线距和炮线距的取值对面元属性分布均匀性的影响,最后提出了基于全局优化的观测系统设计方法。在地质构造复杂、地表起伏大的区域,地下CMP点和CRP点不是同一点,传统的基于CMP面元属性的观测系统设计方法将不再适用。在本文中,通过建立实际地质模型,利用高斯射线束原理模拟地震波的传播路径,提出了基于CRP面元属性的观测系统设计标准。针对不同的地质目标分别建立了不同的优化评价函数。在固定部分观测系统参数条件下,讨论了接收线距和炮线距的取值对面元属性分布均匀性的影响,最后提出了基于全局优化的观测系统设计方法。通过实际运算,证明了基于全局优化的观测系统设计方法的实用性,为实际生产提供了一种新的理论方法。