仪器仪表学报

作者：孙明晓，张允曦，栾添添，王璐璐，张秋雨

单位：孙明晓,哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080,,张允曦,哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080,,栾添添,哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080,,王璐璐,哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080,,张秋雨,哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080,

关键词：无人船;人工势场法;快速扩展随机树法;路径规划;地图复杂度

基金：黑龙江省自然科学基金项目（YQ2024E047）、黑龙江省优秀青年教师基础研究支持计划项目（YQJH2024067）资助

针对河道、沿海等真实水域地图复杂度多变场景下，固定参数易引发路径规划效率低、路径震荡、碰撞风险升高，地图过度探索等问题，提出了一种基于局部地图复杂度动态势场引导的无人船路径规划算法。该算法通过实时感知环境动态调整参数，显著提升了复杂水域中的规划性能与安全性。首先，根据每个扩展节点实时进行障碍物碰撞检测并计算该节点的局部地图复杂度，根据此复杂度动态调节势场引力强度、斥力强度、自适应调节节点生成策略中的随机探索与势场引导的混合权重以及三级安全步长的切换，解决传统固定参数在实际环境中复杂度交叠水域的适配问题。同时，构建融合目标引力、障碍物斥力与边界斥力的复合导航势场，解决狭窄水道避障与贴边安全平衡问题，提高路径规划的安全性。然后，通过剪枝剔除冗余节点、拉伸优化关键转折点、三次B样条平滑路径保证曲率连续，提升路径可行性，满足无人船任务执行需求。通过电子海图仿真和无人船实验表明，本文算法在规划时间、路径长度、采样点数、路径可行性上均保持优势，对比改进算法DVSA-RRT，在复杂环境中，规划时间缩短87.27%，路径长度缩短21.6%，采样点数减少78.53%，提高了路径规划效率，缩小了路径规划空间，满足无人船任务需求。

来源：2025年第8期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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