应用改进随机树算法的无人艇局部路径规划_庄佳园1
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书书书
第
47
卷 第
1
期
2 0 1 5
年
1
月
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报
JOUＲNAL OF HAＲBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Vol. 47 No. 1
Jan． 2015
doi ：
10．11918/
j ．issn．
0367-6234．2015．01．017
应用改进随机树算法的无人艇局部路径规划
庄佳
园
，
张 磊
，
孙寒冰
，
苏玉民
（
哈尔滨工程大学
水下机器人技术重点实验室
，15000
哈尔滨
）
摘 要
：
针对无人艇航速高及实时性要求高的特点
，
为满足路径规划需要
，
在经典快速扩展随机树
（ ＲＲT ）
算法的基础
上
，
设计一种基于改进
ＲＲT
算法的局部路径规划方法
，
引入抑制因子
、
限定转角和距离启发信息
，
改进生长点和探索点
的选择
，
提高了算法速度
．
为兼顾航行距离最短和无人艇操控性能的特殊要求
，
对规划路径采取多余航点处理以及考虑
回转性能的平滑处理
．
以海上和湖上典型雷达图像的处理结果为环境模型
，
进行局部路径规划试验
．
试验结果表明
：
该
方法可以快速完成路径搜索
，
在提高搜索效率的同时缩短了规划距离
，
优化处理后的航线更适用于无人艇的跟踪
，
满足
无人艇规划系统的要求
．
关键词
：
水面无人艇
； ＲＲT
算法
；
雷达图像
；
局部路径规划
；
路径搜索
中图分类号
： TP391
文献标志码
： A
文章编号
： 0367
－
6234（ 2015） 01
－
0112
－
06
Improved rapidly-exploring random tree algorithm application
in unmanned surface vehicle local path planning
ZHUANG Jiayuan，ZHANG Lei，SUN Hanbing，SU Yumin
（ Science and Technology on Underwater Vehicle Laboratory，Harbin Engineering University，150001 Harbin，China）
Abstract： A path planning method based on improved ＲＲT （ Ｒapidly-Exploring Ｒandom Tree） algorithm was
proposed in application to local path planning of USV （ Unmanned Surface Vehicle） ． Aiming at the high speed and
real-time control of USV，the inhibitory factor，limited angle and distance heuristic information were introduced into
classical ＲＲT algorithm，thus the selection of exploration points and growing points were modified，and the speed of
the algorithm was improved． The excess navigation points in planning path were processed and smoothed considering
the gyration performance to make the navigation distance shorter and meet the special demands of maneuver
performance of USV． The experiment of local path planning was completed based on the environment model
constructed by the process results of typical radar images in the sea and lake experiments． The experimental results
showed that the suggested algorithm could rapidly complete the path search，the efficient of algorithm was improved
and the distance of path was reduced，the planning path after optimization treatment could satisfy the planning
system need． The suggested method can apply to USV local path planning．
Keywords： USV （ Unmanned Surface Vehicle）
； Ｒ
ＲT algorithm； radar image； local path planning ； path search
收稿
日期
： 2013
－
10
－
25．
基金项目
：
国家自然科学基金
（ 51409054） ．
作者简介
：
庄佳园
（ 1984—） ，
男
，
博士
，
讲师
；
苏玉民
（ 1960—）
，
男
，
教授
，
博士生导师
．
通信作者
：
庄佳园
，zhuangjiayuan@ 163．com．
水 面
无 人 艇
（ Unmanned Surface Vehicle，
USV）
简称无人艇
，
是一种具有自主规划
、
自主航
行能力
，
并可自主完成环境感知
、
目标探测及战术
攻击等任务的小型水面船舶
．
其 中
，
以 色 列
“Protector”
和美国
“Spartan”
无人艇引领着当今世
界无人艇的发展方向
，
其他国家进行了无人艇的
研 究
，
如 意 大 利 的
“Charlie ”
［1］
、
英 国
的
“Springer”
［2］
和葡
萄牙的
“Delfim”
等
．
文献
［3
－
5］
总结了
USV
的发展历史及现状
．USV
的路径规划
方法按对环境信息已知程度不同可分为两类
：
环
境信息完全已知的全局路径规划
；
环境信息完全
未知或部分未知
，
通过传感器实时地对
USV
的当
前工作环境进行探测
，
以获取障碍物的位置和尺
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