针对船舶在复杂海域下的静态路径规划及动态避碰问题，提出一种融合改进A*算法与VO算法的船舶避碰策略。通过引入栅格障碍占比改进启发函数，并添加安全距离参数和3次折线优化等方法提高了A*算法效率，为船舶规划一条安全、高效的航行路径。针对多船会遇，提出基于四元船舶领域模型的速度障碍法，并融合动态窗口法对速度区间进一步约束。最后通过仿真实验验证算法在多船避碰中的有效性。
For the static path planning and dynamic collision avoidance of ships in complex maritime environments, a ship collision avoidance strategy that integrates improved A* algorithm and VO algorithm is proposed. By incorporating grid obstacle occupancy ratio to enhance the heuristic function, and introducing safety distance parameters and third-order spline optimization to improve the efficiency of the A* algorithm, a safe and efficient ship path is planned. For encounters involving multiple ships, a velocity obstacle method based on quaternion ship domain model is proposed, and the dynamic window method is integrated to further constrain the speed interval. Finally, the effectiveness of the algorithm in multiple ship collision avoidance is verified through simulation experiments.
2025,47(3): 32-38 收稿日期：2024-4-29
DOI：10.3404/j.issn.1672-7649.2025.03.006
分类号：U675.96
基金项目：国家自然科学基金资助项目（52071312）；交通运输行业重点科技项目（2022-ZD3-035）；辽宁省应用基础研究计划项目（2023JH2/101300144）；广西重点研发计划（AB22080106）；大连市科技创新基金项目（2022JJ12GX035）
作者简介：廖功铭(1998-),男,硕士研究生,研究方向为船舶自动避碰
参考文献：
[1] 张英俊, 翟鹏宇. 海运船舶自主避碰技术研究进展与趋势[J]. 大连海事大学学报, 2022, 48(3): 1?11.
[2] 张可, 黄立文, 贺益雄, 等. 基于航迹推演的船舶动态智能避碰方法[J]. 中国航海, 2023, 46(4): 20?29.
[3] 李梦霞. 复杂水域船舶自主避碰决策研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2022.
[4] 宁君, 黄寓旸, 尤恽, 等. 基于混合粒子群算法的船舶避碰决策[J]. 大连海事大学学报, 2023, 49(1): 34?43.
[5] 曾勇, 张金奋, 张明阳, 等. 基于粒子群-遗传优化算法的船舶避碰决策[J]. 中国航海, 2020, 43(1): 1?6.
[6] 黄国良, 周毅, 郑坤, 等. 基于改进蚁群算法的全局船舶路径规划方法[J]. 船海工程, 2023, 52(2): 97?101.
[7] 瞿栋, 彭艳, 蒲华燕, 等. 面向障碍速度不确定性的无人艇动态避碰[J]. 上海大学学报: 自然科学版, 2019, 25(5): 655?667.
[8] 李永正, 陈怡, 赵师纬, 等. 基于改进人工势场法的船舶静态避碰研究[J]. 舰船科学技术, 2023, 45(21): 76?80.
LI Y Z, CHEN Y, ZHAO S W, et al. Static collision avoidance of ships based on improved artificial potential field method[J]. Ship Science and Technology, 2023, 45(21): 76?80.
[9] SHEN H, HASHIMOTO H, MATSUDA A, et al. Automatic collision avoidance of multiple ships based on deep Q-learning[J]. Applied Ocean Research, 2019, 86: 268?288.
[10] 崔浩, 张新宇, 王警, 等. 自主船舶与有人驾驶船舶动态博弈避碰决策[J]. 中国舰船研究, 2024, 19(1): 238?247.
CUI H, ZHANG X Y, WANG J, et al. Collision avoidance decision of autonomous ship and manned ship in dynamic game[J]. Chinese Ship Research, 2024, 19(1): 238?247.
[11] 龚铭凡, 徐海祥, 冯辉, 等. 基于改进蚁群算法的智能船舶路径规划[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2020, 44(6): 1072?1076.
[12] 张叶. 基于混合蚁群算法的船舶路径规划研究[D]. 大连: 大连海事大学, 2022.
[13] 周壮壮, 刘钊, 胡英俊, 等. 基于四元船舶领域的船舶碰撞危险度模型[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2023, 47(3): 582?588.
