曾经，世界各地都有着幽灵船，鬼船的传说。现在，这些传说或许正在变成现实。无人船便是如同这些传说所描述的一般，无需人为操作就可以在水面行驶。而我所选择的课题是对无人船在湖面上航行的路径进行规划。先对无人船做一个简单的介绍吧，无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，英文缩写为USV。早在上世纪60年代，远程控制的无人艇船队就广泛用于军事领域。近年来，随着自动控制、物联网、大数据等技术的快速发展，与船舶有关的环境感知技术、通信导航技术等也得到广泛的应用，为智能船/无人船的开发提供了广阔的技术可行性。无人船的出现可以说是历史的必然。许多在水面上的危险工作促使着他们一直在进步。而无人船的发展自然离不开软件与硬件的研发。我们需要有能支持无人船在水上行走的动力，同样的也需要为这些动力规划施展的方向。这次课题便是在为一个已经做成实物的无人船注入他的灵魂，让他能在水面上“自由”的驰骋。

纵观无人船的发展历史，自1898年尼古拉-特拉斯发明了无线机器人后，无人船首次在实战中的应用是在二战时期，被用作清除鱼雷和障碍物。这些早期无人船基本上都是由电缆或母舰通过无线电发送信号传输的。时至今日，无人船在突破了重多软硬件难关后，迎来了一段高速发展时期。今天的无人船功能更多，应用面积更广。而不同情况下，无人船的设计与路径的规划都不尽相同。

2017年6月，美国船级社、中国 船级社、中国舰船研究设计中心、沪 东中华造船（集团）有限公司等多家全 球船舶行业顶级企业和机构齐聚上 海，共同成立无人货物运输船开发 联盟。7月，中国船舶工业集团公司、 大连海事大学、中国船级社、交通运 输部水运科学研究院共建的“无人船 技术与系统联合重点实验室”揭牌。 2018年3月，珠海万山无人船海上测 试场建设项目正式启动，作为亚洲首 个无人船海上测试场，建成后将成为 世界上面积最大的无人船海上测试 场，引发美国高度关注。 国内企业、科研院所和高等学 校携起手来，产学研形成合力，我 国无人船发展进入快速发展阶段。

美国研究无人船相对较早。二 战时期，美军就在无人水面艇 (USV) 上架设枪炮和导弹。20世纪70年代， USV被广泛应用于美军的反水雷舰 艇系统上。2000年初期，在沿海形成 具有战斗力的USV船队。美国PEO LMW研发了一款可重构，高速和长 耐力的半自动USV，配备具有ARPA 功能的雷达、固定摄像机、红外传感 器、麦克风、水深仪、温度和风速传 云洲技术团队开发的小型全自动测绘无人船 96 中国船检 CHINA SHIP SURVEY 2018.5 技术 Technology 感器。美国海军水下作战中心联合公 司于2002年起合作开发SPARTAN SCOUTUSV，它被认为是高新技术 的示范项目，其目标是研发具有模块 化、可重构、多任务、高速、半自主 航行的USV。2016年，美国下水最 新型的海猎人无人反潜船，并且开始 试验世界上最大无人驾驶船。非军方 方面，位于弗吉尼亚州的UOV公司 研发了理论上续航能力为无限长的 UOV，适用于海洋数据收集、测量 等。Navtec公司研发了基于喷水动力 的USV——Owl MKⅡ，它在隐蔽 性和配重能力上有显著提高，并具有 侧扫声呐和摄像功能。

2. 研究的基本内容与方案

设计的基本内容为无人船避障的算法即路径规划算法，也就是无人船在自动行驶时能有效避开障碍物。

路径规划算法的使用范围很广，不仅在无人船上有应用，还在无人汽车、无人机和工业机械手等智能机器人上有应用。通常而言，对路径规划算法的研究都是针对机器人自身的特性和它的应用场所进行的。较为常用的路径规划算法有工势场法、人工神经网络、粒子群算法、遗传算法和稀疏 A*算法等。由于每种路径规划算法都或多或少存在一些缺陷，所以实际应用的方法大多数是基本路径规划算法的改进算法，或者融合了数种基本路径规划算法的算法。

设计主要目标是实现无人船在湖面的自动巡航。主要考虑湖面表面障碍，也就是二维避障，不考虑类似暗礁的存在即三维避障。同时，路径的规划为全局规划，主要规划整个湖面的大致路径，确保大致路径上没有固定障碍。这样进行的路径规划，需要用到A*这种基础的路径规划算法。