随着人工智能领域的兴起，智能船舶的研究和发展已成为行业共识。其中，无人艇的智能化与自主化无疑是最近几年的一个研究热点。为了构建无人艇的智能化与自主化系统，无人艇的运动规划技术是其关键技术之一。特别是在无人艇所执行的任务逐渐复杂化和多样化的背景下，如何实现无人艇安全、高效的运动规划是亟待解决的核心问题。
　　本文针对复杂环境下无人艇的运动规划问题，围绕多障碍物环境、受限水域环境、风和流干扰环境等情况下的无人艇运动规划任务，采用运动模型构建——轨迹单元库构建——运动规划算法设计——试验验证的研究思路开展研究工作。本文的主要研究工作概述如下：
　　首先，为研究复杂环境下的无人艇运动规划方法，根据无人艇航行的运动学和动力学特征，分析和讨论了无人艇的整体型模型和分离型模型，构建了3自由度的无人艇运动数学模型；进一步，分别分析风、流对无人艇运动的影响，构建了风、流影响条件下的无人艇运动模型。
　　其次，针对在多障碍物环境中，无人艇的运动规划容易陷入局部最优以及搜索时间较长的问题，提出了基于拓扑位置关系的无人艇运动规划方法。具体方法为：首先，分析空间物体（如障碍物、无人船等）的拓扑位置关系；然后，分析障碍物与无人艇的空间拓扑位置关系，构建全局空间拓扑导航地图；最后，以无人艇运动数学模型为约束，搜索最优路径并实现面向多障碍物环境的无人艇运动规划。
　　再次，针对在受限水域（复杂岛礁、狭长水域）中，考虑船舶运动学特征的路径规划方法得不到最优解甚至无解的问题，提出了基于Lable A*Algorithm(LAA)的运动规划方法。具体方法为：首先，建立无人艇的运动规划所需的规划空间；其次，通过改进传统的A*算法，建立LAA搜索算法；最后，建立无人艇运动规划的矩形轨迹单元库，结合矩形轨迹单元和LAA算法，实现在受限水域环境中无人艇的安全、高效运动规划。
　　最后，针对无人艇通航环境易受风和流等环境要素干扰的问题，提出了考虑风和流影响的无人艇运动规划方法。具体方法为：首先，建立考虑风和流的无人艇运动数学模型，并分析风和流的影响；其次，更新风和流影响下的时变轨迹单元库；再次，根据新的轨迹单元库，结合无人艇航行的要求，提取轨迹的航行舵角和航行方向角等特征，用以约束路径的搜索；最后，根据风和流的影响、时变轨迹单元以及轨迹特征，建立基于时变轨迹单元的无人艇运动规划方法，实现无人艇运动规划。经实验表明，基于考虑风和流影响的无人艇的运动规划方法所规划的路径，更加贴近实际无人艇在复杂环境中的运动轨迹。
　　综上所述，本文探讨了多个应用场景的无人艇运动规划问题，并且根据无人艇的不同航行环境，提出相应的解决办法，以助力无人艇在复杂环境中实现自主航行，进一步可为智能航海乃至智能船舶增添助力，对实现船舶智能航行具有一定意义。