清华大学学报(自然科学版)

作者：张雅静, 吕伟, 杨晓婷, 杨婷, 王沐林, 李迪, 雷鹏

单位：1. 武汉理工大学 安全科学与应急管理学院, 武汉 430070,2. 赛飞特工程技术集团有限公司, 青岛 266061

关键词：无人机(UAV),三维路径规划,切线图,能量消耗,避障

基金：国家自然科学基金面上项目(52072286)

针对无人机路径规划中能量消耗优化不足的问题, 提出一种基于椭圆切线图并考虑飞行能耗的三维路径规划方法。采用椭圆柱体模型对障碍物建模, 在保证安全距离的同时降低计算冗余; 通过双向搜索策略和节点筛选机制对椭圆切线图法进行改进以生成二维基准路径点; 耦合二维基准路径点与能量消耗模型实现三维路径规划。构建3种测试场景, 将所提方法分别与A*、快速探测随机树(RRT)、粒子群优化(PSO)和向量场直方图(VFH)算法进行对比分析。实验结果表明：所提方法的平均路径长度减少了4.1%~18.7%, 转向次数降低了68.8%~82.8%, 能量消耗缩减了34.0%~59.1%; 不同安全距离(2、4、6 m)设置下的对比模拟实验结果表明, 适当增加安全距离可在不影响路径最优性的前提下提升飞行安全性。该文所提方法有效解决了传统方法在路径长度、路径平滑性与能量消耗间的权衡难题, 为提升无人机续航能力提供了兼具理论创新性与工程实用性的解决方案。

来源：2026年第2期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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