水面无人艇作为众多海洋装备中的一种,在军用及民用等众多领域都扮演着重要的角色。当前无人艇主要承担着侦查搜索、环境监控、导航警戒等众多任务,可以有效地减少工作人员的工作负担,保障他们的工作安全。电子海图作为推动无人艇研究不断进步、智能化程度不断提升的关键技术,受到了广泛关注与深入研究。本文以“基于电子海图的无人艇路径规划及实时避碰策略研究与实现”为题,以电子海图为中心,对无人艇的应用领域展开相关研究。此次研究分为三个阶段进行:1、研究S-57电子海图及设计实现遵守国际标准的电子海图解析算法库;2、研究路径规划算法及无人艇实时避碰策略;3、设计实现一款基于电子海图解析算法库与路径规划算法的无人艇路径路径规划软件系统。本论文为无人艇的研究工作开发了一个平台工具,具有较高的学术与工程应用意义。本论文的主要工作包括:(1)研究S-57电子海图相关国际标准,学习IHO S-57标准中电子海图理论数据模型、数据结构的相关内容;学习IHO S-52标准中电子海图符号库、表示库以及对应表的相关内容;学习ISO/IEC 8211数据封装标准与数据解析方法。确定电子海图解析算法库的设计目标、解析方式、组织结构、模块划分、开发方式等。(2)完成对电子海图解析算法库的开发工作,该算法库采用C++语言编程实现,通过读取解析S-57标准电子海图文件,获取原始海图数据,根据解析数据,完成对电子海图的渲染工作,获得QImage格式电子海图并返回给用户使用。该算法库在设计上充分体现了面向对象的设计思想,具有良好的内聚性与独立性,具备优良的跨平台性。该算法库拥有简洁的对外接口函数,通过这些对外接口函数,可以非常简便的将该算法库应用于具有的研究工作。(3)研究路径规划算法,学习路径规划算法的基本原理、研究方法以及发展趋势,介绍主要路径规划算法的性能优劣及应用场景。重点研究Theta-star算法与A-star算法,学习两种算法的搜索原理、实现方法,编程实现这两种算法。通过实验对比分析这两种算法的规划效果,最终决定选择Theta-star算法作为为无人艇进行路径规划的规划算法。研究无人艇的实时避碰问题,学习实时避碰原理、无人艇的避碰规则、以及常见的实时避碰方法,从实际角度出发,提出了结合滑动窗口原理及局部路径规划算法的实时避碰策略。(4)基于电子海图解析算法库以及Thetar-star算法,设计实现无人艇的路径规划软件系统。该软件系统以满足无人艇项目的实际需求为指导,以帮助操作人员实现对无人艇的快速路径规划及任务规划为目标。该软件以电子海图为地图环境,运行操作人员在电子海图上直接进行路径规划及任务规划操作,并实现对无人艇的航迹追踪。该软件的所有功能皆顺利实现并通过性能测试,达到了最初的设计指标,并在无人艇项目中得到应用。在使用过程中,该软件能够很好地满足对无人艇进行路径规划及任务规划的需求,具有界面简洁、操作简单、功能完备、运行稳定等优点,完全符合实际使用需求。