基于栅格膨胀重构特征地图的路径规划算法研究

来源：计算机科学与探索杂志2026年第2期北京时间：

作者：刘朋, 郭全奎, 谢旭东

单位：陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021

摘要：针对传统路径规划算法在复杂环境中路径冗长、转折点多等问题，提出基于栅格地图膨胀后的边界，先构建特征地图，再进行路径搜索与优化的路径规划算法。以机器人半径与安全距离确定膨胀半径，对栅格地图进行膨胀处理，通过方向阈值将膨胀后的边界按延伸方向进行线段分割；设计基于斜率差、中点连线夹角和中点距离阈值的线段合并策略，构建封闭特征地图；利用特征地图中障碍物外轮廓的方向性，沿障碍物轮廓搜索可行路径，避免盲目采样；引入线段分割原理动态调整节点分布，通过变分割参数优化路径，提升路径平滑度与计算效率。该算法在简单与复杂两种不同环境地图中与A*算法和快速扩展随机树（RRT）算法进行仿真对比实验。结果表明，该算法相比A*算法路径长度平均降低2%，节点数目平均降低22%，计算效率平均提升74%；相比RRT算法，路径长度平均降低17%，计算效率平均提升80%，节点数目有较大改善；在密集障碍物区域的通过性较好。同时在ROS仿真环境下验证了其在实际场景中的有效性。

关键词：路径规划,特征地图,膨胀栅格,线段分割

基金资助：国家自然科学基金面上项目（62373234）。