煤矿复杂场景下矿用无人电车路径规划算法改进研究

摘要

煤矿井下异构动态障碍物分布存在不确定性及巷道约束较多，无人电车的安全地图构建需要预先人工测定后导入，不断后期修正，易导致全局路径侵入高危区域、启发函数引导偏离实际通行代价及局部轨迹存在振荡，致使传统的A^*算法规划结果在安全性、平滑性与实时性方面表现欠佳。为此，提出一种煤矿复杂场景下矿用无人电车路径规划改进算法。首先，改进设计融合安全势场等级的栅格地图，计算改进后的斥力函数并归一化取整，自动获得安全等级函数，引导路径远离高风险区域；然后，采用改进A^*算法规划全局路径，引入动态权重平衡实际代价与启发式估计贡献，求出综合代价最小的最优路径；最后，结合局部感知信息，利用自适应概率路线图算法与三次样条插值优化轨迹，生成满足避障与运动平稳性约束的局部路径，实现矿用无人电车安全、平滑、高效运行。实验结果表明，所提方法能为矿用无人电车规划出更短的行驶路径，同时在多种障碍物布局下始终保持与障碍物之间的安全间距，且生成轨迹平滑、转折点少，显著提升了电车在煤矿复杂环境中的运行稳定性与整体运输效率。

关键词

煤矿复杂场景 / 矿用无人电车 / 改进A^*算法 / 自适应概率路线图算法 / 路径规划

基金资助

内蒙古科技创新研究项目（AKS-ZFCG-2024-019）