【无人机路径规划】Matlab基于A星算法的无人机三维路径规划
效果一览
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代码实现了一个三维环境下的路径规划系统，主要功能和研究方法如下：
主要功能
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三维地图构建
初始化一个10×10×10的三维网格地图（MAP数组），支持手动或预设方式定义环境信息：- 障碍物（值为-1）：通过交互式界面选择位置和高度范围，以黄色立方体可视化。
- 目标点（值为0）与起始点（值为1）：通过鼠标和输入框指定位置及高度，分别用绿色和蓝色标记。
- 动态障碍物：随机生成红色障碍物，模拟环境不确定性。
-
路径规划与可视化
基于A*算法在三维空间中搜索从起始点到目标点的最优路径，支持以下特性：- 避障处理：检测障碍物并调整路径，避免穿越或擦边。
- 路径平滑：使用样条曲线（
spcrv）将离散航路点转化为平滑轨迹。 - 动态回退机制：遇到重复节点（NP点）时回溯路径，重新规划。
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交互与对比
提供用户选项，支持与全局路径规划结果对比（调用global_path_planning函数）。
研究方法
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A*算法
核心为启发式搜索算法（通过A_Star函数实现），结合代价函数（路径代价gn和启发式估计hn）在三维网格中寻找最短路径。 -
三维碰撞检测
通过遍历MAP数组判断节点可行性，并处理障碍物的垂直范围（如障碍物的底部和顶部高度）。 -
动态障碍物模拟
使用unidrnd函数随机生成障碍物，增强算法对动态环境的适应性。 -
可视化技术
利用MATLAB的三维绘图功能（plot3、fill3、surf等）直观展示环境与路径，支持实时更新航迹。
技术亮点
- 交互式设计：通过GUI（如
msgbox、inputdlg）实现用户友好操作。 - 路径优化：结合航路点回退机制和平滑处理，提升路径安全性与连续性。
- 多维度支持：完整的三维空间建模与规划能力，适用于无人机、机器人等应用场景。
部分代码
%% 定义三维地图数组
clc
clear
close all
warning off
MAX_X=10;
MAX_Y=10;
MAX_Z=10;
MAP=2*(ones(MAX_X,MAX_Y,MAX_Z)); % 元素为均2的10x10x10矩阵
%% 提示是否需要手动输入地图信息
button=questdlg('是否需要手动输入地图信息？','输入地图','No');
if strcmp('No',button)==1
%% 选择读取地图信息
map1;
%% 选择手动输入环境信息
else
%% 获取信息，初始化
% 障碍点值为-1，目标点值为0，机器位置值为1，空间单元值为2（已赋）
j=0;
axis([1 MAX_X+1 1 MAX_Y+1])%设定xy轴的限，10个格11条线
grid on;%添加网格线
hold on;%保持现有图像以便后续命令添加到图像上
n=0;%表示障碍点的个数
%% 获得目标点
pause(1);%暂停1个单位时间
h=msgbox('请用鼠标左键选择一个目标点');%生成一个消息对话窗口，自动适应有一定大小的图像（）
uiwait(h,5);%暂停执行直到用户界面反应、h被删除、或等待5个单位时间后
if ishandle(h) == 1%若h的元素为有效图表，即选择的目标点是否合法
delete(h);%完成后删除操作
end
xlabel('请用鼠标左键选择一个目标点');%x轴标显示请选择目标点，文字颜色为黑色
but=0;%but即button
while (but ~= 1) %重复直到没有按左键
[xval,yval,but]=ginput(1);%返回返回xy坐标，button为1表示鼠标左键，2表示中键滚轮，3表示鼠标右键。括号内为点的个数
end
xval=floor(xval);%取整，取小于或等于的整数
yval=floor(yval);
xTarget=xval;%坐标赋给目标点
yTarget=yval;
plot(xval+.5,yval+.5,'o','MarkerFaceColor','g','MarkerSize',7);%目标点用绿色圆点标记在单元中央
pause(0.5);
prompt={'请用键盘输入目标点的高度（整数，1-10）'};
title='输入高度';
line=1;
def={'5'};%参数defans为一个单元数组，存储每个输入数据的默认值
zval=inputdlg(prompt,title,line,def);
zval=str2double(zval);%字符串转化为数字，下一行才能执行
zTarget=zval;
MAP(xval,yval,zval)=0;%初始化地图的目标点