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龙图腾网获悉吉林大学申请的专利快速行进平方法与虚拟障碍势场法相结合的船舶编队算法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116400679B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-19发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310166496.9，技术领域涉及：G05D1/43；该发明授权快速行进平方法与虚拟障碍势场法相结合的船舶编队算法是由王红波;李铭阳;张展硕;王岩;张毅;王嘉玮;赵恒超设计研发完成，并于2023-02-25向国家知识产权局提交的专利申请。

本快速行进平方法与虚拟障碍势场法相结合的船舶编队算法在说明书摘要公布了：本发明提供一种快速行进平方法与虚拟障碍势场法相结合的船舶编队算法，采用快速行进平方法进行全局静态路径规划，然后通过领导—跟随的编队控制方法实现跟随者船舶对领导者船舶的路径跟踪，最后，采用改进的虚拟障碍势场法进行局部避碰，并通过增加虚拟障碍物的方式改进了船舶可能会进入局部极小值点位置的情况；实验结果显示算法为船舶中的领导者规划出一条同时具有时间、平滑度和安全度优势的路线，并快速形成稳定队形；相较于Dijkstra算法和A*算法的运行速度上有显著的提升；当船舶遇到碰撞风险的障碍物时可以及时进行避碰操作，并解决了传统的人工势场法无法解决的脱离局部极小值点的问题。

本发明授权快速行进平方法与虚拟障碍势场法相结合的船舶编队算法在权利要求书中公布了：1.一种快速行进平方法与虚拟障碍势场法相结合的船舶编队算法，包括以下步骤： 1基于快速行进平方法的路径规划 快速行进平方法的步骤如下： Step1：对航行环境进行建模，将环境转换成二进制网格图；分别标记属于障碍的单元格与可通行区域对应的单元格； Step2：快速行进平方法将地图中每个被标记为障碍的单元视作波源，同时扩展多个波，地图中每个单元格的结果值表示波需要到达最近的障碍物的时间，它与距离障碍物的距离成正比；将这一步得到的势图为速度势，记为，速度势图中的每个网格都有一个值，表示其与最近障碍物的距离，取值范围为0-1； Step3：在势图的基础上，将目标点当作唯一的波源，以确保一个全局最小值在地图上扩展波，直到到达初始点；在可行区域中的每个单元，波的扩展速度从上一步计算的速度势图中提取； Step4：从船舶的起始点开始，在整个的到达时间地图上进行梯度下降，并向其目标点，结果地图的全局最小值移动，得到综合考虑了到达时间、平滑性和安全性方面的路径； 2基于Laplace矩阵的队形控制 对于一个领导—跟随多船舶编队系统，系统中的每艘船舶均可看作网络中的节点，船舶间的信息传递环节可看作连接不同节点的边，多船舶系统及其通信网络可被建模为以表示的有向图，其中表示系统中的N艘船舶，表示船舶间的信息传递环节； 有向图的拉普拉斯矩阵被定义为：，其中为图的入度矩阵，它对角线上的元素为节点的入度之和；为图的权重矩阵，如果顶点是边的头部，则矩阵中的元素，反之； 定义为每个船舶的当前坐标值，为相邻两点的期望相对位置； 对于拓扑图上的每一条边可得： 点相对于点距离期望值的差值为：； 点相对于所有点距离期望值的差值为：； 其中，为相对位置增益系数； 为了能够让跟随者实现对于领导者轨迹的跟踪，需要将的值减小为0，通过消除误差量实现队形的稳定； 3基于虚拟障碍势场法的局部避障 船舶的实时坐标位置为，目标点的位置为，那么引力场函数为： 其中，系数是引力场的增益系数，通过实验选择合适的值； 通过引力与引力场的梯度关系可知： 斥力场的数学表达式为： 其中，系数是斥力场的增益系数，是船舶到障碍物的距离，是斥力场的影响半径，超出该范围的斥力大小为零； 斥力的表达式为： 当船舶进入局部极小点的位置时，由引入虚拟障碍物所产生的斥力场函数为： 其中，为大于零的虚拟斥力势场常数，为船舶与虚拟障碍物之间距离，是虚拟障碍物对船舶的影响距离； 虚拟斥力为： 由此得到合力表达式为： ； 虚拟障碍势场法在船舶编队航行中的应用步骤如下： Step1：输入每艘船的当前位置、航行速度和方向参数； Step2：确定跟随者船舶是否已进入障碍物影响范围，若已进入障碍物影响范围，计算斥力和引力，否则继续航行； Step3：当跟随者已经受到障碍物影响时，判断受到的合力是否为0；如果为0，则添加虚拟障碍物然后重新计算合力，判断运动方向；如果不为0，则直接计算运动方向；重复此步骤，直到它离开障碍物的影响范围； Step4：当跟随者船舶脱离碰撞风险后，继续按原轨迹航行。

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