随着全球变暖的持续和北极海冰的不断消退，北极航道的通航期逐渐延长，尤其是夏季的船舶通行量显著增加，形成了北极航运的主要通航窗口（[9,26,29,34,42]）。气候变化及其相关的环境挑战已成为航运业的主要关注点，并在温室气体排放和可持续性的背景下被广泛讨论（[35]）。在北极，这种由气候驱动的环境变化，特别是海冰减少，被认为是加速北极航道开发和利用的关键因素（[18]）。
与传统的苏伊士运河航线相比，北极东北航道（NEP）为亚洲和欧洲提供了更短的连接路径，可以显著减少燃料消耗、温室气体排放和运输成本，使其成为未来北极航运最重要的海上走廊之一（[11,25,38,51]）。
然而，北极航行的安全性仍面临严峻的环境挑战。除了公认的制约因素外，还需要考虑海冰分布的不确定性、极端天气条件以及导航支持基础设施和破冰船援助的有限性（[8,17,28,43]。这些因素大大增加了海上作业的风险，可能导致各种类型的事故，如碰撞、船舶被困在冰中、搁浅、石油泄漏甚至船舶沉没（[15,48]），这可能对船员安全、船舶完整性和周围海洋环境造成严重后果（[10,19,45,47]）。
与其他主要航运路线不同，NEP在独特的北极运营条件下没有预定的航线。实际操作中，船舶主要依赖过去的航行经验来选择航线。同时，北极航行的经济成本远高于传统航线。冰级船舶的建造和运营成本通常高出50%-100%，并且还需要额外的破冰船援助、专用设备和极地保险，进一步增加了总运输成本（[3]）。因此，在确定北极航线时，必须综合考虑多个因素，如航行安全、航行成本和航行时间，以支持在复杂且随时间变化的环境条件下进行科学航线规划和明智的决策（[53]）。
尽管在北极航线规划方面取得了实质性进展，但大多数现有研究仍受到静态环境假设、单一目标公式或粗略风险表示的局限。定量风险评估模型在航线优化中的应用有限，将环境时间变化纳入动态多目标路径规划的情况也相对较少。
为了解决这些限制，本研究将航行时间、燃料消耗和航行风险整合到一个统一的北极航线规划优化框架中。通过结合改进的A*算法和LPA*（终身规划A*）算法，建立了NEP的多目标静态和动态航线规划框架。首先在平均环境条件下进行静态航线优化，以获得揭示多个目标之间权衡的帕累托最优解。随后，结合每日环境数据实现动态航线演变。所提出的框架为自适应和风险意识的北极航线规划提供了有效工具。
本文的其余部分结构如下：第2节回顾了有关北极航线规划的相关文献。第3节介绍了研究区域、网格地图构建和数据来源。第4节介绍了方法论框架，包括多目标成本函数和路径规划算法。第5节展示了NEP的案例研究，展示了静态和动态多目标航线规划的结果。第6节讨论了所提出框架的关键发现和意义，第7节总结了本文并概述了未来的研究方向。
