一种动态环境下的碰撞风险评估方法技术

本发明专利技术公开一种动态环境下的碰撞风险评估方法，与大多数碰撞风险评估方法不同，该方法基于自主装备跟踪期望轨迹的前提，根据自主装备和障碍物的几何信息及运动信息，以及它们之间应该保持的安全距离，计算出障碍物在自主装备相对于它的相对速度空间中的速度障碍，并由此提出了障碍物需要被避开的条件和障碍物被认定为已被避开的条件，从而将障碍物的状态标记为激活或者非激活以有助于自主装备的整体避碰决策。体避碰决策。体避碰决策。

【技术实现步骤摘要】
一种动态环境下的碰撞风险评估方法


[0001]本专利技术涉及一种动态环境下的碰撞风险评估方法。

技术介绍

[0002]速度障碍(VO)：该方法在速度空间中产生一个锥形障碍(因此得名速度障碍)，只要自主装备的速度矢量在VO之外，就可以保证未来不会发生碰撞。
[0003]从开始往方向的辅助射线表示为：
[0004]给定形状为A的自主装备以速度移动，给定形状为B的障碍物以速度移动，自主装备边界与障碍物边界的安全距离为d且则B的危险区域为
[0005]闵可夫斯基和：
[0006]镜射：
[0007]障碍物膨胀：当把A简化为点时，B相对于A的危险区域为
[0008]所以，B在A的速度空间中的VO为
[0009]B在A相对于B的相对速度空间中的VO为如图1所示为障碍物膨胀与速度障碍示意图。
[0010]目前大多数碰撞风险评估方法只能根据自主装备和障碍物的几何信息及运动信息预测出自主装备按照当前的速度运动时是否会与障碍物发生碰撞，并没有考虑自主装备与障碍物之间应该保持的安全距离，这样不能确保自主装备在遭遇不确定突发情况时的安全性。而且，目前的碰撞风险评估方法大多都只提出了所检测到的障碍物需要被避开的条件，并没有提及该障碍物被认定为已被避开的条件，这会影响自主装备在需要同时避开多个动态、静态障碍物时的整体避碰决策，从而降低其避碰性能。

技术实现思路

[0011]为解决以上现有技术存在的问题，本专利技术提出一种动态环境下的碰撞风险评估方法，自主装备在跟踪期望轨迹的前提下检测到障碍物时，会根据自主装备和障碍物的几何信息及运动信息，以及它们之间应该保持的安全距离，计算出该障碍物在自主装备相对于它的相对速度空间中的速度障碍，并由此提出了该障碍物需要被避开的条件和该障碍物被认定为已被避开的条件。
[0012]本专利技术可通过以下技术方案予以实现：
[0013]一种动态环境下的碰撞风险评估方法，包括以下步骤：
[0014]1)将检测到的障碍物投影到速度空间并膨胀形成VO
o
；
[0015]2)障碍物的初始状态为非激活；
[0016]3)判断自主装备相对于障碍物的期望相对速度是否在VO
O
内，如果是，则计算避碰反应时间t
d
，判断自主装备相对于障碍物的实际相对速度是否在VO
O
内，如果是，则计算避碰反应时间t0；
[0017]4)判断障碍物是否满足需要被避开的条件，如果是，则计算此时自主装备的实际位置相对于其期望位置的位置矢量并将障碍物的状态更新为激活，否则障碍物维持当前非激活状态；
[0018]5)结束当前时刻；
[0019]6)进入下一时刻并计算VO
o
；
[0020]7)如果障碍物当前状态为非激活，则回到所述步骤3)，如果障碍物当前状态为激活，则计算变量b；
[0021]8)判断障碍物是否满足已被避开的条件，如果是，则将障碍物的状态更新为非激活，否则障碍物维持当前激活状态；
[0022]9)回到所述步骤5)。
[0023]进一步地，所述步骤4)中障碍物需要被避开的条件具体为：
[0024]只有当或者时，所述自主装备才有与障碍物发生碰撞的危险，此时设置一个时间阈值t
r
来对碰撞风险进行评估，假设此时，与已膨胀障碍物的最近交点为避碰反应时间避碰反应时间与已膨胀障碍物的最近交点为避碰反应时间当满足以下条件之一时，处于非激活状态的障碍被激活：
[0025]1)且t
d
≤t
r
[0026]2)且t0≤t
r
。
[0027]进一步地，所述变量b定义为：
[0028][0029]其中，所述自主装备当前的期望位置为和实际位置为在任意时刻，所述自主装备的实际位置相对于其期望位置的位置矢量表示为其中，在障碍物刚被激活时，所述自主装备的实际位置相对于其期望位置的位置矢量表示为定义起点为且方向与相同的辅助射线为
[0030]当b＝
‑
1时，所述自主装备的实际位置在辅助射线的左侧；
[0031]当b＝1时，所述自主装备的实际位置在辅助射线的右侧；
[0032]当b＝0时，所述自主装备的实际位置在辅助射线上。
[0033]进一步地，所述步骤8)中障碍物被认定为已被避开的条件具体为：设bO是b在前一时刻的值，当满足以下条件之一时，处于激活状态的障碍被标记为非激活：
[0034]1)且b＝0；
[0035]2)且b*b0＜0。
[0036]有益效果
[0037]本专利技术旨在自主装备在跟踪期望轨迹的前提下检测到动态或静态障碍物时，应用所提出的碰撞风险评估方法根据自主装备和障碍物的几何信息及运动信息，以及它们之间应该保持的安全距离计算出该障碍物在自主装备相对于它的相对速度空间中的速度障碍，并根据所提出的障碍物需要被避开的条件和障碍物被认定为已被避开的条件将障碍物的状态标记为激活或者非激活，这样有助于自主装备的整体避碰决策，即自主装备只需要避开已激活障碍物。所提出的碰撞风险评估方法根据障碍物在自主装备相对于它的相对速度空间中的速度障碍进行评估，能起到提前预警的作用，避免自主装备因为发现危险障碍物时已没有足够的反应时间或安全距离而发生碰撞事故，且所提出的障碍物被认定为已被避开的条件能有助于自主装备在需要同时避开多个动态、静态障碍物时的整体避碰决策，从而提高其避碰性能。
附图说明
[0038]图1为
技术介绍
中障碍物膨胀与速度障碍示意图；
[0039]图2为自主装备相对于障碍物的期望相对速度和实际相对速度在VO
O
内示意图；
[0040]图3
‑
1为自主装备偏离期望轨迹以避开障碍物的过程；
[0041]图3
‑
2为自主装备的实际位置在辅助射线的右侧；
[0042]图4为碰撞风险评估方法流程图。
具体实施方式
[0043]以下通过特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
[0044]对于自主装备检测到的障碍物，其中一些可能很快就会与自主装备发生碰撞，其状态被设置为激活；而对于一些没有与自主装备碰撞风险的障碍物，它们的状态被设置为非激活。对于已激活的障碍物，自主装备应采取措施避免碰撞。假设所有被检测到的障碍物的初始状态都是非激活的。一般来说，自主装备的避碰策略是由所有已激活障碍物的信息决定的。当部分已激活的障碍物被自主装备避开后，其状态应恢复到非激活状态，否则会影响自主装备的整体避碰决策。
[0045]表示矢量的弧度且其取值范围为[0，2π)。符号
‘
\
’
表示取余。表示矢量的模。自主装备的期望速度和实际速度分别为和障碍物的速度为自主装备相对于障碍物的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态环境下的碰撞风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将检测到的障碍物投影到速度空间并膨胀形成VO
O
；2)障碍物的初始状态为非激活；3)判断自主装备相对于障碍物的期望相对速度是否在VO
O
内，如果是，则计算避碰反应时间t
d
，判断自主装备相对于障碍物的实际相对速度是否在VO
O
内，如果是，则计算避碰反应时间t0；4)判断障碍物是否满足需要被避开的条件，如果是，则计算此时自主装备的实际位置相对于其期望位置的位置矢量并将障碍物的状态更新为激活，否则障碍物维持当前非激活状态；5)结束当前时刻；6)进入下一时刻并计算VO
O
；7)如果障碍物当前状态为非激活，则回到所述步骤3)，如果障碍物当前状态为激活，则计算变量b；8)判断障碍物是否满足已被避开的条件，如果是，则将障碍物的状态更新为非激活，否则障碍物维持当前激活状态；9)回到所述步骤5)。2.根据权利要求1所述的一种动态环境下的碰撞风险评估方法，其特征在于，所述步骤4)中障碍物需要被避开的条件具体为：只有当或者时，所述自主装备才有与障碍物发生碰撞的危险，此时设置一个时间阈值t...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹，刘坚坚，谢少荣，李孝伟，王曰英，彭艳，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：