用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，包括：导入含有高程信号的路网地图文件，并标注目标点；基于不同车型越野能力建立先验知识库，根据不同车型确认当前无人驾驶可以达到的最大爬坡度、最小转弯半径；计算每个路段的空间距离，并记录到路网文件中；基于Dijkstra算法计算起始点到目标点的最短路径；按坡度进行调整，重新计算最短路径；按转弯半径进行调整，重新计算最短路径；按照最短路径长度、坡度、转弯半径给对应的标志量赋值；计算最小代价函数值，得到从起始点到目标点的代价最小的最优路径。本发明专利技术得到的路径相对路况较好，距离较短，适合无人驾驶。适合无人驾驶。适合无人驾驶。

【技术实现步骤摘要】
用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，特别是涉及一种用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法。

技术介绍

[0002]目前路径规划算法较为成熟的应用技术主要针对城市结构化道路环境，面向环境复杂的越野道路研究很少。路径规划算法大多采用将路径长度及障碍物避碰程度结合的方法，是刚性障碍物而不是不可通行区域，缺少对整个地形通行难易程度的分析，无法适应复杂地形的规划任务。对于复杂地形，对无人驾驶的车辆来说，里程、时间、安全性都需要考虑。坡度和转弯半径及转弯个数不仅对行驶速度产生影响，还对安全性产生影响，是必须考虑的因素。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，以实现车辆在越野环境下以最优路径无人驾驶到达目标点，提高鲁棒性及安全性。
[0004]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，所述方法包括：
[0005]S110：导入含有高程信号的路网地图文件，并标注目标点。根据高程信号估算出路径的坡度；根据路网估算急转弯处的最小转弯半径。起始点为车辆当前位置。
[0006]S120：选择车型，基于不同车型越野能力建立先验知识库，根据不同车型确认当前无人驾驶可以达到的最大爬坡度θ、最小转弯半径Υ。
[0007]S130：计算每个路段的空间距离，并记录到路网文件中。
[0008]S140：基于Dijkstra算法计算起始点到目标点的最短路径，将最短路径长度、最大坡度、最小转弯半径数据记录在表中。
[0009]S150：按坡度进行调整，重新计算最短路径，将最短路径长度、最大坡度、最小转弯半径数据记录在表中。
[0010]S160：按转弯半径进行调整，重新计算最短路径，将最短路径长度、最大坡度、最小转弯半径数据记录在表中。
[0011]S170：按照表中的路径长度、坡度、转弯半径给对应的标志量赋值。
[0012]S180：计算最小代价函数值，得到从起始点到目标点的代价最小的最优路径。
[0013]进一步的，步骤S110中路段最大爬坡度可通过东西方向的高程变化率和南北方向的高程变化率来估算出来，即其中h
x
(i)、h
y
(i)分别为当前点东西方向的高程变化率和南北方向的高程变化率。h
x
(i)、h
y
(i)通过相邻两点的高程信号值计算得出。
[0014]进一步的，步骤S120中先验知识库包括车型及其对应的最大爬坡度θ和最小转弯半径Υ。当最小转弯半径Υ>Υ
i
时，即无人驾驶车辆无法通过该路段，则将对应的i路段从路网文件中删除。当最大爬坡度θ<θ
i
时，即无人驾驶车辆无法通过该路段，则也将对应的i路段从路网文件中删除，从而得到新的路网文件，记为osmfile。
[0015]进一步的，步骤S130中空间路径的距离计算，以点间的高程差和平面距离计算。
[0016][0017]式中，η(i,i
‑
1)表示当前点与上一点的空间距离；H(i)为当前点的高程，H(i
‑
1)为上一点的高程；L(i,i
‑
1)是平面路径单元距离，其是空间路径在平面上的投影。利用大地坐标，L(i,i
‑
1)的计算公式如下：
[0018][0019]其中，(X
i
,Y
i
)、(X
i
‑1,Y
i
‑1)分别为当前点i与上一点i
‑
1的大地坐标，即从路网文件数据中所获取的经度和纬度值；R＝6371393米，为中国地区平均地球半径。
[0020]通过η(i,i
‑
1)计算当前点i与上一点i
‑
1的空间距离，把路段上所有点之间的空间距离求和，得出每个路段的空间距离，并记录到路网文件中。
[0021]进一步的，步骤S140中基于Dijkstra算法计算起始点到目标点的最短路径，即使用数组来储存起始点到其他点的最短路，但开始时存的是起始点到其他点的初始路段空间距离。通过n
‑
1遍的遍历找最短，其中n为路段数。每次在剩余节点中找数组中的值最小的，加入到数组中，并且把剩余节点的数组更新，进而得到最短路径，并记录此路径中最大坡度θ
max
及其对应的路段号、最小转弯半径γ
min
及其对应的路段号、此路径长度。即得到从起始点到目标点的代价最小的最优路径，并记录在表中(包括距离、最大坡度、最小转弯半径)。
[0022]进一步的，步骤S150中按坡度进行调整，即：
[0023]新建路网文件osmfile
‑
θ，令osmfile
‑
θ＝osmfile，在路网文件osmfile
‑
θ中将最大坡度θ
max
对应的路段删除，重新计算最短路径，记录新的最短路径中最大坡度θ
max新
及其对应的路段号、最小转弯半径γ
min
及其对应的路段号、此路径长度。
[0024]在路网文件osmfile
‑
θ中将得到最新的最大坡度θ
max新
对应的路段删除，重新计算最短路径，记录新的最短路径中最大坡度θ
max新
及其对应的路段号、最小转弯半径γ
min
及其对应的路段号、此路径长度。重复此过程9次，依次得到9组数据记录到表中。
[0025]进一步的，步骤S160中按转弯半径进行调整，即：
[0026]新建路网文件osmfile
‑
Υ，令osmfile
‑
Υ＝osmfile，在路网文件osmfile
‑
Υ中将最小转弯半径γ
min
对应的路段删除，重新计算最短路径，记录新的最短路径中最大坡度θ
max
及其对应的路段号、最小转弯半径γ
min新
及其对应的路段号、此路径长度。
[0027]在路网文件osmfile
‑
Υ中将得到最新的最小转弯半径γ
min新
对应的路段删除，重新计算最短路径，记录新的最短路径中最大坡度θ
max
及其对应的路段号、最小转弯半径γ
min新
及其对应的路段号、此路径长度。重复此过程9次，依次得到9组数据记录到表中。
[0028]进一步的，步骤S170中按照表中的路径长度、坡度、转弯半径给对应的标志量赋值，即：
[0029]对表中按路径长短依次对路径标志量S
标
赋值为10，9，8，7，6，5，4，3，2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，其特征在于，包括步骤：S110：导入含有高程信号的路网地图文件，并标注目标点，根据高程信号估算出每个路径的坡度；根据路网地图文件估算急转弯处的最小转弯半径，起始点为车辆当前位置；S120：选择车型，基于不同车型越野能力建立先验知识库，根据不同车型确认当前无人驾驶可以达到的最大爬坡度、最小转弯半径；S130：计算每个路段的空间距离，并记录到路网地图文件中；S140：根据路网地图文件中起始点、目标点和路段空间距离，基于Dijkstra算法计算起始点到目标点的最短路径，并记录最短路径长度、最大坡度、最小转弯半径；S150：按坡度进行调整，重新计算最短路径，并记录最短路径长度、最大坡度、最小转弯半径；S160：按最小转弯半径进行调整，重新计算最短路径，并记录最短路径长度、最大坡度、最小转弯半径；S170：按照步骤S140、S150和S160的最短路径长度、最大坡度、最大转弯半径给对应的标志量赋值；S180：计算最小代价函数值，得到从起始点到目标点的代价最小的最优路径。2.根据权利要求1所述的用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，其特征在于，所述路网地图文件由各个路段组成，每个路段都有对应的路段号、最大坡度、最小转弯半径，每个路段由路径点组成，路径点包含经纬度信息及对应的高程信号。3.根据权利要求1所述的用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S110中根据高程信号估算出路径的坡度具体包括：通过偏导数法计算高程信号的梯度进而估算出每个路径点对应的坡度，第i个路段的最大坡度θ
i
为路径点的最大坡度，即其中h
x
(i)、h
y
(i)分别为当前点东西方向的高程变化率和南北方向的高程变化率。4.根据权利要求1所述的用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S110中根据路网地图文件估算急转弯处的最小转弯半径具体包括：根据相邻路径点的经纬度坐标估算出转弯半径，第i个路段的最小转弯半径γ
i
为路径点的最小转弯半径。5.根据权利要求1所述的用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，其特征在于，所述S120中先验知识库包括车型及其对应的最大爬坡度θ和最小转弯半径γ，当最小转弯半径γ>γ
i
时，即无人驾驶车辆无法通过该路段，则将对应的i路段从路网地图文件中删除；当最大爬坡度θ<θ
i
时，即无人驾驶车辆无法通过该路段，则也将对应的i路段从路网地图文件中删除，从而得到新的路网地图文件，记为osmfile。6.根据权利要求1所述的用于越野环境下的基于先验知识适用于无人驾驶的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S130具体包括以点间的高程差和平面距离计算每两个相邻点间的空间距离：
式中，η(i,i
‑
1)表示当前点i与上一点i
‑
1的空间距离；H(i)为当前点的高程，H(i
‑
1)为上一点的高程；L(i,i
‑
1)是平面路径单元距离，其是空间路径在平面上的投影，利用大地坐标，L(i,i
‑
1)的计算公式如下：其中，(X
i
,Y
i
)、(X
i
‑1,Y
i
‑1)分别为当前点i与上一点i
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐田凡，周睿，梁乐，李峰，邓烨峰，胡明伟，欧国峰，王宏亮，刘汉鼎，
申请(专利权)人：中船重工信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：