【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人车辆导航路径规划，具体而言，涉及一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划系统及方法。
技术介绍
1、随着计算机技术和5g技术的发展，无人驾驶技术迅速发展。野外或星球表面是无人车辆探索的多应用场景，然而地形环境具有很多的未知因素，且不同区域物理表面的多变特性，导致车辆全局路径规划是一大难点。
2、无人车辆在野外或者星球中进行执行任务中，通常需要在不同的区域之间进行仔细探索，从而建立片面区域地图，且在无人车辆工作过程中，需要从一个探索区域移动到另一个探索区域，中间可能间隔很长的距离，若在这两者之间也建立区域地图，将会占用大量的处理器内存，且影响无人车辆的执行任务速度。因此，如何快速，精确，且能耗小的建立适合无人车辆探索规划的地图以及研究适应地图的导航规划至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、为了解决现有无人车辆在探索区域规划地图时，若两个区域间隔过长，则会造成执行任务速度慢，且占用内存大的问题。
3、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本专利技术提供了一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划系统，包括，
5、定位感知模块，用于获取无人车辆信息、区域地图信息和道路地图信息；
6、区域地图生成模块，用于根据定位感知模块的感知信息，建立障碍物概率模型，进行道路可通过性分析，设计地面栅格可通过性系数；
7、道路地图生成模块，用
8、地图整合模块，用于将区域地图生成模块获取的区域地图和道路地图生成模块获取的道路地图之间的逻辑关系进行拓扑连接处理，生成集群式拓扑地图，传给后台系统存储地图；
9、分层规划模块，用于将地图整合模块获取的集群式拓扑地图通过一层逻辑规划子模块的搜索最短路径和二层路径规划子模块的整条路径规划，最终获得最终路径。
10、进一步地，所述一层逻辑规划子模块用于获得目标起点至目标终点所经过的最短区域路线；所述二层路径规划子模块用于结合无人车辆运动模型规划实际行走路径。
11、一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，包括以下步骤：
12、步骤一、根据无人车辆的任务特性区分区域地图和道路地图，依据定位感知模块的感知信息，考虑感知系统的不确定性，建立障碍物概率模型；
13、步骤二、地图整合模块建立区域地图生成模块和道路地图生成模块生成的地图之间的拓扑连接关系，生成集群式拓扑地图，输送给分层规划模块；
14、步骤三：分层规划模块通过一层逻辑规划子模块和二层路径规划子模块获取最终路径，其中，一层逻辑规划子模块依据车辆起点和终点位置，结合集群式拓扑地图，进行逻辑区域规划，并将规划信息传给二层路径规划子模块；二层路径规划子模块根据区域的逻辑连接信息，结合车辆运动模型，完成最后详细的路径规划。
15、进一步地，在步骤一中，对于道路地图生成模块，通过选取模糊逻辑理论方法来处理地形特征参数的不确定性，设计地面栅格可通过性系数，包括对崎岖路面点云数据进行栅格化处理，提取计算栅格区域的斜坡坡度值、地面粗糙度值和地面起伏度值，斜坡坡度值、地面粗糙度值和地面起伏度值越大，该区域可通过性越差；
16、具体包括：
17、s1、感知的表面环境信息是由一群离散的三维点p(x,y,z)组成，是对一片区域v表面地形一种离散的表达方式，可表达为，
18、v＝{pi＝(xi,yi,zi),i＝1,2,3……n}
19、其中，(x,y)为该点在二维平面的投影的位置信息，z为该点的高程信息；
20、选取栅格法对点云数据进行建模处理，用数学模型可描述为，
21、v＝{sm,n},0≤m≤l1/h1,0≤n≤w1/h1,sm,n＝{(xi,yi.zi),i＝1,2,3,…,k}
22、其中，l1和w1分别为区域v的长和宽，h1为栅格的分辨率大小；k为单个栅格s所包含的点个数；m和n分别为路面划分的横纵向栅格个数；
23、s2、假设单个栅格分析窗口内有n个点云数据{xi,yi,zi}，采用最小二乘法拟合平面，假设拟合平面方程为，
24、ax+by-z+c＝0
25、s21、由拟合平面方程可得拟合平面法向量为n1＝{a,b,-1}，基准平面的法向量为n2＝{0,0,1}，可得栅格分析窗口拟合平面坡度ip为，
26、
27、对于单个栅格分析窗口拟合平面而言，只存在坡度，不存在地面坡度变化率，地面坡度变化率是衡量栅格之间坡度变化的量，该值越大，代表两栅格之间的坡度变化越大，可用以下公式间接衡量栅格之间坡度变化率i′p，
28、
29、其中，ip为当前栅格坡度，ip-near为周边某栅格的坡度；地面坡度变化率是一个矢量，正值表示该栅格与下一个栅格之间的坡度变化为正向增加，负值表示该栅格与下一个栅格之间的坡度变化为反向减小，零值表示两栅格之间不存在坡度变化；
30、s22、栅格分析窗口内高程数据点到拟合平面的距离为：
31、
32、考虑到地图感知的不确定性影响，为了准确描述栅格分析窗口内地面的粗糙程度，对栅格分析窗口内高程数据点的距离量程dmax进行模糊化处理，距离量程分辨率取l，其中dmax＝max{di}；则可将距离量程划分为区间段，统计每个区间段对应的距离量程内数据点的个数为ni，(i∈(0,1,……,n))，该区间段内距离量程范围为[(i-1)l,il]，则该栅格分析窗口内的地面粗糙度为，
33、
34、当l取高程数据点的精确精度时，d为栅格分析窗口内高程数据点到拟合平面距离的均值；
35、已知，距离量程分辨率l将区间[0，dmax]，分为n区间段，每区间段内数据个数为ni，设有效区间数据个数阈值为n0，若ni≥n0，将该区间标记为有效区间，反之，则为无效区间；
36、s23、取有效区间内数据点距离值的均值中的最大值和最小值作为该栅格地面的起伏度，用公式表示为，
37、
38、其中，j为有效区间的区间下表；
39、为了衡量栅格与栅格之间的可通过性，可采取单栅格地形起伏度提取方式，来提取栅格之间的起伏度值；
40、已知，单栅格分析窗口内高程数据点高程值范围为[zimin,zimax]，取高程量程分辨率h将区间[zimin,zimax]，分为个区间，统计各区间内高程数据个数mi，设有效区间数据个数阈值为m0，若mi≥m0，将该区间标记为有效区间，反之，则为无效区间；
41、取该栅格有效区间内，所有数据点高程值的均值作为该栅格的有效高度h，取两栅格之间有效高度的差值作为栅格之间的地形起伏度值d2，用公式表本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划系统，其特征在于：包括，
2.根据权利要求1所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划系统，其特征在于：所述一层逻辑规划子模块(5)用于获得目标起点至目标终点所经过的最短区域路线；所述二层路径规划子模块(6)用于结合无人车辆运动模型规划实际行走路径。
3.一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于，在步骤一中，对于道路地图生成模块(3)，通过选取模糊逻辑理论方法来处理地形特征参数的不确定性，设计地面栅格可通过性系数，包括对崎岖路面点云数据进行栅格化处理，提取计算栅格区域的斜坡坡度值、地面粗糙度值和地面起伏度值，斜坡坡度值、地面粗糙度值和地面起伏度值越大，该区域可通过性越差；
5.根据权利要求4所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于，在步骤一中，对于道路地图生成模块(3)，需采用基于道路点特征的
6.根据权利要求5所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于：在步骤二中，集群式拓扑地图的构建包括，通过定位感知系统获取感知信息，由状态解算器获取车辆当前位置信息，进行平滑处理并转换到全局坐标系；通过任务分析，划分区域或是道路地图，并生成道路地图和区域地图信息，根据区域地图和道路地图之间的逻辑关系进行拓扑连接处理，生成集群式拓扑地图，传给后台系统存储地图。
7.根据权利要求6所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于：在步骤三中，集群式拓扑地图采用分层规划算法进行全局规划，分层规划分为用于一层逻辑规划的一层逻辑规划子模块(5)和用于二层路径规划的二层路径规划子模块(6)；其中的二层路径规划根据无人车辆的起点和终点所处区域关系，可分为以下两种情形讨论：起点和终点位于同一区域；起点和终点位于不同区域；
8.根据权利要求7所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于：对于二层路径规划子模块(6)，当起点和终点都位于Area区域，为独立的区域规划；当起点位于Area区域，终点位于Road区域，整条规划路径由三部分组成包括区域规划路径、Area-Road连接路径以及road路径；当起点位于Road区域，终点位于Area区域，整条规划路径由三部分组成包括Road路径、Road-area连接路径以及Area规划路径。
9.根据权利要求8所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于：对于Area，Area and road的路径规划方法，Area and Road规划为Area规划路径和Road路线组成。对Area区域进行路径规划，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于：对于Road,Road and Area的路径规划方法，Road and Area连接路径以及Area区域规划路径组成，将Road and Area连接路径与Area规划路径一同规划，Road路径终点为搜索起点，终点位于Area内，
...【技术特征摘要】
1.一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划系统，其特征在于：包括，
2.根据权利要求1所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划系统，其特征在于：所述一层逻辑规划子模块(5)用于获得目标起点至目标终点所经过的最短区域路线；所述二层路径规划子模块(6)用于结合无人车辆运动模型规划实际行走路径。
3.一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于，在步骤一中，对于道路地图生成模块(3)，通过选取模糊逻辑理论方法来处理地形特征参数的不确定性，设计地面栅格可通过性系数，包括对崎岖路面点云数据进行栅格化处理，提取计算栅格区域的斜坡坡度值、地面粗糙度值和地面起伏度值，斜坡坡度值、地面粗糙度值和地面起伏度值越大，该区域可通过性越差；
5.根据权利要求4所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于，在步骤一中，对于道路地图生成模块(3)，需采用基于道路点特征的融合滤波，对高频、短距离位置数据进行滑动均值滤波，得到低频、远距离位置数据；再采用双窗滑动均值滤波低频位置数据，消除位置点间较大的角度误差，最后进行优化滤波，进一步提高路径点的平滑度，具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种面向复杂崎岖地形集群式地图的无人车辆导航路径规划方法，其特征在于：在步骤二中，集群式拓扑地图的构建包括，通过定位感知系统获取感知信息，由状态解算器获取车辆当前位置信息，进行平滑处理并转换到全局坐标系；通过任务分析，划分区域或是道路地图，并生成道路地图和区域地图信息，根据区域地图和道路地图之间的逻辑...
【专利技术属性】
技术研发人员：王开强，李鹏鹏，李卫华，孙庆，刘威，王剑锋，叶贞，周勇，崔志鹏，杨朋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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