一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划方法及装置与流程

本发明涉及导航系统及电子地图技术领域，具体涉及一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划方法及装置。

背景技术：

随着高精度地图的采集和制作愈发成熟以及自动驾驶技术的兴起，传统地图的导航系统中仅仅是基于Link拓扑网的路线规划在导航时并不能反映车道级的行驶情况，传统的路线规划结果已经不能满足车道级导航系统的各种应用。因此以高精度地图为基础结合传统地图，提供路线规划在车道级的应用并且能提供可用的车辆变道方法变得尤为重要。

相关名词解释：

1.Link

导航地图中用于表示道路连通网络而虚拟出来的结点NODE和NODE之间通路的曲线型对象，由起始点NODE和终止点NODE，和若干形状点组成。可以近似的理解为现实道路连接两个路口的一段道路。

2.传统地图

表示基于Link的拓扑网元素组成的地图。

3.Lane

表示Link上的一个车道，如图1所示。

4.高精度地图

表示基于Lane的拓扑网元素组成的地图，相较于传统地图地理信息更精确。

3.Lane connectorId

车道中心线两个端点的序号，用来标识有效的车道链接。

4.LaneGroup

表示具有相同行驶方向、相同区间范围的一组车道集合。一条Link可能会切割成多个LaneGroup，一个LaneGroup又包含多条Lane，如图1所示。

5.虚拟Lane

人为构造的和高精度Lane一样具有相同属性的车道，比如一条Link可以作为一个虚拟Lane构造。

6.权值

表示当前Lane的通行代价，由Lane的原始代价和预估代价组成，其中原始代价指Lane的长度，预估代价指Lane的终点到目的地终点的球面坐标距离。

7.A*算法

是指一种静态路网中求解最短路最有效的直接搜索方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：在现有导航系统中，路线规划只能应用于传统地图和高精度地图都覆盖的区域，而由于高精度地图区域覆盖不广，导致只要规划的路线有一段不在高精度地图区域内，整个路线规划结果都无法应用高精度地图的要素。本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种统一的车道模型，来解决只有传统地图而没有高精度地图的区域里，也能实现基于高精度车道的路线规划，从而最大限度地利用高精度地图的要素。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划方法，包括以下步骤：

步骤1，根据获取的起点和终点坐标，结合传统路线规划得到基于传统Link的路径规划结果；

步骤2，将起点匹配到起点坐标所在Link关联的车道Lane上，将终点匹配到终点所在Link关联的车道Lane上,得到起点和终点的匹配车道Lane；

步骤3，在基于传统Link的路径规划结果范围内，寻找所述起点匹配的车道Lane的接续Lane，直到所述终点匹配的车道Lane为止，构造基于车道Lane的拓扑网；

步骤4，基于所述拓扑网的路线规划，得到从起点至终点的车道级规划结果。

进一步，所述步骤1包括以下子步骤：

步骤101，根据设定的起点和终点坐标，分别将起点或终点坐标匹配到最近的传统Link上；

步骤102，从起点所匹配的传统Link开始通过A*算法不断寻找接续，直到寻找到终点所匹配的传统Link为止，得到一条完整的路径序列，即为基于传统Link的路线规划结果。

进一步，所述步骤2包括以下子步骤：

步骤201，判断起点和终点所在的传统Link是否有关联的车道Lane信息；

步骤202，若存在关联的车道Lane信息，则将所述关联的车道Lane信息作为起点或终点的匹配车道Lane,将起点或终点匹配到所述传统Link关联的车道Lane上；否则执行步骤203；

步骤203，将起点和终点所在的传统Link构造成虚拟车道Lane，并将所述虚拟车道Lane信息作为起点或终点的匹配车道Lane，将起点或终点匹配到所述传统Link关联的车道Lane上。

进一步，所述步骤202包括：

获取起点、终点所在传统Link关联的所有LaneGroup集合；

依次遍历LaneGroup集合中的每条车道Lane，将起点或终点坐标分别对每条车道Lane做投影操作，得到起点或终点与每条车道Lane的匹配点和匹配距离；

选取与起点匹配距离最小的车道Lane作为起点的匹配车道Lane，选取与终点匹配距离最小的车道Lane作为终点的匹配车道Lane，得到起点和终点的匹配车道Lane。

进一步，所述步骤203包括：

将起点和终点所在的传统Link构造成虚拟车道Lane，将起点匹配到所述传统Link上的匹配点作为虚拟车道Lane的起点，该传统Link的逻辑终点作为虚拟车道Lane的终点，得到起点的匹配车道Lane；

将终点匹配到Link上的匹配点作为虚拟车道Lane的终点，Link的逻辑起点作为虚拟车道Lane的起点，得到终点的匹配车道Lane。

进一步，所述步骤3包括：

步骤301，将起点匹配的车道Lane作为当前车道Lane并寻找当前车道Lane的接续Lane；

步骤302，判断当前车道Lane的区间范围是否覆盖当前Link的逻辑终点，如果不是，则当前车道Lane的接续Lane位于当前Link上，执行步骤303，如果是，则当前车道Lane的接续Lane位于传统路线规划结果的下一条Link上，执行步骤304；所述当前Link为当前车道Lane所在的Link；

步骤303，获取当前Link关联的LaneGroup集合，判断当前车道Lane在当前Link通行方向上的后续部分是否存在LaneGroup；

如果存在，则将相接的LaneGroup中当前车道Lane对应的车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane，执行步骤305；

如果不存在，则将当前Lane在当前Link通行方向上的后续部分构造成虚拟Lane作为当前Lane的接续Lane，执行步骤305；

步骤304，获取下一条Link上关联的LaneGroup集合，判断下一条Link上是否存在LaneGroup；

如果存在，则判断下一条Link通行方向上的第一个LaneGroup的区间范围是否覆盖到所述下一条Link的逻辑起点，如果是，则将LaneGroup中当前车道Lane对应的车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane，如果不是，则将所述下一条Link的逻辑起点到第一个LaneGroup的这部分区间构造虚拟车道Lane，作为当前车道Lane的接续Lane，执行步骤305；

如果不存在，则将下一条Link构造成虚拟车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane，执行步骤305；

步骤305，将获取到的接续Lane计算其权值后存入链表结构中，接续Lane的前驱指向当前Lane，然后取权值最优的接续Lane作为新的当前Lane，判断当前车道Lane是否为终点所在车道Lane，如果是，则成功找到路径，构造基于车道Lane的拓扑网，如果不是，则跳转至步骤302。

进一步，所述步骤4包括：

基于所述拓扑网，依次找寻所述链表结构中的最后一条车道Lane前向车道Lane，由此得到一条完成的车道Lane结果集，即为从起点至终点的车道级规划结果。

本发明的有益效果是：不仅可以提供高精度地图区域的车道级路线规划结果以及可用的车辆变道方法，还能解决因高精度地图覆盖范围不够广阔，导致路线规划到传统地图区域不能成功的问题。

本发明另一方面提供一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划装置，包括：

传统路径规划模块，用于根据获取的起点和终点坐标，结合传统路线规划得到基于传统Link的路径规划结果；

Lane匹配模块，用于将起点匹配到起点坐标所在Link关联的车道Lane上，将终点匹配到终点所在Link关联的车道Lane上,得到起点和终点的匹配车道Lane；

车道级拓扑网生成模块，用于在基于传统Link的路径规划结果范围内，寻找所述起点匹配的车道Lane的接续Lane，直到所述终点匹配的车道Lane为止，构造基于车道Lane的拓扑网；

车道级规划结果生成模块，基于所述拓扑网的路线规划，得到从起点至终点的车道级规划结果。

进一步，所述传统路径规划模块，具体用于：

根据设定的起点和终点坐标，分别将起点或终点坐标匹配到最近的传统Link上；

从起点所匹配的传统Link开始通过A*算法不断寻找接续，直到寻找到终点所匹配的传统Link为止，得到一条完整的路径序列，即为基于传统Link的路线规划结果。

进一步，所述Lane匹配模块，具体用于：

判断起点和终点所在的传统Link是否有关联的车道Lane信息；

若存在关联的车道Lane信息，则将所述关联的车道Lane信息作为起点或终点的匹配车道Lane,将起点或终点匹配到所述传统Link关联的车道Lane上；否则将起点和终点所在的传统Link构造成虚拟车道Lane，并将所述虚拟车道Lane信息作为起点或终点的匹配车道Lane，将起点或终点匹配到所述传统Link关联的车道Lane上。

进一步，所述车道级拓扑网生成模块，具体用于：

将起点匹配的车道Lane作为当前车道Lane并寻找当前车道Lane的接续Lane；

判断当前车道Lane的区间范围是否覆盖当前Link的逻辑终点，如果不是，则当前车道Lane的接续Lane位于当前Link上，如果是，则当前车道Lane的接续Lane位于传统路线规划结果的下一条Link上；所述当前Link为当前车道Lane所在的Link；

若当前车道Lane的接续Lane位于当前Link上，获取当前Link关联的LaneGroup集合，判断当前车道Lane在当前Link通行方向上的后续部分是否存在LaneGroup；如果存在，则将相接的LaneGroup中当前车道Lane对应的车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane；如果不存在，则将当前Lane在当前Link通行方向上的后续部分构造成虚拟Lane作为当前Lane的接续Lane；

若当前车道Lane的接续Lane位于传统路线规划结果的下一条Link上，获取下一条Link上关联的LaneGroup集合，判断下一条Link上是否存在LaneGroup；如果存在，则判断下一条Link通行方向上的第一个LaneGroup的区间范围是否覆盖到所述下一条Link的逻辑起点，如果是，则将LaneGroup中当前车道Lane对应的车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane，如果不是，则将所述下一条Link的逻辑起点到第一个LaneGroup的这部分区间构造虚拟车道Lane，作为当前车道Lane的接续Lane；如果不存在，则将下一条Link构造成虚拟车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane；

将获取到的接续Lane计算其权值后存入链表结构中，接续Lane的前驱指向当前Lane，然后取权值最优的接续Lane作为新的当前Lane，判断当前车道Lane是否为终点所在车道Lane，如果是，则成功找到路径，构造基于车道Lane的拓扑网，如果不是，继续当前车道Lane的接续Lane。

进一步，所述车道级规划结果生成模块，具体用于：

基于所述拓扑网，依次找寻所述链表结构中的最后一条车道Lane前向车道Lane，由此得到一条完成的车道Lane结果集，即为从起点至终点的车道级规划结果。

本发明的有益效果是：不仅可以提供高精度地图区域的车道级路线规划结果以及可用的车辆变道方法，还能解决因高精度地图覆盖范围不够广阔，导致路线规划到传统地图区域不能成功的问题。

附图说明

图1是车道模型示意图；

图2是本发明提供的一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划方法的流程图；

图3是本发明提供的一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划装置的结构示意图；

图4是起点或终点匹配到车道的示意图；

图5是当前车道寻找接续的示意图；

图6是变道示意图；

图7是从高精度地图到传统地图的示意图；

图8是从传统地图到高精度地图的示意图；

图9是寻找接续和终点相遇的示意图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图2是本发明提供的一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划方法流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤1，根据获取的起点和终点坐标，结合传统路线规划得到基于传统Link的路径规划结果；

步骤101，根据设定的起点和终点坐标，分别将起点或终点坐标匹配到最近的传统Link上；

步骤102，从起点所匹配的传统Link开始通过A*算法不断寻找接续，直到寻找到终点所匹配的传统Link为止，得到一条完整的路径序列，即为基于传统Link的路线规划结果。

步骤2，将起点匹配到起点坐标所在Link关联的车道Lane上，将终点匹配到终点所在Link关联的车道Lane上,得到起点和终点的匹配车道Lane；

步骤201，判断起点和终点所在的传统Link是否有关联的车道Lane信息；若存在关联的车道Lane信息，则执行步骤202，否则执行步骤203；

步骤202，获取起点、终点所在传统Link关联的所有LaneGroup集合；

依次遍历LaneGroup集合中的每条车道Lane，将起点或终点坐标分别对每条车道Lane做投影操作，得到起点或终点与每条车道Lane的匹配点和匹配距离；

选取与起点匹配距离最小的车道Lane作为起点的匹配车道Lane，选取与终点匹配距离最小的车道Lane作为终点的匹配车道Lane，得到起点和终点的匹配车道Lane。

步骤203，将起点和终点所在的传统Link构造成虚拟车道Lane，将起点匹配到所述传统Link上的匹配点作为虚拟车道Lane的起点，该传统Link的逻辑终点作为虚拟车道Lane的终点，得到起点的匹配车道Lane；

将终点匹配到Link上的匹配点作为虚拟车道Lane的终点，Link的逻辑起点作为虚拟车道Lane的起点，得到终点的匹配车道Lane。

步骤3，在基于传统Link的路径规划结果范围内，寻找所述起点匹配的车道Lane的接续Lane，直到所述终点匹配的车道Lane为止，构造基于车道Lane的拓扑网；具体包括：

步骤301，将起点匹配的车道Lane作为当前车道Lane并寻找当前车道Lane的接续Lane；

步骤302，判断当前车道Lane的区间范围是否覆盖当前Link的逻辑终点，如果不是，则当前车道Lane的接续Lane位于当前Link上，执行步骤303，如果是，则当前车道Lane的接续Lane位于传统路线规划结果的下一条Link上，执行步骤304；所述当前Link为当前车道Lane所在的Link；

步骤303，获取当前Link关联的LaneGroup集合，判断当前车道Lane在当前Link通行方向上的后续部分是否存在LaneGroup；

如果存在，则将相接的LaneGroup中当前车道Lane对应的车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane，执行步骤305；

如果不存在，则将当前Lane在当前Link通行方向上的后续部分构造成虚拟Lane作为当前Lane的接续Lane，执行步骤305；

步骤304，获取下一条Link上关联的LaneGroup集合，判断下一条Link上是否存在LaneGroup；

如果存在，则判断下一条Link通行方向上的第一个LaneGroup的区间范围是否覆盖到所述下一条Link的逻辑起点，如果是，则将LaneGroup中当前车道Lane对应的车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane，如果不是，则将所述下一条Link的逻辑起点到第一个LaneGroup的这部分区间构造虚拟车道Lane，作为当前车道Lane的接续Lane，执行步骤305；

如果不存在，则将下一条Link构造成虚拟车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane，执行步骤305；

步骤305，将获取到的接续Lane计算其权值后存入链表结构中，接续Lane的前驱指向当前Lane，然后取权值最优的接续Lane作为新的当前Lane，判断当前车道Lane是否为终点所在车道Lane，如果是，则成功找到路径，构造基于车道Lane的拓扑网，如果不是，则跳转至步骤302。

步骤4，基于所述拓扑网，依次找寻所述链表结构中的最后一条车道Lane前向车道Lane，由此得到一条完成的车道Lane结果集，即为从起点至终点的车道级规划结果。

本发明不仅可以提供高精度地图区域的车道级路线规划结果以及可用的车辆变道方法，还能解决因高精度地图覆盖范围不够广阔，导致路线规划到传统地图区域不能成功的问题。

本发明另一方面提供一种一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划装置，包括：

传统路径规划模块，用于根据获取的起点和终点坐标，结合传统路线规划得到基于传统Link的路径规划结果；

Lane匹配模块，用于将起点匹配到起点坐标所在Link关联的车道Lane上，将终点匹配到终点所在Link关联的车道Lane上,得到起点和终点的匹配车道Lane；

车道级拓扑网生成模块，用于在基于传统Link的路径规划结果范围内，寻找所述起点匹配的车道Lane的接续Lane，直到所述终点匹配的车道Lane为止，构造基于车道Lane的拓扑网；

车道级规划结果生成模块，基于所述拓扑网的路线规划，得到从起点至终点的车道级规划结果。

进一步，所述传统路径规划模块，具体用于：

根据设定的起点和终点坐标，分别将起点或终点坐标匹配到最近的传统Link上；

从起点所匹配的传统Link开始通过A*算法不断寻找接续，直到寻找到终点所匹配的传统Link为止，得到一条完整的路径序列，即为基于传统Link的路线规划结果。

进一步，所述Lane匹配模块，具体用于：

判断起点和终点所在的传统Link是否有关联的车道Lane信息；

若存在关联的车道Lane信息，则将所述关联的车道Lane信息作为起点或终点的匹配车道Lane,将起点或终点匹配到所述传统Link关联的车道Lane上；否则将起点和终点所在的传统Link构造成虚拟车道Lane，并将所述虚拟车道Lane信息作为起点或终点的匹配车道Lane，将起点或终点匹配到所述传统Link关联的车道Lane上。

进一步，所述车道级拓扑网生成模块，具体用于：

将起点匹配的车道Lane作为当前车道Lane并寻找当前车道Lane的接续Lane；

判断当前车道Lane的区间范围是否覆盖当前Link的逻辑终点，如果不是，则当前车道Lane的接续Lane位于当前Link上，如果是，则当前车道Lane的接续Lane位于传统路线规划结果的下一条Link上；所述当前Link为当前车道Lane所在的Link；

若当前车道Lane的接续Lane位于当前Link上，获取当前Link关联的LaneGroup集合，判断当前车道Lane在当前Link通行方向上的后续部分是否存在LaneGroup；如果存在，则将相接的LaneGroup中当前车道Lane对应的车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane；如果不存在，则将当前Lane在当前Link通行方向上的后续部分构造成虚拟Lane作为当前Lane的接续Lane；

若当前车道Lane的接续Lane位于传统路线规划结果的下一条Link上，获取下一条Link上关联的LaneGroup集合，判断下一条Link上是否存在LaneGroup；如果存在，则判断下一条Link通行方向上的第一个LaneGroup的区间范围是否覆盖到所述下一条Link的逻辑起点，如果是，则将LaneGroup中当前车道Lane对应的车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane，如果不是，则将所述下一条Link的逻辑起点到第一个LaneGroup的这部分区间构造虚拟车道Lane，作为当前车道Lane的接续Lane；如果不存在，则将下一条Link构造成虚拟车道Lane作为当前车道Lane的接续Lane；

将获取到的接续Lane计算其权值后存入链表结构中，接续Lane的前驱指向当前Lane，然后取权值最优的接续Lane作为新的当前Lane，判断当前车道Lane是否为终点所在车道Lane，如果是，则成功找到路径，构造基于车道Lane的拓扑网，如果不是，继续当前车道Lane的接续Lane。

进一步，所述车道级规划结果生成模块，具体用于：

基于所述拓扑网，依次找寻所述链表结构中的最后一条车道Lane前向车道Lane，由此得到一条完成的车道Lane结果集，即为从起点至终点的车道级规划结果。

具体的，本发明提供的一种基于高精度地图和传统地图结合的路径规划方法的具体实施方式如下：

在开始之后包括以下步骤：

1)将起点、终点匹配到Link关联的车道Lane上

具体方法分为以下三步：

1.1)获取该Link上所有的LaneGroup信息，如图4所示，Link上关联的有LaneGroup1和LaneGroup2，每个LaneGroup都有三个车道；

1.2)将起点或终点坐标依次向每个车道中心线上作投影，如果垂足在当前投影的车道上则返回垂足到目标点的距离，如果垂足不在当前投影的车道上，则返回车道的终点到目标点的距离，由此可得到6个匹配距离；

1.3)判断比较匹配距离，匹配距离最小的车道即为最近的匹配Lane

1.3.1)对于起点，从匹配点开始到Lane的终点这部分作为起始车道，开始寻找接续；

1.3.2)对于终点，从Lane的起点到匹配点这部分作为终止车道。

2)沿着传统路线规划Link集序列，寻找当前Lane的接续，如图5所示：

2.1)当前Lane所在位置为Link11上的LaneGroup2中的0号车道，其接续在下一条Link上寻找，Link11的尾结点有两条脱出Link——Link12和Link13，但是已知传统的link集序列是从Link11—>link13，所以不会去寻找Link12上关联的Lane信息；

2.2)获取Link13上关联的LaneGroup信息，得到通行方向上的第一个车道组——LaneGroup4，通过当前Lane的终点connectorId号找到起始connectorId号与之相同的Lane，即为下一条接续Lane，计算接续Lane的权值。

3)变道处理，如图6所示：

当前Lane所在位置为Link22上的LaneGroup7中的1号车道，其接续在同一条link上的车道组LaneGroup8中，此时理论上，车辆有三种行驶方式，可以直走继续行驶1号车道，也可以左变道走LaneGroup8中的2号车道，或者右变道走LaneGroup8中的0号车道。但实际车道级路线规划过程中，需要结合当前Lane的左右边界线属性以及交通规制，如果为虚线且没有禁止通行规制则虚线侧可以变道，如果为实线或者有禁止通行规制则实线侧不能变道。图6所示的LaneGroup7中的Lane1左右两侧边界线都为虚线且没有交通规制，所以其接续可以为LaneGroup8中的任一车道。

4)路线规划从高精度地图到传统地图区域，如图7所示：

车道级路线规划到Link23的LaneGroup8中的2号车道，此时其接续在传统地图区域；

4.1)获取LaneGroup8在Link23通行方向上靠近尾结点一侧的交叉点Node，以此Node点到Link23的逻辑终点这部分构造为虚拟Lane作为当前Lane的接续，其中Node点坐标作为虚拟Lane起点坐标，Link23作为虚拟Lane的终点坐标；

4.2)以虚拟Lane作为当前寻找接续的Lane继续沿着传统路线Link序列寻找新的接续。

5)路线规划从传统地图区域到高精度地图区域，如图8所示：

当前路线规划的Lane所在位置在Link44上，其接续在下一条Link上；

5.1)获取下一条Link上的LaneGroup信息，发现第一个车道组LaneGroup18并没有覆盖到Link45的起点位置，因此当前Link一部分在传统地图还有一部分在高精度地图拥有Lane信息；

5.2)获取LaneGroup18在Link45逻辑起点一侧的交叉点Node，从Link45的逻辑起点到交叉点Node这部分作为虚拟Lane构造，Link45的逻辑起点作为虚拟Lane的起点，交叉点Node作为虚拟Lane的终点；

5.3)继续寻找Link45上的虚拟Lane的接续，其接续在高精度地图区域为LaneGroup18，以LaneGroup18中的任一车道作为其接续。

6)寻找接续Lane和终点相遇，如图9所示：

当前路线规划的Lane所在位置在Link45的LaneGroup18中的2号车道，寻找其接续Lane时为LaneGroup18的2号车道，刚好与终点所在车道吻合，即为找到路径，然后依次输出其前向Lane，得到一个完整的车道级路线规划Lane结果集，结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。