一种无人驾驶交通载具的导航寻径方法、装置及车辆与流程

本发明涉及一种无人驾驶交通载具的导航寻径方法、装置及车辆，属于物联网、无人驾驶领域。

背景技术：

无人驾驶汽车能够自动规划行驶路径，感知周围的环境，自主进行决策，并控制车辆的执行系统沿期望路径行驶，最终到达目的地。而导航是无人驾驶技术的重要技术，现有的导航技术均是基于地图的寻径，例如，bfs通过一种从起点开始不断扩散的方式来遍历整个图。只要从起点开始的扩散过程能够遍历到终点，那么起点和终点之间一定是连通的，因此他们之间至少存在一条路径，而由于bfs从中心开始呈放射状扩散的特点，它所找到的这一条路径就是最短路径。另一种方法是dijkstra算法，其主要思想是从多条路径中选择最短的那一条，通过记录每个点从起点遍历到它所花费的当前最少长度，在此基础上有人提出了a*算法，其主要思想是有方向地进行扩散，得到尽可能最短的路径，它结合了dijkstra和启发式算法的优点，以从起点到该点的距离加上该点到终点的估计距离之和作为该点在遍历队列中的优先级。实践证明，基本的图搜索算法已经无法满足互联网地图检索实时响应这种性能要求，所以各家公司都有各自的预处理方法：分层或者预计算。具体采用何种方式，这取决于采取的加速算法相关。

注意到，现有的寻径算法都是以驾驶起点为起点，通过遍历的方式建立生长树，这种方式在连通性好的城市道路，其搜索寻径效率和计算复杂度是可以接受的，但是在连通性欠佳的地理区域，例如一些偏远山区，或者人烟稀少的地区，那么现有的寻径算法就显得复杂。如图1所示，假设某一个驾驶路段中，导航从起点s到终点g。根据dijkstra算法或者rrt算法或者a*算法，都是以s作为起点往终点方向进行路径遍历，并且生成路径树，树根为s，如果某一个树叶上出现了g所在的路径，则识别出一条连通路径，有些算法中还加入了代价函数，以计算各条路径的代价。这种寻径方式在该场景下其效率明显较低，可能需要遍历该地图区域中的32条道路(1,2,3等标记为道路编号)才能寻找到连通路径。

技术实现要素：

为了解决在道路连通性欠优的非城区道路的无人驾驶汽车的导航寻径的效率问题，本发明提供了以下技术方案。

一种无人驾驶交通载具的导航寻径方法，方法包括以下步骤：获取当前所在的位置以及目标所在的位置；以当前所在的位置以及目标所在的位置作为参照点，生成虚拟的地图范围；获取虚拟地图范围内的道路，包括道路编号即道路端点信息；修改虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性；删除不连通的道路，从连通的道路中选择一条作为导航路线。

所述道路有至少两个端点。

优选地，所虚拟的地图范围为矩形。

进一步，修改道路的连通性的方法是，将虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性修改为不连通。

更进一步，将虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图边界相交的道路的一个端点修改为该道路与虚拟地图边界的交点，且将该端点修改为null。

更为优选地，从虚拟地图的一个位置起，删除不连通的道路。

可选地，以当前所在的位置以及目标所在的位置作为对角线，并在该对角线上沿当前所在的位置和/或目标所在的位置彼此远离的方向上一定距离上选择点作为顶点生成虚拟的地图范围。

本发明还提供了一种无人驾驶交通载具的导航寻径装置，其特征在于，包括：位置获取单元，位置获取单元获取当前所在的位置以及目标所在的位置；虚拟地图单元，获取位置获取单元的位置信息，并以当前所在的位置以及目标所在的位置作为参考点，生成虚拟的地图范围；路径计算单元，获取虚拟地图单元获取虚拟地图范围内的道路，包括道路编号即道路端点信息；修改虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性；将虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性修改为不连通，并删除不连通的道路，已得到连通的道路；从连通的道路中选择一条作为导航路线。

可选地，所述虚拟图像单元以当前所在的位置以及目标所在的位置作为对角线，并在该对角线上沿当前所在的位置和/或目标所在的位置彼此远离的方向上一定距离上选择点作为顶点生成虚拟的地图范围。

本发明还提供了一种无人驾驶交通载具，包括如上所述的寻径装置。

本发明的技术方案不通过深度或广度搜索算法实现建立连通状态树，不需要经过来回往复的遍历操作，仅需要针对地图信息中的道路端点及道路信息进行删除操作，算法复杂度低，运行效率高。

附图说明

图1为本发明示意性的地图场景；

图2为本发明虚拟地图范围的示意图；

图3为本发明道路及道路端点的示意图；

图4为本发明道路及道路端点删除过程的一个状态示意图；

图5为本发明道路及道路端点删除过程的第二状态示意图；

图6为本发明道路及道路端点删除过程的第三状态示意图；

图7为本发明虚拟地图范围的第二示意图；

图8为本发明修改虚拟地图范围内道路的连通性的示意图；

图9为本在途8基础上进行道路及道路端点删除过程的一个状态示意图；

图10为本发明提供的无人驾驶交通载具导航寻径装置的逻辑图。

具体实施方式

本发明第一实施方式中提供了一种无人驾驶交通载具的导航寻径方法。所述方法包括以下步骤：

步骤1，获取当前所在的位置以及目标所在的位置。当前所在的位置可以理解为驾驶或者导航的起点，目标所在的位置可以理解为终点。常用的获取位置的方式可以是通过卫星定位，例如通过gps，北斗，伽利略或者其他卫星定位系统来确定当前所在的位置以及目标所在的位置，位置信息可以通过经纬度数值来表示。

步骤2，以当前所在的位置以及目标所在的位置作为参考点，所述参考点可以作为一个正方形或者矩形的对角线，或者一个圆周上的两个点，例如沿圆心对称分布在圆周上的点，或者椭圆的焦点，生成虚拟的地图范围。如图2所示，图2中虚拟的矩形为通过s点与g点为对角顶点生成的矩形虚拟地图范围。

步骤3，获取虚拟地图范围内的道路，包括道路编号即道路端点信息。

在本实施方式中，每一条道路都有两个端点，例如道路1的一个端点为s，一个端点为p_1,2,3,31，道路3的端点为p_1,2,3和p_3,4,5，又例如道路6的端点为p_2,6,7和p_6,21,22。特殊情况，例如道路4，以及道路28，这样的道路只有一端与其他道路相连，另一端不与其他道路相连，则不与其他道路相连的端点为空(null)，类似的情况还有道路8,13，30等。其他路段的端点为在图3中示出，但本领域的技术人员应当理解，每一个道路都有两个端点。

步骤4，修改虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性。将虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性修改为不连通。

将虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图边界相交的道路的一个端点修改为该道路与虚拟地图边界的交点，且将该端点修改为null。

且与虚拟地图范围相交的道路的靠近虚拟地图边界的道路的一个端点修改为null，如图3所示的道路1，道路10，其一个端点被修改为与虚拟地图范围边界相交的交点，并且被修改为null。又例如道路15，道路15的两个端点此时都被修改为null。

步骤5，删除不连通的道路。

从虚拟地图的一个或者多个角，或者一条或多条边起，逐个或同时删除不连通的道路。所述不连通的道路为，一个端点为null的道路。在一个实施方式中，从虚拟地图的左上角开始删除道路。例如，道路8,11,10一个端点为null，那么可以逐条或者同时删除，道路15的两个端点均为null,那么道路15也被删除，删除后的状态如图4所示。

注意到，之前道路9的一个端点为p_8,9,10，而随着道路8,10被删除，此时道路9的端点p_8,9,10已经不连接任何其他道路，此时将删除道路后不与其他道路连接的道路的端点也修改为null。那么道路9也会被删除，道路9被删除后，道路7的端点p_8,9,10也被修改为null，如此以来，道路7也被删除。如图5所示。

按照如此算法，虚拟地图区域中的道路被不断删除，最终会得到至少一条从起点s到终点g的连通道路，例如图6所示。如果只存在一条连通路径，则将该连通路径作为导航路线。

在更为优选的实施方式中，为了增加导航路线的可选择性，可以以当前所在的位置以及目标所在的位置作为对角线，并在该对角线上沿当前所在的位置和/或目标所在的位置彼此远离的方向上一定距离上选择点作为顶点生成虚拟的地图范围。即扩大虚拟地图的范围，如图7所示，图7中虚拟的矩形为虚拟地图范围。所述一定距离可以是1公里，0.5公里，或者2公里，或者其他数值范围。

修改虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性。将虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性修改为不连通。

如图8所示，在这种情况下，道路8,12，14,15,24的与虚拟地图边界相交的点为该道路的另一个端点，且被修改为null。同样的情况也存在于道路26,25等等，这里不再穷举。

接下来，删除不连通的道路。即，从虚拟地图的一个或者多个角，或者一条或多条边起，逐个或同时删除不连通的道路。所述不连通的道路为，一个端点为null的道路。在一个实施方式中，从虚拟地图的左上角开始删除道路。例如，道路8，12,13,14,15的一个端点为null，那么可以逐条或者同时删除。按照如此规则，删除不连通道路后的最终状态图如图9所示。在图9中，在起点s和终点g之间存在两条连通的道路，即道路(1,2,6,20，22,23)，以及道路(31，2,6,20，22,23)。加上起点和终点信息，即可得到连通路径(s，道路1,道路2,道路6,道路20，道路22,道路23，g)，连通路径(s，道路31,道路2,道路6,道路20，道路22,道路23，g)。

步骤6，从连通的道路中选择一条作为导航路线。

对于图6的情况，有且仅有一条道路是连通的，那么将该道路作为导航路线。在图9中，存在两条连通道路，那么优先选择一条代价最小的道路作为导航路线。所述代价最小可以是路径最短，或者通行性最好(例如不堵车，无山路等)。也可以让使用者自主选择其中的一条连通道路作为导航路线。

本发明的另一个实施方式中，提供了一种无人驾驶交通载具导航寻径装置。如图10所示，所述装置包括：

位置获取单元，位置获取单元获取当前所在的位置以及目标所在的位置。当前所在的位置为驾驶或者导航的起点，目标所在的位置为导航的中点。常用的获取位置的单元可以是通过卫星定位系统的终端，例如具有通过gps，北斗，伽利略或者其他卫星定位系统来确定当前所在的位置以及目标所在的位置的手持设备，如手机，平板电脑，计算机等，位置信息可以通过经纬度数值来表示。

虚拟地图单元，获取位置获取单元的位置信息，并以当前所在的位置以及目标所在的位置作为对角线，生成虚拟的地图范围。或者以当前所在的位置以及目标所在的位置作为对角线，并在该对角线上沿当前所在的位置和/或目标所在的位置彼此远离的方向上一定距离上选择点作为顶点生成虚拟的地图范围。

路径计算单元，获取虚拟地图单元获取虚拟地图范围内的道路，包括道路编号即道路端点信息。修改虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性。将虚拟地图范围中不包含当前所在的位置以及目标所在的位置，且与虚拟地图范围相交的道路的连通性修改为不连通，并删除不连通的道路，已得到连通的道路。从连通的道路中选择一条作为导航路线。

本发明还提供了一种无人驾驶交通载具，包括如上所述的寻径装置。

本发明的技术方案不通过深度或广度搜索算法实现建立连通状态树，不需要经过来回往复的遍历操作，仅需要针对地图信息中的道路端点及道路信息进行删除操作，算法复杂度低，运行效率高。很好地解决了无人驾驶交通载具在连通性欠佳的道路环境中导航时自动快速地寻径问题。