一种自动驾驶车辆全局路径规划方法、系统及车辆与流程

1.本发明涉及属于智能驾驶领域，尤其涉及一种自动驾驶车辆全局路径规划方法、系统及车辆。


背景技术：

2.随着自动驾驶技术不断蓬勃发展，自动驾驶技术于低速封闭园区、半开放道路的应用程度越来越成熟。其中该场景下自动驾驶技术主要包括地图定位、环境感知、决策规划、横纵控制。其中规划决策在整个场景自动驾驶技术中，是比较重要的环节之一，决策规划算法类似与人的大脑，其中各项交通规则的制定都会体现在决策规划的规则中，对于过程中遇到的不同环境感知结果，控制车辆进行行为决策，因此高效、准确的建图方法也是其中重要环境之一。
3.目前公认的路径规划算法分为全局路径规划和局部路径规划。普通的路径规划算法主要有迪杰斯特拉算法、a星算法、动态a星算法、混合a星算法等。在传统的路径规划算法中，多数情况是应用在室内机器人领域，于是应用场景为低速商用自动驾驶矿车的路径规划算法相对较少，同时能够满足车辆运动学模型的路径轨迹算法就更少。因此应用于低速商用自动驾驶矿车领域的方法相对还未成熟，还有很多关键技术问题仍然需要解决。


技术实现要素：

4.本发明提供一种自动驾驶车辆全局路径规划方法，方法通过车辆无重叠路径规划算法，满足自动驾驶矿车无重叠路径规划的需求。
5.方法包括：
6.s1、基于惯导设备得到全部地图信息，获取行驶轨迹的全部位置信息，输入值惯导设备中，得到当前车辆位置信息；
7.s2、利用斐波拉契查找算法，把地图的全部坐标数据适配到斐波拉契数列中，适配上相应的数列；
8.s3、根据惯导设备得到当前车辆坐标，再输入终点坐标，利用斐波拉契查找算法生成终点索引，得到终点位置信息；
9.s4、根据当前位置信息与终点位置信息，得到倒车点信息，结合车辆运动学参数，排除重叠轨迹的交叉，生成一条无重叠无碰撞平滑的轨迹路线。
10.进一步需要说明的是，方法中，使用惯导设备得到全部地图信息后，获得行驶轨迹的坐标信息，根据所需要的位置信息进行地图编辑，使用局部坐标系标记横向坐标、纵向坐标、航向坐标位置信息。
11.进一步需要说明的是，步骤s1还包括：
12.1)将惯导设备的初始位置标定到对应车体坐标系下；
13.2)配置惯导定位串口信息，并对串口信息进行驱动处理，获得正确的惯导坐标；
14.3)在车辆行进过程中，使用车辆局部坐标系，通过记录车辆预行驶路径，并生成完
整的坐标图。
15.进一步需要说明的是，步骤s2中，利用斐波拉契查找算法，把地图的全部坐标数据适配到斐波拉契数列中，并获得相应的索引；
16.在查找轨迹路径点时根据索引进行查找。
17.进一步需要说明的是，方法中，根据惯导设备得到当前车辆位置，如得到的当前车辆位置是局部坐标系下的坐标信息，则在局部坐标系下的得到的终点坐标，利用斐波拉契查找算法得到终点位置索引序列。
18.进一步需要说明的是，步骤s2中，
19.1)确定斐波拉契数列的结构，结合地图信息格式进行数据重组，生成特定的斐波拉契数列；
20.2)编写地图的数据填充驱动，使得生成的全局地图，填充到对应斐波拉契数列中；
21.3)在斐波拉契数列中，编写斐波拉契函数数据查找端口。
22.进一步需要说明的是，步骤s3中，
23.1)根据惯导定位设备得到车辆的笛卡尔坐标系下的坐标，把车辆在笛卡尔坐标系中的坐标进行局部坐标系转换的初步工作；
24.2)依据终点坐标信息，使用斐波拉契数列的数据进行驱动程序，确定终点所在位置的索引。
25.本发明还提供一种自动驾驶车辆全局路径规划系统，系统包括：惯导设备、斐波拉契查找模块以及轨迹路线生成模块；
26.惯导设备配置全部地图信息，并获取行驶轨迹的全部位置信息，得到当前车辆位置信息；
27.斐波拉契查找模块用于把地图的全部坐标数据适配到斐波拉契数列中，适配上相应的数列；
28.惯导设备匹配当前车辆坐标，获取输入终点坐标，基于斐波拉契查找模块生成终点索引，得到终点位置信息；
29.轨迹路线生成模块用于根据当前位置信息与终点位置信息，得到倒车点信息，结合车辆运动学参数，排除重叠轨迹的交叉，生成一条无重叠无碰撞平滑的轨迹路线。
30.本发明还提供一种车辆，包括惯导设备、存储器、整车控制器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述整车控制器执行所述程序时实现自动驾驶车辆全局路径规划方法的步骤。
31.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
32.本发明的自动驾驶车辆全局路径规划方法将惯导设备和斐波拉契查找算法相融合，根据斐波拉契查找算法生成的斐波拉契数列、快速找到倒车点位置和终点位置、得到倒车点和终点索引，全局无重叠路径生成模块，根据索引、确定起始点和倒车点、排除重叠轨迹，生成一条车辆平滑通行的轨迹路线。通过对车辆具体位置信息、利用斐波拉契查找算法、全局无重叠路径生成模块得到路径的轨迹点信息，选择合适的轨迹路径发布模式以实现车辆无重叠路径规划算法，从而满足自动驾驶矿车无重叠路径规划的需求。
33.自动驾驶车辆全局路径规划方法可以应用于低速商用自动驾驶车辆，满足重叠路径规划的需求，还能够满足低速封闭区域、半开放道路功能场景需求；并可通过修改相应的
地图信息，结合斐波拉契查找算法，得到倒车点，避免重叠轨迹，生成一条满足车辆实际运行轨迹的曲线。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为自动驾驶车辆全局路径规划方法流程图；
36.图2为自动驾驶车辆全局路径规划方法实施例流程示意图；
37.图3为自动驾驶车辆全局路径规划方法示例效果图；
38.图4为自动驾驶车辆全局路径规划方法路径效果示意图。
具体实施方式
39.如图1所示，本发明提供的自动驾驶车辆全局路径规划方法中既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。数控机床智能诊断方法基础技术一般包括如惯导设备、传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。自动驾驶车辆全局路径规划方法可以基于惯导设备和斐波拉契查找算法相融合，可以实现自动驾驶车辆全局路径规划和分析，有效解决传统的路径规划算法中，低速商用自动驾驶矿车的路径规划算法相对较少，无法满足车辆运动学模型的路径轨迹规划的弊端。
40.自动驾驶车辆全局路径规划方法可以应用于一个或者多个车辆中，所述车辆可以是商用车，或矿场用的卡车等等。车辆具有惯导设备、存储器、整车控制器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，来执行自动驾驶车辆全局路径规划方法。进而满足低速封闭区域、半开放道路功能场景需求；能提供一种简单、准确、快速的全局无重叠的规划路径，来达到低速商用自动驾驶矿车重叠路径规划的轨迹需要。
41.车辆所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(virtual private network，vpn)等。
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1所示，方法包括：
44.s1、基于惯导设备得到全部地图信息，获取行驶轨迹的全部位置信息，输入值惯导设备中，得到当前车辆位置信息；
45.本发明的方法使用惯导定位设备得到全部地图信息后，能够获得行驶轨迹的全部坐标信息，可以依据规划控制模块所需要的位置信息进行地图生成，根据局部坐标系标记横向坐标、纵向坐标、航向信息等数据，不必使用路灯、马路边缘、绿化带等信息，减少自动驾驶系统的运算量。
46.s2、利用斐波拉契查找算法，把地图的全部坐标数据适配到斐波拉契数列中，适配上相应的数列；
47.本发明的实施例中，利用斐波拉契查找算法，把地图的全部坐标数据适配到斐波拉契数列中，并获得相应的索引，便于后期快速查找。其中不在依据局部坐标系信息与索引信息得到成一个新的数据结构进行使用，在获取路径点时，可以根据索引点进行快速查找，不必对比局部坐标系的全部信息进行查找。
48.这样，本发明利用斐波拉契查找算法，把地图的全部坐标数据适配到斐波拉契数列中，并获得相应的索引；在查找轨迹路径点时根据索引进行查找。
49.这里是根据惯导设备得到当前车辆位置，如得到的当前车辆位置是局部坐标系下的坐标信息，则在局部坐标系下的得到的终点坐标，利用斐波拉契查找算法得到终点位置索引序列。
50.s3、根据惯导设备得到当前车辆坐标，再输入终点坐标，利用斐波拉契查找算法生成终点索引，得到终点位置信息；
51.s4、根据当前位置信息与终点位置信息，得到倒车点信息，结合车辆运动学参数，排除重叠轨迹的交叉，生成一条无重叠无碰撞平滑的轨迹路线。
52.本发明实施例是利用斐波拉契查找算法得到终点索引，并快速获得终点坐标信息，并根据当前坐标与终点坐标信息，利用斐波拉契查找算法，根据从起点到终点的位置信息点，并结合车辆运动学参数信息，避免重叠轨迹，生成一条无重叠无碰撞平滑的轨迹路线。能够保证车辆能够正常通行。
53.本发明能够基于惯导设备得到全部地图信息，获取行驶轨迹的全部位置信息，方便用户进行查阅，有效的提升自动驾驶车辆识别路径的准确性。还能够对地图的全部数据高效率地收集、存储，并进行处理，基于自动驾驶的行驶路径以及起点和终点实现过程监控，使用多维空间描述整个自动驾驶过程。提高自动驾驶的精度和准确性，及时发现在自动驾驶的安全，能够满足低速封闭区域、半开放道路功能场景需求，从而实现自动驾驶车辆全局路径规划监督、管理和控制的及时性和科学性。
54.进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例中的具体实施过程，如图2至4所示，提供的自动驾驶车辆全局路径规划方法包括：
55.s11、在使用惯导定位设备得到全部坐标信息后，获得行驶轨迹的全部位置信息。并根据惯导设备，得到确定当前车辆坐标。包括如下步骤：
56.在封闭区域或者半封闭区域内，车辆行驶所遇到的场景、行驶的轨迹是固定的，为了满足低速封闭区域场景的地图生成工作，同时能够快速的获得需要的地图。
57.1)惯导定位设备首先需要进行标定，把惯导定位设备的初始位置标定到对应车体坐标系下。
58.2)配置惯导定位串口数据信息，并对串口信息进行驱动处理，能够获得正确的惯导坐标。
59.3)在车辆行进过程中，使用的是车辆局部坐标系，通过记录车辆预行驶路径，并生成完整的坐标图。
60.s12、利用斐波拉契查找算法，把地图的全部坐标数据适配到斐波拉契数列中，并适配上对应的索引，便于后期快速查找。包括如下步骤：
61.使用斐波拉契数列对来进行标识，其中斐波那契数列包括：1、1、2、3、5、8、13、21、34、
……
在数学上，斐波那契数列以如下被以递推的方法定义：f(0)＝0，f(1)＝1,f(n)＝f
(n-1)+f(n-2)(n≥2，n∈n*)，图3中是斐波拉契算法示意图。通过斐波拉契数列可以把轨迹点进行排列，统一到数列中这样可以减少算法的复杂性，使算法复杂度降到1度。
62.1)确定斐波拉契数列的结构，结合自身地图格式进行数据重组，生成特定的斐波拉契数列。
63.2)编写地图的数据填充驱动，能够使得生成的全局地图，能够正确、高效的填充到对应斐波拉契数列中。
64.3)编写斐波拉契函数的数据读取驱动，能够保证在读取的斐波拉契数列中，数据可以正确、高效的查找到
65.s13、根据惯导设备得到当前车辆位置，输入终点坐标，利用斐波拉契查找算法得到终点位置索引，便于全局无重叠轨迹生成。包括以下步骤：
66.1)根据惯导定位设备得到本车的笛卡尔坐标系下的坐标，然后把本车在笛卡尔坐标系中的坐标进行局部坐标系转换的初步工作。
67.2)通过依据终点坐标信息，使用斐波拉契数列的数据驱动程序，能够快速确定终点所在位置的索引。
68.3)地图上根据终点位置的索引，确定倒车点信息，然后把需要连接的索引都放置到数列中，就获得一条简易的全局无重叠路径轨迹。
69.s14、利用斐波拉契查找算法得到终点索引，得到终点坐标位置，并根据当前位置与终点位置信息，结合车辆运动学参数，得到倒车点信息，同时避免重叠轨迹，生成一条无重叠无碰撞平滑的轨迹路线。
70.图4为自动驾驶车辆全局路径规划方法示例图，在封闭区域或者半封闭区域场景中，使用的车辆型号是固定的，车辆的长、宽、高是确定的，为了实现低速封闭区域场景的车辆控制算法，需要如下步骤：
71.1)因为本车参数是固定的，在标定车辆运动学模型时，能够获得车辆的长、宽、高信息。
72.2)依据上述得到信息，简易的全局无重叠规划路径进行处理，其中主要包括确定起点、终点、倒车点，去噪点、差值等工作，避免重叠轨迹，来得到一条无碰撞平滑的轨迹路线。
73.以下是本公开实施例提供的自动驾驶车辆全局路径规划系统的实施例，该系统与上述各实施例的自动驾驶车辆全局路径规划方法属于同一个发明构思，在自动驾驶车辆全局路径规划系统的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述自动驾驶车辆全局路径规划方法的实施例。
74.系统包括：惯导设备、斐波拉契查找模块以及轨迹路线生成模块；
75.惯导设备配置全部地图信息，并获取行驶轨迹的全部位置信息，得到当前车辆位置信息；
76.斐波拉契查找模块用于把地图的全部坐标数据适配到斐波拉契数列中，适配上相应的数列；
77.惯导设备匹配当前车辆坐标，获取输入终点坐标，基于斐波拉契查找模块生成终点索引，得到终点位置信息；
78.轨迹路线生成模块用于根据当前位置信息与终点位置信息，得到倒车点信息，结
合车辆运动学参数，排除重叠轨迹的交叉，生成一条无重叠无碰撞平滑的轨迹路线。
79.这样，系统能提供了一种简单、准确、快速的全局无重叠的规划路径，来达到低速商用自动驾驶矿车重叠路径规划的轨迹需要；可通过修改相应的地图信息，结合斐波拉契查找算法，得到倒车点，避免重叠轨迹，生成一条满足车辆实际运行轨迹的曲线。
80.本发明提供的自动驾驶车辆全局路径规划系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
81.本发明提供的自动驾驶车辆全局路径规划系统可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或电力服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(示例性的讲利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
82.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。