一种工作区域内无人驾驶多车路权管控方法和系统与流程

本发明专利属于交通控制领域，涉及无人车辆在限定区域内的多车路权仲裁和交通控制方法。

背景技术：

1、在无人驾驶系统中，不同车辆根据当前位置和它的目的地，可以调用路径规划算法为其计算出路径点集。但是如果在一个作业区内，例如装载区或者卸载区，多车同时作业，这时候他们的路线难免会产生交叉。在无人驾驶运输过程中，多车同时运行、路口征用是不可避免的场景。由于多辆无人车的路径可能存在交汇或冲突，因此需要设置合理的路权控制策略以此来管理无人车辆对于冲突区域的占用以及同行顺序，权衡并平衡不同车辆之间的利益，避免出现碰撞和堵车等问题。同时还需要考虑如何优化交通流量，提高道路通行效率。路权管控方法和系统可以防止无人车发生路径交互、碰撞等危险事故，提升工作区内设备通行效率。

2、专利cn202210468073.8提供了矿山无人运输的交通管制系统和方法，获取车辆的定位信息，根据定位信息、矿山无人运输区域的路段信息以及车辆的出发点和终点信息生成车辆的行驶路径，路段信息包括路段的属性、路段内线路的属性以及各路段的容量信息；通过通讯装置将车辆的行驶路径传输给车辆以使得车辆按照行驶路径行驶。将地图中道路划分成不同属性的路段，不同属性的路段有各自的行驶规则与可容纳车辆，作为交通控制计算的因素，从而实现线路中无人车辆的统筹管控。但是，专利cn202210468073.8根据道路路段的不同属性，作为交通控制计算的因素，从而实现线路中无人车辆的统筹管控。此方案需要事先对地图中的道路进行人工设置或审核属性，一旦属性设置错误，将会导致卡死等意外情况出现。

3、专利cn202310311637.1公开了一种露天矿山无人驾驶车的路权冲突检测方法及系统，通过从矿区地图中获取只能供单车通行的关键点，并以关键点为中心规划多边形的路权冲突易发区，从而在无人驾驶车进入路权冲突易发区之前，对车辆可能存在的路权冲突进行检测，通过提前检测的做法，能够让车停在路权冲突易发区之外，能够避免车辆相向或者测量撞车。但是，专利cn202310311637.1获取只能供单车通行的关键点，以此关键点为中心规划多边形的路权冲突易发区，允许车辆独占通行。此方案需要事先确定单车通行的关键点，生成的区域会被独占，一方面面临人工选择操作的问题，另一方面无法解决单行/双行反复出现，从而造成的远处无人车进入单行路口导致的卡死问题，控制粒度很粗。

4、专利cn202211024600.2提供了一种基于露天矿多场景的路权动态管控方法，路权计算单元根据gps位置信息，路权计算单元根据路权控制单元的指示，按照工作区场景的类型，计算每个无人驾驶车辆的安全缓冲区域，制定路权分配策略；基于路权分配策略，并将路权分配给每个无人驾驶车辆。但是，专利cn202211024600.2需要设置场景类型，以此来决策是否允许多车入场作业。但是人工设置不及时，也可能出错。另外，此专利要求路径不冲突才可以多车作业，实际作业过程中，作业区路径交叉是常态，因此专利中描述方法作业效率很低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种工作区域内无人驾驶多车路权管控方法和系统，平衡不同车辆之间的利益，避免出现碰撞和堵车等问题，确保高安全性和高效率。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种工作区域内无人驾驶多车路权管控方法，包括以下步骤：

4、步骤1：获取车辆的位置以及预先为车辆规划的车辆路径点集；根据车辆的位置以及预先为车辆规划的车辆路径点集，建立索引属性集；

5、步骤2：根据车辆的车辆路径点集，形成车道并将车道划分为冲突区和非冲突区；

6、步骤3：根据计算出的冲突区和非冲突区，计算出车辆车道的各点车辆容量，并将所述各点车辆容量设置为索引属性集中对应点的容量属性；

7、步骤4：计算当车辆同向或对向行驶时的冲突区及区域内点的容量变化，得到车辆容量，更新索引属性集中对应点的容量属性；

8、步骤5：基于索引属性集，沿着各车辆当前位置往前搜索预设长度内的容量属性满足条件的点，得到预设长度的路径点集，将预设长度的路径点集输出给车辆，控制车辆根据所述预设长度的路径点集行走。

9、进一步的，获取车辆的位置以及预先为车辆规划的车辆路径点集，根据车辆的位置以及预先为车辆规划的车辆路径点集，建立索引属性集，包括：

10、通过路径规划算法会生成距离相同，固定间隔的路径节点。路径规划算法采用混合a*算法。

11、对所述车辆路径点集进行排序；

12、从车辆即将要行驶的第一个点开始，编号为0，之后依次递增，为其建立索引，同时建立索引属性集。

13、进一步的，根据车辆的车辆路径点集，形成车道并将车道划分为冲突区和非冲突区，包括：

14、步骤2.1：将车辆的车辆路径点集向外膨胀，得到车辆车道；对于当前车道，与其他已存在的车道进行相交计算，得出独立冲突区；

15、步骤2.2：检测各独立冲突区之间是否应该合并，合并应当合并的独立冲突区为一个冲突区，依次向后检索，直至道路尽头；

16、步骤2.3：为冲突区建立索引，保存其空间图形和此冲突区对应的车道、对应车道上的进入和离开节点的节点索引相关信息。

17、进一步的，将车辆的车辆路径点集向外膨胀，将路径点集的径向增加必要的车宽和车间距，拓展膨胀一定距离得到多边形区域，即车道。

18、进一步的，步骤2.2：检测各独立冲突区之间是否应该合并，包括：

19、如果任意两个独立冲突区域的距离小于车辆膨胀之后的长度阈值，这两个独立冲突区合并为一个冲突区，依次进行。

20、进一步的，步骤3：根据计算出的冲突区和非冲突区，计算出车辆车道的各点车辆容量，并将所述各点车辆容量设置为索引属性集中对应点的容量属性，包括：

21、步骤3.1：经过冲突区处理后的车道，变成了若干个由冲突区和非冲突区组成的多边形区域，同时记录下不同区域对应此道路上的开始节点和结束节点；

22、步骤3.2：所有冲突区的容量均为1，在非冲突区，道路的容量根据其长度或区域大小和无人车辆膨胀后的大小相除获得。

23、步骤3.3：为所属区域对应的点设置容量属性，属性值已道路尽头为1开始，依次向后计算，向道路起点方向，依次累加各区域对应范围内的容量，将此容量设置给道路节点。

24、步骤3.4：计算每个点当前承载车辆数量为：此点及此点向后，到第一个被对向车辆占用的冲突区或道路尽头为止，所有车辆的数量总和。

25、进一步的，无人车辆膨胀后的大小为车辆静止时的膨胀大小，无人车辆膨胀后的大小＝行驶方向前方膨胀+行驶方向速度膨胀+车辆本体膨胀。

26、进一步的，步骤4：计算当车辆同向或对向行驶时的冲突区及区域内点的容量变化，得到车辆容量，更新索引属性集中对应点的容量属性，包括：

27、当存在车辆同向通过前方冲突区时，冲突区的容量不变，此冲突区之前的路线上的点，容量不改变。所述前方冲突区为索引值大于当前点的方向的冲突区；所述冲突区之前的路线为即索引值小于此冲突区当前点索引值的路线；

28、当有车辆对向通过前方冲突区时，当前车道在区域内所有的点容量均变为0。同时，以此冲突区为起点，重新计算本车道此冲突区之前点的容量。

29、当冲突区内的对向行驶车辆离开后，此冲突区的所有改变的点容量恢复改变之前的值。同时，此道路上之前由于冲突区改变点容量的点的容量，也都恢复之前的值。

30、进一步的，车辆同向或对向行驶的判断方法包括：

31、通过此路径点的航向与车辆当前行驶航向进行判断，夹角为60度以内，属于同向车辆；否则则属于对向车辆。

32、进一步的，步骤5：基于索引属性集，沿着各车辆当前位置往前搜索预设长度内的容量属性满足条件的点，得到预设长度的路径点集，将预设长度的路径点集输出给车辆，控制车辆根据所述预设长度的路径点集行走，包括：

33、基于索引属性集，沿着各车辆当前位置往前搜索预设长度内的容量属性大于当前承载车辆数量的点，加入预设长度的路径点集中；

34、将预设长度的路径点集输出给车辆，控制车辆根据所述预设长度的路径点集行走；

35、如果车辆行驶到预设长度的路径点集的末端且无新的预设长度的路径点集下发，则控制车辆停止在预设长度的路径点集的末端点。

36、进一步的，所述方法还包括：

37、当多个车辆同时争用一个区域时，裁决出车辆通过的通行优先级：获取车辆的优先级评价维度数据，依次比较优先级评价维度，当某一维度的数据不一致时，裁决出车辆的通行优先级；

38、通过车辆通过的通行优先级更新索引属性集中对应点的容量属性：通行优先级最高的车辆的索引属性集中对应点的容量属性不受影响，优先权低的车辆在当前车道在区域内所有的点容量均变为0。同时，以此冲突区为起点，重新计算本车道此冲突区之前点的容量。

39、当冲突区内的优先权高的车辆离开后，此冲突区的所有改变的点容量恢复改变之前的值。同时，此道路上之前由于冲突区改变点容量的点的容量，也都恢复之前的容量。

40、进一步的，优先级评价维度包含：车辆载重、车辆通过此区域的路程长度、车辆速度、上坡/下坡几个维度。

41、比较争用一个区域车辆的车辆载重，载重大的优先，

42、如果载重相同，则比较车辆通过此区域的路程长度，长的优先，

43、如果车辆通过此区域的路程长度相同，则比较车辆速度，速度快的优先；

44、如果车辆速度相同，则比较上坡/下坡，下坡的优先；

45、若得到的优先级均相同，则按照车辆vin码进行排序。

46、进一步的，所述方法还包括：

47、根据车辆的行驶方向和速度，动态计算车辆的独占区域；

48、独占区域只能由此车辆独占，任何车辆无权获取此区域包含的路径点权限。独占区域沿着路线延伸。若独占区域与其他车辆的独占区域重叠，则该车辆不会继续申请该车道的后续路权。

49、独占区域的膨胀与速度的平方成正比例关系，独占区域＝行驶方向前方膨胀+行驶方向速度膨胀+车辆本体膨胀+行驶速度后方膨胀。

50、第二方面，本发明提供一种工作区域内无人驾驶多车路权管控系统，包括：

51、路径索引整理模块，用于获取车辆的位置以及预先为车辆规划的车辆路径点集；根据车辆的位置以及预先为车辆规划的车辆路径点集，建立索引属性集；

52、冲突区域计算和索引模块，用于根据车辆的车辆路径点集，形成车道并将车道划分为冲突区和非冲突区；

53、区域容量计算模块，用于根据计算出的冲突区和非冲突区，计算出车辆车道的各点车辆容量，并将所述各点车辆容量设置为索引属性集中对应点的容量属性；

54、会车冲突容量计算模块，用于计算当车辆同向或对向行驶时的冲突区及区域内点的容量变化，得到车辆容量，更新索引属性集中对应点的容量属性；

55、输出模块，用于基于索引属性集，沿着各车辆当前位置往前搜索预设长度内的容量属性满足条件的点，得到预设长度的路径点集，将预设长度的路径点集输出给车辆，控制车辆根据所述预设长度的路径点集行走。

56、进一步的，所述路径索引整理模块获取车辆的位置以及预先为车辆规划的车辆路径点集，根据车辆的位置以及预先为车辆规划的车辆路径点集，建立索引属性集，包括：

57、通过路径规划算法会生成距离相同，固定间隔的路径节点。路径规划算法采用混合a*算法。

58、对所述车辆路径点集进行排序；

59、从车辆即将要行驶的第一个点开始，编号为0，之后依次递增，为其建立索引，同时建立索引属性集。

60、进一步的，所述冲突区域计算和索引模块根据车辆的车辆路径点集，形成车道并将车道划分为冲突区和非冲突区，包括：

61、步骤2.1：将当前车辆的车辆路径点集向外膨胀，得到当前车道；对于当前车道，与其他已存在的车道进行相交计算，得出独立冲突区；

62、步骤2.2：检测各独立冲突区之间是否应该合并，合并应当合并的独立冲突区为一个冲突区，依次向后检索，直至道路尽头；

63、步骤2.3：为冲突区建立索引，保存其空间图形和此冲突区对应的车道、对应车道上的进入和离开节点的节点索引相关信息。

64、进一步的，步骤2.2：检测各独立冲突区之间是否应该合并，包括：

65、如果任意两个独立冲突区域的距离小于车辆膨胀之后的长度阈值，这两个独立冲突区合并为一个冲突区，依次进行。

66、进一步的，所述区域容量计算模块根据计算出的冲突区和非冲突区，计算出车辆车道的各点车辆容量，并将所述各点车辆容量设置为索引属性集中对应点的容量属性，包括：

67、步骤3.1：经过冲突区处理后的车道，变成了若干个由冲突区和非冲突区组成的多边形区域，同时记录下不同区域对应此道路上的开始节点和结束节点；

68、步骤3.2：所有冲突区的容量均为1，在非冲突区，道路的容量根据其长度或区域大小和无人车辆膨胀后的大小相除获得。

69、步骤3.3：为所属区域对应的点设置容量属性，属性值已道路尽头为1开始，依次向后计算，向道路起点方向，依次累加各区域对应范围内的容量，将此容量设置给道路节点。

70、步骤3.4：计算每个点当前承载车辆数量为：此点及此点向后，到第一个被对向车辆占用的冲突区或道路尽头为止，所有车辆的数量总和。

71、进一步的，无人车辆膨胀后的大小为车辆静止时的膨胀大小，无人车辆膨胀后的大小＝行驶方向前方膨胀+行驶方向速度膨胀+车辆本体膨胀。

72、进一步的，所述会车冲突容量计算模块计算当车辆同向或对向行驶时的冲突区及区域内点的容量变化，得到车辆容量，更新索引属性集中对应点的容量属性，包括：

73、当存在车辆同向通过前方冲突区时，冲突区的容量不变，此冲突区之前的路线上的点，容量不改变。所述前方冲突区为索引值大于当前点的方向的冲突区；所述冲突区之前的路线为即索引值小于此冲突区当前点索引值的路线；

74、当有车辆对向通过前方冲突区时，当前车道在区域内所有的点容量均变为0。同时，以此冲突区为起点，重新计算本车道此冲突区之前点的容量。

75、当冲突区内的对向行驶车辆离开后，此冲突区的所有改变的点容量恢复改变之前的值。同时，此道路上之前由于冲突区改变点容量的点的容量，也都恢复之前的值。

76、进一步的，车辆同向或对向行驶的判断方法包括：

77、通过此路径点的航向与车辆当前行驶航向进行判断，夹角为60度以内，属于同向车辆；否则则属于对向车辆。

78、进一步的，所述输出模块基于索引属性集，沿着各车辆当前位置往前搜索预设长度内的容量属性满足条件的点，得到预设长度的路径点集，将预设长度的路径点集输出给车辆，控制车辆根据所述预设长度的路径点集行走，包括：

79、基于索引属性集，沿着各车辆当前位置往前搜索预设长度内的容量属性大于当前承载车辆数量的点，加入预设长度的路径点集中；

80、将预设长度的路径点集输出给车辆，控制车辆根据所述预设长度的路径点集行走；

81、如果车辆行驶到预设长度的路径点集的末端且无新的预设长度的路径点集下发，则控制车辆停止在预设长度的路径点集的末端点。

82、进一步的，所述系统还包括冲突区动态仲裁模块，用于：

83、当多个车辆同时争用一个区域时，裁决出车辆通过的通行优先级：获取车辆的优先级评价维度数据，依次比较优先级评价维度，当某一维度的数据不一致时，裁决出车辆的通行优先级；

84、通过车辆通过的通行优先级更新索引属性集中对应点的容量属性：通行优先级最高的车辆的索引属性集中对应点的容量属性不受影响，优先权低的车辆在当前车道在区域内所有的点容量均变为0。同时，以此冲突区为起点，重新计算本车道此冲突区之前点的容量。

85、当冲突区内的优先权高的车辆离开后，此冲突区的所有改变的点容量恢复改变之前的值。同时，此道路上之前由于冲突区改变点容量的点的容量，也都恢复之前的容量。

86、进一步的，优先级评价维度包含：车辆载重、车辆通过此区域的路程长度、车辆速度、上坡/下坡几个维度。

87、比较争用一个区域车辆的车辆载重，载重大的优先，

88、如果载重相同，则比较车辆通过此区域的路程长度，长的优先，

89、如果车辆通过此区域的路程长度相同，则比较车辆速度，速度快的优先；

90、如果车辆速度相同，则比较上坡/下坡，下坡的优先；

91、若得到的优先级均相同，则按照车辆vin码进行排序。

92、进一步的，所述系统还包括动态独占区计算模块，用于：

93、根据车辆的行驶方向和速度，动态计算车辆的独占区域；

94、独占区域只能由此车辆独占，任何车辆无权获取此区域包含的路径点权限。独占区域沿着路线延伸。若独占区域与其他车辆的独占区域重叠，则该车辆不会继续申请该车道的后续路权。

95、独占区域的膨胀与速度的平方成正比例关系，独占区域＝行驶方向前方膨胀+行驶方向速度膨胀+车辆本体膨胀+行驶速度后方膨胀。

96、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

97、1、本发明根据路径算法已生成的路径，结合车辆当前位置，为不同车辆计算出它有权行驶的路径点集，保证不与其他车辆同时进入到路径冲突区域，避免碰撞，同时又能够避免因为互相之间的路权争用而卡死。系统输出的最终结果是长度固定的一串点集。例如，每次只为车辆发送100米路的授权，随着车辆移动会不断给车辆下发。

98、2、本发明设计工作区域内的路权仲裁管控系统并提供一种限定区域内的路权仲裁和管控处理逻辑与方法，平衡不同车辆之间的利益，避免出现碰撞和堵车等问题，确保高安全性和高效率。

99、3、支持场地内多车协同作业，保证作业区内车辆运行安全，防止路线出现冲突。

100、4、支持多种场景，无需实现绘制、设置车道属性，互斥等任何操作，完全由计算机自动计算。

101、5、控制粒度到点，粒度更细，能够适应更加复杂的狭窄区域。

102、6、防止车辆出现卡死现象，能够尽可能合理的规划车辆行驶，提高通行效率。