一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法技术

本发明专利技术属于智能驾驶领域，具体涉及一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法。包括：依据实际车道平面信息预先规划出车道平面曲线；在所述车道平面曲线上取一系列的参考样本点进行标号处理；得出每个参考样本点的x、y轴坐标及相邻两个参考点之间的曲线长度后，将数据离线存储；依据车辆当前位置、当前行驶方向回归计算得到当前车道以及目标车道平面曲线的函数表达式。本发明专利技术所述方法可以根据车辆当前位置、行驶方向，利用之前离线存储的标号点，直接回归出连续可导的车道平面曲线函数，避免数据实时获取的低效性和庞大计算量带来的不便性，车辆可以随即根据周边路况调整路径，提高了智能车辆轨迹规划的准确性。

A Method of Approximating Lane Plane Curve by Continuous Derivative Function

【技术实现步骤摘要】
一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法
本专利技术属于智能驾驶领域，具体涉及一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法。
技术介绍
智能自动化驾驶技术是一门新兴的技术，在汽车自动驾驶的过程中,如何让汽车避开障碍物并跟踪最高效的轨迹到达指定位置,是智能自动化驾驶汽车的关键性问题。在车辆进行轨迹规划时，首先需要获取车道的平面曲线信息，因此如何方便快速的实时表示平面曲线是车辆轨迹规划的关键技术。目前，对于车道平面曲线的信息，还是以传统的直线、缓和曲线、圆曲线相结合的方式实时获取，对于车辆轨迹规划的时效性产生了较大的影响，不能根据车辆位置的变化及时更新轨迹。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法。预先用直线、缓和曲线、圆曲线规划出车道大致平面曲线，再利用等间隔原则选取一系列的参考样本点并标号，在得到这些标号点的x、y坐标及相邻两个参考点之间的曲线长度后离线存储，最后在实际车辆轨迹规划时，直接依据车辆当前位置、当前行驶方向利用切比雪夫多项式插值法拟合回归出车辆对应车道的相关函数表达式，从而可以用得到的连续可导函数近似表示车道平面曲线。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法，包括：依据实际车道平面信息预先规划出车道平面曲线；在所述车道平面曲线上取一系列的参考样本点并进行标号处理；得出每个参考样本点的x、y轴坐标及相邻两个参考点之间的曲线长度后，离线存储；依据车辆当前位置、当前行驶方向回归计算得到对应车道平面曲线的函数表达式。进一步地，预先规划出的所述车道平面曲线是由直线、缓和曲线和圆曲线共同组合构成的；所述直线的曲率为0，所述圆曲线的曲率为一个常数，加入的所述缓和曲线，用于使预先规划出的整个车道平面曲线的曲率变化是连续的；其中需要保证直线与缓和曲线连接点、缓和曲线和圆曲线连接点曲率唯一且相同。进一步地，以预先规划出的所述车道平面曲线的车道起点为坐标原点建立坐标系；所述圆曲线的规划方法为：s＝(a:b)*(pi/180)；x1＝r*cos(s)+c；y1＝r*sin(s)+d；其中，s是所述圆曲线转过的角度，a、b是所述圆曲线转过的角度范围，x1、y1分别为所述圆曲线上点的横、纵坐标，所述圆曲线的圆心坐标是(c,d)，所述圆曲线的半径是r；所述缓和曲线的规划方法为：l＝(0:ls)；x2＝l-l5/(40*ls2*r2)；y2＝l3/(6*ls*r)-l7/(336*ls3*r3)；其中，l为缓和曲线上参考样本点与缓和曲线起始点之间的曲线长度，ls为缓和曲线的总长度，r为所述圆曲线的半径，x2、y2分别为所述缓和曲线上参考样本点的横、纵坐标。进一步地，用于取参考样本点的车道平面曲线为车道中线以及平行于车道中线的平面曲线；所述参考样本点遵循在车道平面曲线等间隔选取的规律，具体为：车道平面曲线中直线和缓和曲线的参考样本点为等距离间隔的选取，即在车道平面曲线中直线和缓和曲线上相邻两个参考样本点之间沿着车道平面曲线的长度是相等的；车道平面曲线中圆曲线的参考样本点为等角度间隔的选取，即在车道平面曲线中圆曲线上相邻两个参考样本点之间沿着曲线转过的角度是相等的。进一步地，在所述车道平面曲线上取一系列的参考样本点进行标号处理时，从车道外边界起点开始，纵向从1开始标号，纵向标完，再以外边界起点相邻点纵向继续标号，直至标到车道终点。进一步地，取一系列的参考样本点并进行标号处理时，标号点采用阿拉伯数字依次表示。进一步地，利用已知的平面曲线方程，能够得到预先规划出的车道平面曲线上各个等间隔参考样本点的x、y轴坐标；将采用阿拉伯数字表示的标号点与得到的各个等间隔参考样本点的x、y轴坐标对应起来。进一步地，利用已知曲线平面不同类型曲线方程和等间隔原则，计算出车道平面各个参考样本点对应标号点距离车道起点的长度s，将各个等间隔参考样本点的x、y轴坐标以及相应的长度s形成一个数据库进行离线存储。进一步地，在车辆实际路径规划时，依据车辆当前位置、当前行驶方向，在离线存储的数据库内即刻调取相对应车道一定距离内的所有等间隔参考样本点的x、y轴坐标以及相应的长度s；采用切比雪夫多项式插值法回归拟合获取对应车道平面曲线的函数表达式，对应车道平面曲线的函数表达式为连续可导函数，具体形式如下所示：Y(X)＝A0+A1X+A2X2+A3X3+A4X4+A5X5+A6X6X(S)＝B0+B1S+B2S2+B3S3+B4S4+B5S5+B6S6S(X)＝C0+C1X+C2X2+C3X3+C4X4+C5X5+C6X6X、Y、S分别为车道曲线上点的横坐标、纵坐标和车道曲线长度；Y(X)表示车道曲线位置间的关系，X(S)表示车道曲线上横坐标X与车道曲线长度S的关系，S(X)表示车道曲线长度S与车道曲线上横坐标X的关系；A0…A6,B0…B6以及C0…C6分别表示由切比雪夫多项式插值法回归拟合得到的上述三个曲线多项式的系数，均为常数。进一步地，所述一定距离内指的是以当前车辆为起点，沿车道1000米距离内的参考样本点的离线数据。本专利技术的有益技术效果：本专利技术所述方法预先用直线、缓和曲线和圆曲线规划出车道大致平面曲线，再利用等间隔原则选取一系列的参考样本点并标号，在得到这些标号点的x、y坐标及相邻两个参考点之间的曲线长度后，离线存储，最后在实际车辆轨迹规划时，直接依据车辆当前位置、当前行驶方向利用切比雪夫多项式插值法拟合回归出车辆所在车道的相关函数表达式，从而实现用连续可导的函数近似表示车道平面曲线。智能车辆实时轨迹规划需要车道的平面曲线信息，本专利技术所述方法可以根据车辆当前位置、行驶方向，利用之前离线存储的标号点，直接回归出车道平面曲线函数，方便车辆的智能辅助系统及时根据周边车况调整路径，从而避免了数据的实时获取和庞大空间计算带来的低效性，提高了智能车辆轨迹规划的准确性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的车道平面曲线图；图3为本专利技术实施例提供的车道平面曲线局部放大图。图4为本专利技术实施例提供的标号图。图5为本专利技术实施例提供的标号点部分数据；图6为本专利技术实施例提供的利用切比雪夫多项式插值法得到的回归曲线对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清晰的表达出来，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行描述。本专利技术可以用许多不同的形式来实施，不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本专利技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。针对现有技术中，对于车道平面曲线的信息，还是以传统的直线、缓和曲线和圆曲线相结合的方式实时获取，对于车辆轨迹规划的实时性产生了较大的影响，导致智能车辅助系统不能根据车辆位置的变化及时更新规划轨迹；本专利技术提供一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法实施例，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法，其特征在于，包括：依据实际车道平面信息预先规划出车道平面曲线；在所述车道平面曲线上取一系列的参考样本点并进行标号处理；得出每个参考样本点的x、y轴坐标及相邻两个参考点之间的曲线长度后，离线存储；依据车辆当前位置、当前行驶方向回归计算得到对应车道平面曲线的函数表达式。

【技术特征摘要】
1.一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法，其特征在于，包括：依据实际车道平面信息预先规划出车道平面曲线；在所述车道平面曲线上取一系列的参考样本点并进行标号处理；得出每个参考样本点的x、y轴坐标及相邻两个参考点之间的曲线长度后，离线存储；依据车辆当前位置、当前行驶方向回归计算得到对应车道平面曲线的函数表达式。2.根据权利要求1所述一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法，其特征在于，预先规划出的所述车道平面曲线是由直线、缓和曲线和圆曲线共同组合构成的；所述直线的曲率为0，所述圆曲线的曲率为一个常数，加入的所述缓和曲线，用于使预先规划出的整个车道平面曲线的曲率变化是连续的；其中需要保证直线与缓和曲线连接点、缓和曲线和圆曲线连接点曲率唯一且相同。3.根据权利要求2所述一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法，其特征在于，以预先规划出的所述车道平面曲线的车道起点为坐标原点建立坐标系；所述圆曲线的规划方法为：s＝(a：b)*(pi/180)；x1＝r*cos(s)+c；y1＝r*sin(s)+d；其中，s是所述圆曲线转过的角度，a、b是所述圆曲线转过的角度范围，x1、y1分别为所述圆曲线上点的横、纵坐标，所述圆曲线的圆心坐标是(c，d)，所述圆曲线的半径是r；所述缓和曲线的规划方法为：l＝(0：ls)；x2＝l-l5/(40*ls2*r2)；y2＝l3/(6*ls*r)-l7/(336*ls3*r3)；其中，l为缓和曲线上参考样本点与缓和曲线起始点之间的曲线长度，ls为缓和曲线的总长度，r为所述圆曲线的半径，x2、y2分别为所述缓和曲线上参考样本点的横、纵坐标。4.根据权利要求1所述一种用连续可导函数近似表示车道平面曲线的方法，其特征在于，用于取参考样本点的车道平面曲线为车道中线以及平行于车道中线的平面曲线；所述参考样本点遵循在车道平面曲线等间隔选取的规律，具体为：车道平面曲线中直线和缓和曲线的参考样本点为等距离间隔的选取，即在车道平面曲线中直线和缓和曲线上相邻两个参考样本点之间沿着车道平面曲线的长度是相等的；车道平面曲线中圆曲线的参考样本点为等角度间隔的选取，即在车道平面曲线中圆曲线上相邻两个参考样本点之间沿着曲线转过的角度是相等的。5.根据权利要求1或4所述一种用连续可导函数近似表示车道...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫翀，王莹，马路，闫学东，邵春福，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11