一种无人车全局路径规划方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人车全局路径规划方法及装置，该方法包括：根据高精度地图、起始点、目的地信息进行静态全局路径规划，获得距离最短的方案；在距离最短的轨迹方案中，增加实时路况信息，通过行驶速度获得动态行驶时间最短方案；利用GPS/BDS卫星定位精度因子对行驶速度进行调整，形成适合于无人车的时间最短全局路径规划。和传统方法相比，利用本发明专利技术方法获得的最短时间路径更适用于无人车使用，且无需增加无人车硬件成本。

【技术实现步骤摘要】
一种无人车全局路径规划方法及装置
本专利技术涉及无人车路径规划领域，尤其涉及一种无人车全局路径规划方法及装置。
技术介绍
随着DARPA重启无人车技术研究，并先后于2004年、2005年和2007年举办了三届智能车挑战赛，谷歌大力投入自动驾驶技术研究，近年来全球范围内掀起了自动驾驶技术研究的热潮。参与者既有谷歌、苹果、Uber、BAT等顶尖互联网企业，也有特斯拉、奔驰、宝马、通用、凯迪拉克等传统车企，同时，英特尔、英伟达、博世、Mobileye等零部件供应商也参与其中，另外自动驾驶领域创业公司也如雨后春笋般应运而生。自动驾驶技术经过十多年发展，逐渐从实验室研究、到封闭环境技术竞赛、再到固定场景示范应用，虽然取得了长足的进展，但距离实际应用仍有较大距离。车企普遍采用的由低级辅助驾驶到高级辅助驾驶，再到限定场景自动驾驶，最后到达全自动驾驶的路途并不十分顺利，例如特斯拉公司车辆配备的辅助驾驶系统，至今仍事故频出。谷歌、BAT互联网公司及创业公司采用的由低速、封闭场景逐渐向外延伸的技术路线发展也并不理想，目前仍然只能在封闭场景低速驾驶状态下执行简单确定性任务，并且可靠性较低。路径规划是一项重要的无人车技术，主要实现由起始点到目标点的最优轨迹规划。传统全局路径规划主要基于高精度地图、实时路况等信息，设定起始点和目标点后，规划算法根据地图中的道路长度、实时路况等信息，按照距离最短、时间最短等原则，进行最优道路选择。但是，区别于人工驾驶车辆，无人车行驶状态很大程度上受GPS/BDS卫星导航定位状态影响。GPS/BDS卫星导航设备是无人车感知系统重要的传感器，可以为无人车提供高精度位置、速度等信息。由于GPS/BDS卫星导航信号容易受到遮挡、干扰等环境因素影响，难以为无人车提供持续、稳定的导航定位数据，尤其在城市环境中，遮挡、弱信号、多路径效应影响明显，GPS/BDS卫星导航精度和状态的不确定性给无人车的运行带来很大影响。因此，为了实现更科学的轨迹规划，有必要将GPS/BDS卫星定位状态参数作为启发函数或者代价函数的一部分，实现无人车考虑导航状态下的最优轨迹规划。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无人车全局路径规划方法及装置，以解决GPS/BDS卫星定位状态不确定性影响轨迹规划效果的问题。为了达到上述目的，第一方面，本专利技术的实施例提供一种无人车全局路径规划方法，包括：根据高精度地图、起始点、目的地信息进行静态全局路径规划，获得距离最短的方案；在距离最短的轨迹方案中，增加实时路况信息，通过行驶速度获得动态行驶时间最短方案；利用GPS/BDS卫星定位精度因子对行驶速度进行调整，形成适合于无人车的时间最短全局路径规划。进一步地，获得距离最短的方案，包括：将静态最短路径规划离散化，并根据道路实时路况，获得每个路段对应的车辆行驶速度，对代价函数进行调整，更新路径规划方案排序，获得行使时间最短路径规划。进一步地，获得每个路段对应的车辆行驶速度，包括：将全局规划路径的路段，按照距离离散化为m个单元，根据道路拥堵状况、红绿灯、道路限速、自然天气，获取离散化的每个单元路段对应的实时路况的车辆行驶速度vi。进一步地，获得行使时间最短路径规划，包括：利用速度参数vi，对代价函数进行调整，获取最短时间路径规划，具体见式(2)；根据传传统全局路径规划中的路径搜索，按照式(2)计算方法，重新更新最优路径，获得最短时间路径规划。进一步地，GPS/BDS卫星定位精度因子的计算，包括：初始状态获取步骤，获取对应于当前时刻和路段单元位置参数值；卫星星座分布实时计算步骤，根据卫星导航接收机获取导航电文，提取卫星轨道相关关键参数，获取当前时刻卫星星座分布，并计算卫星实时位置；载体坐标系中卫星仰角计算步骤，通过姿态转移矩阵和平移向量对卫星进行坐标系变换，计算得到的地心地固坐标系变换到以道路单元中心为原点的地理坐标系，然后再根据道路单元姿态，利用地理坐标系至载体坐标系姿态矩阵，将其变换到载体坐标系，根据卫星在载体坐标系中的位置，计算对应于每个轨迹点的卫星实时仰角；根据高精度地图的可视卫星选取步骤，根据高精度地图信息，计算道路单元相关环境信息中，建筑物轮廓对应的经度、纬度和高度信息，通过姿态矩阵和平移向量进行坐标转换，得到建筑物轮廓在以道路单元为原点的载体坐标系中的坐标；卫星导航定位精度因子计算步骤，根据计算得到的可视卫星坐标信息，计算路段单元位置对应的卫星定位精度因子。进一步地，卫星星座分布实时计算步骤，包括：(1)计算归一化时间，因为卫星的星历数据都是相对于参考时刻toe而言的，所以需要将观测时刻做归一化处理，tk＝ti-toe其中，ti为当前时刻，tk为归一化之后的时间；(2)计算卫星的平均角速度n：将导航电文中的扰动修正项带入：式中μ为地心引力常数，a为椭圆半长轴，由星历数据提供，再利用星历数据中提供的修正项Δn得到平均角速度：n＝n0+Δn(3)计算信号发射时刻的平近点角MkMk＝M0+ntk式中M0为参考时间的平近点角；(4)计算卫星在信号发射时刻的偏近点角EkE＝Mk+essinEk式中es为卫星椭圆轨道的偏心率，这是个超越方程，需要用迭代法求解，E为偏近点角；(5)计算信号发射时刻的真近点角νk；式中，e为卫星轨道离心率；(6)计算卫星的地心向径rr＝a(1-escosEk)(7)计算信号发射时刻的升交点角距φk；利用卫星星历中提供的卫星轨道的近地点角距ω，代入如下公式：φk＝vk+ω(8)计算信号发射时刻摄动升交点角距修正项δμk、卫星地心向径修正项δrk和卫星轨道倾角修正项δik：升交点角距修正项δμk：δμk＝Cuccos2φk+Cussin2φk卫星地心向径修正项δrk：δrk＝Crccos2φk+Crssin2φk卫星轨道倾角修正项δik：δik＝Ciccos2φk+Cissin2φkCuc为纬度辐角的余弦调和修正项的幅度，Cus为纬度辐角的正弦调和修正项的幅度，Crc为卫星地心距的余弦调和修正值，Crs为卫星地心矩的正弦调和修正值，Cic为轨道倾角的余弦调和改正值，Cis为轨道倾角的正弦调和改正值，Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis都来自于卫星星历数据；得到的这三个修正项用来校正φk，rk和ik:μk＝φk+δμkrk＝r+δrk式中φk、rk和ik分别k时刻升交点角距、卫星地心向径和卫星轨道倾角，μk为修正后的升交点角距；i0为参考时刻的轨道倾角，为轨道倾角变化率；(9)计算卫星信号发射时刻在椭圆轨道平面直角坐标系中的位置(x'k，y'k)：x′k＝rkcosμky'k＝rksinμk(10)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人车全局路径规划方法，其特征在于，包括：/n根据高精度地图、起始点、目的地信息进行静态全局路径规划，获得距离最短的方案；/n在距离最短的轨迹方案中，增加实时路况信息，通过行驶速度获得动态行驶时间最短方案；/n利用GPS/BDS卫星定位精度因子对行驶速度进行调整，形成适合于无人车的时间最短全局路径规划。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人车全局路径规划方法，其特征在于，包括：
根据高精度地图、起始点、目的地信息进行静态全局路径规划，获得距离最短的方案；
在距离最短的轨迹方案中，增加实时路况信息，通过行驶速度获得动态行驶时间最短方案；
利用GPS/BDS卫星定位精度因子对行驶速度进行调整，形成适合于无人车的时间最短全局路径规划。


2.根据权利要求1所述的一种无人车全局路径规划方法，其特征在于，获得距离最短的方案，包括：
将静态最短路径规划离散化，并根据道路实时路况，获得每个路段对应的车辆行驶速度，对代价函数进行调整，更新路径规划方案排序，获得行使时间最短路径规划。


3.根据权利要求2所述的一种无人车全局路径规划方法，其特征在于，获得每个路段对应的车辆行驶速度，包括：
将全局规划路径的路段，按照距离离散化为m个单元，根据道路拥堵状况、红绿灯、道路限速、自然天气，获取离散化的每个单元路段对应的实时路况的车辆行驶速度vi；
获得行使时间最短路径规划，包括：
利用速度参数vi，对代价函数进行调整，获取最短时间路径规划，具体见式(2)；



根据传传统全局路径规划中的路径搜索，按照式(2)计算方法，重新更新最优路径，获得最短时间路径规划。


4.根据权利要求1所述的一种无人车全局路径规划方法，其特征在于，GPS/BDS卫星定位精度因子的计算，包括：
初始状态获取步骤，获取对应于当前时刻和路段单元位置参数值；
卫星星座分布实时计算步骤，根据卫星导航接收机获取导航电文，提取卫星轨道相关关键参数，获取当前时刻卫星星座分布，并计算卫星实时位置；
载体坐标系中卫星仰角计算步骤，通过姿态转移矩阵和平移向量对卫星进行坐标系变换，计算得到的地心地固坐标系变换到以道路单元中心为原点的地理坐标系，然后再根据道路单元姿态，利用地理坐标系至载体坐标系姿态矩阵，将其变换到载体坐标系，根据卫星在载体坐标系中的位置，计算对应于每个轨迹点的卫星实时仰角；
根据高精度地图的可视卫星选取步骤，根据高精度地图信息，计算道路单元相关环境信息中，建筑物轮廓对应的经度、纬度和高度信息，通过姿态矩阵和平移向量进行坐标转换，得到建筑物轮廓在以道路单元为原点的载体坐标系中的坐标；
卫星导航定位精度因子计算步骤，根据计算得到的可视卫星坐标信息，计算路段单元位置对应的卫星定位精度因子。


5.根据权利要求4所述的一种无人车全局路径规划方法，其特征在于，卫星星座分布实时计算步骤，包括：
(1)计算归一化时间，因为卫星的星历数据都是相对于参考时刻toe而言的，所以需要将观测时刻做归一化处理，
tk＝ti-toe
其中，ti为当前时刻，tk为归一化之后的时间；
(2)计算卫星的平均角速度n：
将导航电文中的扰动修正项带入：



式中μ为地心引力常数，a为椭圆半长轴，由星历数据提供，再利用星历数据中提供的修正项Δn得到平均角速度：
n＝n0+Δn
(3)计算信号发射时刻的平近点角Mk
Mk＝M0+ntk
式中M0为参考时间的平近点角；
(4)计算卫星在信号发射时刻的偏近点角Ek
E＝Mk+essinEk
式中es为卫星椭圆轨道的偏心率，这是个超越方程，需要用迭代法求解，E为偏近点角；
(5)计算信号发射时刻的真近点角νk；



式中，e为卫星轨道离心率；
(6)计算卫星的地心向径r
r＝a(1-escosEk)
(7)计算信号发射时刻的升交点角距φk；利用卫星星历中提供的卫星轨道的近地点角距ω，代入如下公式：
φk＝vk+ω
(8)计算信号发射时刻摄动升交点角距修正项δμk、卫星地心向径修正项δrk和卫星轨道倾角修正项δik：
升交点角距修正项δμk：
δμk＝Cuccos2φk+Cussin2φk
卫星地心向径修正项δrk：
δrk＝Crccos2φk+Crssin2φk
卫星轨道倾角修正项δik：
δik＝Ciccos2φk+Cissin2φk
Cuc为纬度辐角的余弦调和修正项的幅度，Cus为纬度辐角的正弦调和修正项的幅度，Crc为卫星地心距的余弦调和修正值，Crs为卫星地心矩的正弦调和修正值，Cic为轨道倾角的余弦调和改正值，Cis为轨道倾角的正弦调和改正值，Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis都来自于卫星星历数据；得到的这三个修正项用来校正φk，rk和ik:
μk＝φk+δμk
rk＝r+δrk



式中φk、rk和ik分别k时刻升交点角距、卫星地心向径和卫星轨道倾角，μk为修正后的升交点角距；i0为参考时刻的轨道倾角，为轨道倾角变化率；
(9)计算卫星信号发射时刻在椭圆轨道平面直角坐标系中的位置(x'k，y'k)：
x’k＝rkcosμk
y'k＝rksinμk
(10)计算信号发射时刻的升交点赤经Ωk，计算公式如下：



式中Ω0、分别为参考时刻升交点赤经和升交点赤经变化率，等于7.292115146×10-5[rad/s]，是地球自转角速度；
xk＝x'kcosΩk-y'kcosiksinΩk
yk＝y'ksinΩk-y'kc...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子月，刘玉超，
申请(专利权)人：李子月，
类型：发明
国别省市：北京;11