适应未知动态空间的快速路径规划方法、装置及存储介质制造方法及图纸

一种适应未知动态空间的快速路径规划方法，属于自动驾驶领域。方法步骤包括：在栅格地图基础上，考虑所规划载具的外形尺寸约束，建立拓展地图；基于拓展地图求取不可通行区域的凸顶点；以凸顶点为节点，自适应选择路径规划算法求取粗路径；根据局部环境特点，考虑轨迹跟随控制能力，对粗路径进行修正，快速形成平滑、最优的局部路径，该路径可以通过载具形成控制指令来实现。本发明专利技术可以大大减少搜索空间点的数量，从而实现快速规划；能够自适应选择适合地图特性的规划算法，确保路径规划效率和路径的最优性；在路径规划中考虑了轨迹实现问题，便于载具实现路径跟随控制。

【技术实现步骤摘要】
适应未知动态空间的快速路径规划方法、装置及存储介质
本专利技术涉及自动驾驶技术，尤其与一种适应未知动态空间的快速路径规划方法、装置及存储介质有关。
技术介绍
自动驾驶技术已经发展了数十年，针对城市道路环境下的路径规划技术发展相对成熟。不同路况环境的前提下，可以选取不同的规划算法匹配和适应环境特征。面对未知动态环境，地图极不充分，地图区域大小和复杂性无法提前判断，使得单一的路径规划算法难以胜任。此外，面对未知环境，导航算法精度和传感器误差都会给载具的位姿估计引入一定误差。同时，如果将轨迹跟随控制和路径规划割裂，在环境的高度不确定性的影响下，载具性能约束可能引起路径无法实现的后果。因此，如果在路径规划中考虑轨迹跟随控制的影响，则载具定位定姿的不确定性和环境不确定性会进一步提升路径规划的难度。
技术实现思路
针对上述现状，本专利技术提供一种适应未知动态空间的快速路径规划方法、装置及存储介质，提升未知不确定环境下路径规划的效率，极大减少搜索空间点的数量，提升未知不确定环境下路径规划的效率；并能自适应选择适合地图特性的规划算法，确保路径规划效率和路径的最优性。为了实现本专利技术的目的，拟采用以下方案：一种适应未知动态空间的快速路径规划方法，其特征在于，包括步骤：根据载具的外形尺寸约束，在栅格地图基础上建立拓展地图；根据拓展地图获取不可通行区域的凸顶点；以凸顶点为节点，自适应选择路径规划获取粗路径；根据局部环境特点，与轨迹跟随控制相结合，对粗路径进行修正，快速形成平滑、最优的局部路径。进一步，在栅格地图基础上建立拓展地图，包括步骤：遍历栅格地图中的不可通行栅格点；将不可通行栅格点及与其距离小于载具转弯半径的所有点都记为拓展地图中的不可通行栅格点；具体是，将栅格地图中不可通行栅格点周围所有的半径为r内栅格点都标记为不可通行栅格点，其中r表示载具转弯半径与单位栅格长度的比值向上取整。进一步，栅格地图有三种形式，分别是2维的平面投影图，或3维的空间占有图，或2.5维的平面投影+地形跟随标高地图。进一步，栅格地图为可修整的栅格地图，栅格地图的修整主要有两种方式：一种是通过地图修整算法进行新地图的修改或局部地图的叠加，另一种是通过人为选定方式添加、改变或删除地图中的通行区域、未知区域、不可通行区域。进一步，根据拓展地图获取不可通行区域的凸顶点，具体方法为：遍历拓展地图中不可通行栅格点i，判断与该点相邻的栅格点对的关系；栅格点对由点ij，和与点ij关于点i的对称点i-j组成；若所有相邻栅格点对(ij,i-j)都满足至多有一个点是不可通行栅格点，则点i是凸顶点；具体是，将不可通行栅格点i周围所有的（3n-1）个栅格点，组成(3n-1)/2个栅格点对(ij,i-j)，其中n表示栅格地图的维数取四舍五入后的值，点i-j表示点ij关于点i的对称点；判断ij和i-j是否可通行，若对于不可通行栅格点i，所有(3n-1)/2个栅格点对(ij,i-j)每对都满足至多有一个点是不可通行栅格点，将点i作为凸顶点。进一步，若需要判别的不可通行栅格点在拓展地图边界，则将栅格点对中超出边界的点视为通行点。进一步，以凸顶点为节点，自适应选择路径规划获取粗路径时：路径规划算法根据局部地图大小、全局地图大小、两种地图大小之比，自适应选择全局或局部规划进行实时在线规划；对于备选的每种路径规划算法，代价函数采用广义距离和/或其他指标的单项指标或多项加权指标进行优化。进一步，路径规划算法选择判别阈值参考规划算力，备选的路径规划算法可以为适应地图的任意全局或局部规划算法。优选地，采用启发式算法。优选地，采用改进的A*算法、D*算法。进一步，所述广义距离，在2维或3维地图中是指欧氏直线距离；在2.5维平面投影+地形跟随标高地图中是指平面距离复合高度爬升指标。进一步，所述其他指标，根据所载荷传感器的不同选择不同的记录参数进行综合，包括时间、能量消耗、威胁暴露概率、交通流量、任务完成评价等中的一项指标或多项指标加权。进一步，对粗路径进行修正，以路径跟随控制作为内回路引入局部路径修正优化，快速修正得到局部路径，并形成最优控制：通过引入人工势场，以当前目标粗路径点求取引力、以阈值范围内特定点求取斥力；以局部引力和斥力、载具转弯半径、速度限制作为约束，采用最优控制直接解算载具运动指令。一种适应未知动态空间的快速路径规划装置，其特征在于，包括：拓展地图单元，用于根据载具的外形尺寸约束，在栅格地图基础上建立拓展地图；凸顶点单元，用于根据拓展地图获取不可通行区域的凸顶点；粗路径单元，用于以凸顶点为节点，自适应选择路径规划获取粗路径；局部规划控制单元，用于根据局部环境特点，与轨迹跟随控制相结合，对粗路径进行修正，快速形成平滑、最优的局部路径。进一步，拓展地图单元，用于遍历栅格地图中的不可通行栅格点，将栅格地图中不可通行栅格点周围所有的半径为r内栅格点都标记为不可通行栅格点，其中r表示载具转弯半径与单位栅格长度的比值向上取整。进一步，凸顶点单元，用于遍历拓展地图中的不可通行栅格点i，将不可通行栅格点i周围所有的（3n-1）个栅格点，组成(3n-1)/2个栅格点对(ij,i-j)，其中n表示栅格地图的维数取四舍五入后的值，点i-j表示点ij关于点i的对称点；并判断ij和i-j是否可通行，若对于不可通行栅格点i，所有(3n-1)/2个栅格点对(ij,i-j)每对都满足至多有一个点是不可通行栅格点，将点i作为凸顶点。其中，若需要判别的不可通行栅格点在拓展地图边界，则将栅格点对中超出边界的点视为通行点。进一步，粗路径单元，用于根据局部地图空间大小、全局地图空间大小、局部/全局地图比设定判别阈值；粗路径单元在进行路径规划时可以自适应选择适宜的全局或局部算法；对于备选的每种路径规划算法，代价函数均采用多目标优化，其中代价指标是广义距离和其他指标的单项指标或多项加权指标。进一步，局部规划控制单元用于引入人工势场，以当前目标粗路径点求取引力、以阈值范围内最近不可通行点求取斥力；以局部引力和斥力、载具的机动能力，包括转弯半径、速度限制等作为约束，采用最优控制直接解算载具运动指令。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行前文所述的适应未知动态空间的快速路径规划方法。本专利技术的有益效果在于：1、针对地图中不可通行栅格点数目巨大的现象，提出用搜索凸顶点的方式代替搜索所有不可通行栅格点，可以大大减少搜索空间点的数量，从而实现快速规划。2、能够自适应选择适合地图特性的规划算法，确保路径规划效率和路径的最优性。3、将粗路径和局部路径分层解算，仅在局部环境下考虑路径修正；同时局部路径修正和轨迹跟随控制一体解决，便于载具实现路径跟随控制。附图说明本文描述的附图只是为了说明所选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应未知动态空间的快速路径规划方法，其特征在于，包括步骤：/n根据载具的外形尺寸约束，在栅格地图基础上建立拓展地图；/n根据拓展地图获取不可通行区域的凸顶点；/n以凸顶点为节点，自适应选择路径规划获取粗路径；/n根据局部环境特点，与轨迹跟随控制相结合，对粗路径进行修正，快速形成平滑、最优的局部路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种适应未知动态空间的快速路径规划方法，其特征在于，包括步骤：
根据载具的外形尺寸约束，在栅格地图基础上建立拓展地图；
根据拓展地图获取不可通行区域的凸顶点；
以凸顶点为节点，自适应选择路径规划获取粗路径；
根据局部环境特点，与轨迹跟随控制相结合，对粗路径进行修正，快速形成平滑、最优的局部路径。


2.根据权利要求1所述的适应未知动态空间的快速路径规划方法，其特征在于，在栅格地图基础上建立拓展地图，包括步骤：
遍历栅格地图中的不可通行栅格点；
将栅格地图中不可通行栅格点周围所有的半径为r内栅格点都标记为不可通行栅格点，其中r表示载具转弯半径与单位栅格长度的比值向上取整。


3.根据权利要求1所述的适应未知动态空间的快速路径规划方法，其特征在于，栅格地图为2维的平面投影图，或3维的空间占有图，或2.5维的平面投影+地形跟随标高地图。


4.根据权利要求3所述的适应未知动态空间的快速路径规划方法，其特征在于，栅格地图为可修整的栅格地图，所述修整是指通过地图修整算法进行新地图的修改或局部地图的叠加，或通过人为选定方式添加、改变或删除地图中的通行区域、未知区域、不可通行区域。


5.根据权利要求1所述的适应未知动态空间的快速路径规划方法，其特征在于，根据拓展地图获取不可通行区域的凸顶点，包括步骤：
遍历拓展地图中的不可通行栅格点i；
不可通行栅格点i周围所有的（3n-1）个栅格点，组成(3n-1)/2个栅格点对(ij,i-j)，其中n表示栅格地图的维数取四舍五入后的值，点i-j表示点ij关于点i的对称点；
判断ij和i-j是否可通行，若对于不可通行栅格点i，所有(3n-1)/2个栅格点对(ij,i-j)每对都满足至多有一个点是不可通行栅格点，将点i作为凸顶点。


6.根据权利要求5所述的适应未知动态空间的快速路径规划方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗冠辰，张铖林，王鹏涛，王明杰，
申请(专利权)人：北京轩宇空间科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11