路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备技术方案

一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备。该路径生成方法包括步骤：基于全局路径数据和一移动平台的位姿数据，确定该移动平台在全局路径中的当前位置；基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，生成一组采样点，以获得该采样点在该全局路径中的位置；藉由一样条曲线模型，分别在该移动平台的该当前位置和该采样点的位置之间拟合出一组拟合路径线；以及分别沿着平行于该全局路径的全局路径线的方向延伸该拟合路径线，以得到具有预定路径长度的一组备选路径。

【技术实现步骤摘要】
路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备
本专利技术涉及导航
，更具体地涉及一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备。
技术介绍
目前，随着人工智能技术的发展，越来越多的公司及高校团队专注于智能移动平台的研究。智能移动平台，是指搭载了诸多传感器的车辆，可以实现自主导航和避障，再通过所搭载的任务模块完成相应的工作，如油田巡检车等等。路径规划方法作为该智能移动平台实现自主导航的核心技术，也受到越来越多的研发团队的关注。传统的机器人避障导航算法因需要实时地搜寻复杂空间而缺乏效率，并且通过该传统的机器人避障导航算法规划的路径一般不符合正常的车辆驾驶行为。而近期兴起的无人驾驶技术虽然考虑了无人车辆在结构化道路的行驶问题，但往往计算较为复杂，硬件成本较高。例如，如图1所示，现有的一种适用于无人驾驶汽车的路径规划方法的步骤如下：首先，对全局路径建立sl坐标系，根据组合惯导信息，确定车辆的sl坐标(记为s0、l0)；其次，在全局路径上，以s0为起点，以一定间隔做垂直辅助线，进行撒点，形成如图1所示的采样点；接着，连接车辆以及不同组的采样点，用样条曲线进行平滑处理，得到多组曲率连续的备选路径，并对每条备选路径进行采样，获得离散路径点；最后，计算每条备选路径的价值函数Cost，考虑了避障、偏离中心路径距离、路径曲率等，进而筛选出最佳局部路径。然而，这种路径规划方法主要适用于无人驾驶汽车的应用场景，主要是因为这种方法所需构造的备选路径的数量因指数增大而导致过多，具体地，如图1所示的四组采样点共可以构造出24167条备选路径，在备选路径生成以及价值函数计算过程中，计算量较大，耗时较长，无法满足导航的实时性要求。例如，对于低成本的智能计算平台，仅一次完整的备选路径生成，就需要耗时8.956秒。此外，针对具备原地转向功能的园区自动巡检车而言，通常要求巡检车在无障碍物的场景中严格按照全局路径进行行驶，以确保巡检车能够驶过在全局路径上设置的所有巡检点，例如，折角路径的角点。但这种适用于无人驾驶汽车的路径规划方法因主要考虑普通车辆的驾驶行为而要求车辆在行驶过程中转向平顺(曲率连续)，因此通过这种适用于无人驾驶汽车的路径规划方法构造出的路径均不能穿过折角路径的角点，无法直接适用于园区自动巡检车的工作场景。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其能够合理地减少备选路径的数量，降低计算量，有助于提高路径规划速度。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，通过所述路径生成方法生成的每个备选路径只包括一个采样点，即采用一个采样点来确定一条路径，有助于大幅缩减所述备选路径的数量。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径生成方法采用“两段式”的备选路径，其中所述备选路径在移动平台的当前位置到采样点之间采用样条曲线拟合，并从采样点继续延伸(如直线延伸)，以便获得更贴合自动巡检场景需要的备选路径。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径生成方法采用幂函数与平行线的交点作为采样点，有助于解决因采样点坐标固定而引起的备选路径不均匀(如外围曲线曲率过大或曲线密集等)的问题。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径生成方法能够通过改变幂函数的系数、路径长度、起点斜率约束来获得多组备选路径，以便使得备选路径覆盖尽可能多的通行区域。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径生成方法中的起点斜率约束没有采用车辆朝向，而是采用多组固定值，以便充分利用智能移动平台的原地转向功能，保证生成的备选路径能够覆盖更多的通行区域，获得更大的避障空间。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径规划方法引入了“路段”的概念，并对超出当前路段的路径进行重构，实现对折角路径的寻迹行驶，以便保证在实际场景中对折角路径的跟踪要求。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径规划方法能够只采用一组采样点来构造备选路径，就足以满足行驶速度不高的移动平台对跟踪的要求，有助于最大限度地降低计算复杂度。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径规划方法能够提高备选路径的完备性，提高复杂场景下的路径规划性能，以便在备选路径数量有限的条件下，尽可能多的覆盖规划区域，构造出多样的驾驶行为。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径规划方法能够保证对全局路径寻迹形式的精度，以便满足诸如园区巡检等特定场景的需求。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径规划方法完成一次完整的路径规划所需的时间极短，以便实现高效、可靠、低成本的导航。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径规划方法能够完全贴合对诸如园区巡检车等智能移动平台实现寻迹+避障的应用场景。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，在本专利技术的一实施例中，所述路径规划方法充分考虑了路径属性、与障碍物的距离以及路径偏离全局路径的距离，以便筛选出最佳路径，满足应用场景的要求。本专利技术的另一目的在于提供一路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，其中，为了达到上述目的，在本专利技术中不需要采用复杂的结构或算法。因此，本专利技术成功和有效地提供一解决方案，不只提供一简单的路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备，同时还增加了所述路径生成方法和路径规划方法及其系统和设备的实用性和可靠性。为了实现上述至少一专利技术目的或其他目的和优点，本专利技术提供了一路径生成方法，包括步骤：基于全局路径数据和一移动平台的位姿数据，确定该移动平台在全局路径中的当前位置；基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，生成一组采样点，以获得该采样点在该全局路径中的位置；藉由一样条曲线模型，分别在该移动平台的该当前位置和该采样点的位置之间拟合出一组拟合路径线；以及分别沿着平行于该全局路径的全局路径线的方向延伸该拟合路径线，以得到具有预定路径长度的一组备选路径。在本专利技术的一实施例中，所述基于全局路径数据和一移动平台的位姿数据，确定该移动平台在全局路径中的当前位置的步骤，包括步骤：基于该全局路径数据，建立全局坐标系，其中该全局坐标系的s轴平行于该全局路径线，并且该全局坐标系的l轴垂直于该全局路径线；和基于该移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一路径生成方法，其特征在于，包括步骤：/n基于全局路径数据和一移动平台的位姿数据，确定该移动平台在全局路径中的当前位置；/n基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，生成一组采样点，以获得该采样点在该全局路径中的位置；/n藉由一样条曲线模型，分别在该移动平台的该当前位置和该采样点的位置之间拟合出一组拟合路径线；以及/n分别沿着平行于该全局路径的全局路径线的方向延伸该拟合路径线，以得到具有预定路径长度的一组备选路径。/n

【技术特征摘要】
1.一路径生成方法，其特征在于，包括步骤：
基于全局路径数据和一移动平台的位姿数据，确定该移动平台在全局路径中的当前位置；
基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，生成一组采样点，以获得该采样点在该全局路径中的位置；
藉由一样条曲线模型，分别在该移动平台的该当前位置和该采样点的位置之间拟合出一组拟合路径线；以及
分别沿着平行于该全局路径的全局路径线的方向延伸该拟合路径线，以得到具有预定路径长度的一组备选路径。


2.如权利要求1所述的路径生成方法，其中，所述基于全局路径数据和一移动平台的位姿数据，确定该移动平台在全局路径中的当前位置的步骤，包括步骤：
基于该全局路径数据，建立全局坐标系，其中该全局坐标系的s轴平行于该全局路径线，并且该全局坐标系的l轴垂直于该全局路径线；和
基于该移动平台的位姿数据，求解出该移动平台在该全局坐标系中的当前位置坐标。


3.如权利要求2所述的路径生成方法，其中，在所述基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，生成一组采样点，以获得该采样点在该全局路径中的位置的步骤中：
基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，利用幂函数曲线生成该采样点，以获得该采样点在该全局坐标系中的位置坐标。


4.如权利要求3所述的路径生成方法，其中，所述基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，生成一组采样点，以获得该采样点在该全局路径中的位置的步骤，包括步骤：
生成一组平行线，其中每该平行线平行于该全局坐标系的该s轴；和
计算该幂函数曲线与每该平行线的交点，以作为该采样点。


5.如权利要求4所述的路径生成方法，其中，该幂函数曲线为一函数模型：其中，s和l分别为该幂函数曲线上各点在该全局坐标系中的坐标值；s0和l0分别为该移动平台在该全局坐标系中的当前位置坐标值；slope为该幂函数曲线的系数。


6.如权利要求1所述的路径生成方法，其中，所述基于全局路径数据和一移动平台的位姿数据，确定该移动平台在全局路径中的当前位置的步骤，包括步骤：
基于该全局路径数据，生成一组路段的路段信息，其中该路段的起点和终点均为该全局路径线上的全局路径点；
基于该移动平台的该位姿数据和该路段的该路段信息，计算该移动平台与每该路段之间的最小距离，以确定该移动平台所处的当前路段；
基于该当前路段的路段信息，建立一当前路段坐标系，其中该当前路段坐标系的x轴和y轴分别平行和垂直于该当前路段的起点和终点之间的连线；以及
基于该移动平台的该位姿数据，求解出该移动平台在该当前路段坐标系中的当前位置坐标。


7.如权利要求6所述的路径生成方法，其中，在所述基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，生成一组采样点，以获得该采样点在该全局路径中的位置的步骤中：
基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，利用幂函数曲线生成该采样点，以获得该采样点在该当前路段坐标系中的位置坐标。


8.如权利要求6所述的路径生成方法，其中，该当前路段坐标系的原点位于该当前路段的起点，并且该当前路段坐标系的该x轴指向该当前路段的终点。


9.如权利要求8所述的路径生成方法，其中，所述基于该全局路径数据，生成一组路段的路段信息，其中该路段的起点和终点均为该全局路径线上的全局路径点的步骤，包括步骤：
基于该全局路径数据中该全局路径线上的该全局路径点，获得每该路段在该当前路段坐标系中的起点坐标和终点坐标；和
分别基于该当前路段的左右路宽和下一相邻的路段的左右路宽，求解出该当前路段在该当前路段坐标系中的左右边界点坐标，以获得该当前路段的通行区域。


10.如权利要求9所述的路径生成方法，进一步包括步骤：
判断每该备选路径是否超出该当前路段的该通行区域，如果是，则将该备选路径的超出部分重构至该下一相邻的路段的通行区域，以得到重构的备选路径；如果否，则保持该备选路径不变。


11.如权利要求10所述的路径生成方法，其中，所述判断每该备选路径是否超出该当前路段的该通行区域的步骤，包括步骤：
对每该备选路径进行采样，以得到该备选路径上的备选路径点；
求解每该备选路径与该当前路段的该通行区域的终端边界线之间的交点，作为该备选路径上的路段截止点；
比较该备选路径上所有的该备选路径点的x轴坐标与该备选路径上的该路段截止点的x轴坐标之间的大小；以及
当该备选路径点的x轴坐标大于该路段截止点的x轴坐标时，藉由一映射模型，将该备选路径点映射至该下一相邻的路段的通行区域，以获得重构路径点。


12.如权利要求11所述的路径生成方法，其中，所述映射模型为：



其中：(x2,y2)为该重构路径点在下一路段坐标系中的坐标；(x1,y1)为该备选路径点在该当前路段坐标系中的坐标；(xe,ye)和(xb,yb)分别为该路段截止点在该当前路段坐标系和该下一路段坐标系上的坐标；W1和W2分别为该当前路段和该下一相邻的路段的同侧路宽。


13.如权利要求1至12中任一所述的路径生成方法，进一步包括步骤：
改变该样条曲线模型的约束条件，拟合出不同组的该拟合路径线，以通过延伸该不同组的拟合路径线，获得不同组的该备选路径。


14.如权利要求13所述的路径生成方法，其中，该样条曲线模型的该约束条件包括幂函数曲线的系数和幂函数曲线的起点斜率。


15.如权利要求13所述的路径生成方法，其中，该样条曲线模型为五次样条曲线或三次样条曲线。


16.一路径规划方法，其特征在于，包括步骤：
A：获取通过路径生成方法生成的一组或多组备选路径；和
B：基于所获得的障碍物的信息，从所述备选路径中筛选出最优路径；
其中所述路径生成方法包括步骤：
基于全局路径数据和一移动平台的位姿数据，确定该移动平台在全局路径中的当前位置；
基于该移动平台在该全局路径中的该当前位置，生成一组采样点，以获得该采样点在该全局路径中的位置；
藉由一样条曲线模型，分别在该移动平台的该当前位置和该采样点的位置之间拟合出一组拟合路径线；以及
分别沿着平行于该全局路径的全局路径线的方向延伸该拟合路径线，以得到具有预定路径长度的一组备选路径。


17.如权利要求16所述的路径规划方法，其中，在所述步骤B中：
藉由一路径筛选模型，获得每该备选路径的通行系数，以将具有最...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，高洋波，蔡俊杰，田文军，
申请(专利权)人：舜宇光学浙江研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33