【技术实现步骤摘要】
一种无人驾驶避障路径规划方法和系统
[0001]本专利技术涉及人工智能无人驾驶
，特别是一种无人驾驶避障路径规划方法和系统。
技术介绍
[0002]随着信息、通信、人工智能(AI)等技术的发展，工业化与信息化的融合越发深入，人工智能赋能传统汽车催生的无人驾驶技术已逐步应用于矿山开采、港口码头、仓库物流、公共交通等场景。无人驾驶过程中遇到突发障碍物是不可避免的现实问题，能否安全、高效的规避障碍物并到达指定终点，影响到无人驾驶是否可在现实业务中落地实施。避障的路径规划属于局部规划方法，应具备应对突发情况的动态能力。首先，车辆要能够及时准确识别出前进道路上障碍物；第二，结合当前所处路况以及障碍物位置，智能判断应该如何找到车辆最优转向避障方向；第三，根据车辆尺寸、道路宽度、车辆最小拐弯半径计算出安全可行驶的避障路径；最后，保证车辆绕过障碍物之后不间断继续正常行驶。
[0003]当前无人驾驶车辆避障已有的技术手段有基于传感器探测、基于计算机视觉、基于机器学习等，上述方法计算代价大、多车行驶控制能力弱，难以满足现实场景应用需要。业界迫切需要智能、高效、安全、多车控制的局部避障路径规划算法。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种无人驾驶避障路径规划方法和系统，能够降低计算负荷，提升路径规划效率，保障车辆行驶安全。本专利技术采用的技术方案如下。
[0005]一方面，本专利技术提供一种无人驾驶避障路径规划方法，包括：
[0006]接收路径规划请求信息；
[0007]...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶避障路径规划方法，其特征是，包括：接收路径规划请求信息；响应于接收到路径规划请求信息，获取障碍物地图数据以及车道地图数据；根据获取到的数据确定车道宽度，以及当前距离车辆最近的障碍物及其与车辆之间的距离；根据最近的障碍物与车辆之间的距离、车辆尺寸以及车道宽度，判断车辆在当前道路上是否能够避开障碍物；若判断结果为车辆在当前道路上能够避开障碍物，则根据障碍物与车道两边界的距离确定车辆转向；基于车辆转向，按照预设的避障点选择规则，确定避障结束点和避障通过点；基于避障结束点和避障通过点，按照预设的路径优化规则确定参考路径；基于所述参考路径，按照预设的局部调整策略对起点到参考路径之间以及参考路径到避障结束点之间的路径进行调整，得到调整后的避障路径；按照预设的安全检测规则对避障路径进行安全检测计算，若安全检测计算结果满足要求，则确定避障路径为最终避障路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，可行的避障通过点数量为至少一个；方法还包括：若基于所有可行的避障通过点计算得到的避障路径经安全检测计算的结果均不满足要求，则：按照预设的车辆前进策略计算得到多个前进路线终点；利用预先构建的人工势场模型，计算各前进路线终点对应的引力场值，将引力场值最小的作为前进方向点；以所述前进方向点作为新的车辆避障起点，进行路径规划以及安全检测计算，直至规划出的避障路径能够通过安全检测计算是否能够有路线到达终点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述预设的车辆前进策略为：车辆向左、向右可转向的最大角度为δ，车辆左转、右转的可选择转向角度为stree_n个，可选择的行驶路线方向共2*stree_n+1个，前进距离限制为小于或等于1米，得到车辆可前行的多条对应不同转向角度的前行路线。4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述人工势场包括车辆到障碍物的斥力场，车辆到避障通过点的引力场，以及车辆到避障结束点的引力场；车辆到障碍物的斥力场U
rep
(p)计算公式为：上式中，η为预设常数，d(p,p
obs
)表示当前点p到障碍物位置点p
obs
之间的距离；d0为预设的距离阈值，VF表示车辆定位点到车头最前方的距离，VW表示车辆定位点到车尾最后方的距离；避障结束点和避障通过点对车辆的引力场计算公式为：
上式中，ε为预设常数，d(q,q
end
)表示当前点p到避障结束点q
end
之间的距离，d
end
是预设的距离阈值，其中d
se
为车辆避障起点到避障结束点的距离；对于所选择的避障通过点c，引力场按下式计算：上式中，sp为车辆避障起点，gp为避障结束点，p为当前点，d(sp,p)为车辆避障起点到当前点的距离；d
sc
为车辆避障起点到通过点的距离。总人工势场计算公式为：U(p)＝U
req
(p)+U
att
(p)。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，车辆通过障碍物探测设备实时检测行驶前方的障碍物，将检测到的障碍物的位置信息和尺寸信息通过通信层设备传输至地图服务器；障碍物探测设备在检测到障碍物时，向通信层设备发送避障通知信息，通信层设备响应于接收到避障通知信息，向路径规划平台发送路径规划请求；路径规划平台响应于接收到所述路径规划请求，从地图服务器获取障碍物地图数据和车道地图数据。6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述障碍物探测设备以设定的探测周期扫描探测行驶前方路况，响应于探测到设定尺寸范围的物体时，则判断为行驶前方存在障碍物。7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述探测周期设置为100ms
‑
500ms，所述设定尺寸范围为：长度L≥0.5米，宽度W≥0.5米，高度H≥0.5米。8.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述路径规划请求包括车辆实时位置信息、车辆航向角和障碍物编号，其中，所述障碍物编号由地图服务器分配给障碍物探测设备上报的障碍物，并传输至通信层设备；所述路径规划平台从地图服务器获取障碍物地图数据，根据获取到的数据确定当前距离车辆最近的障碍物及其与车辆之间的距离，包括：根据障碍物编号从地图服务器的地图数据库中查找到相应障碍物，对障碍物的边界进行采样；根据边界采样数据计算障碍物与车辆之间的距离。9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述根据边界采样数据计算障碍物与车辆之间的距离包括：计算各边界采样点与车辆的距离，将计算得到的最小距离作为障碍物与车辆之间的距离。10.根据权利要求8所述的方法，其特征是，通信层设备响应于在设定的限制时间内未接收到地图服务器返回的障碍物编号，则向路径规划平台发送包括车辆实时位置信息和车
辆航向角的路径规划请求；路径规划平台响应于接收到所述路径规划请求，读取地图服务器中地图数据库中的障碍物地图和车道地图数据，基于所读取的地图数据，以车辆实时位置为中心，扫描设定半径范围内行驶前方的所有障碍物：若未扫描到障碍物，则判断为当前车辆行驶不受影响，控制车辆沿原路线前进；若扫描到至少1个障碍物，则分别对各障碍物边界进行采样，根据采样结果确定影响车辆行驶的前方障碍物，以及其中距离车辆最近的障碍物及其与车辆之间的距离。11.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述路径规划请求包括车辆实时位置信息和车辆航向角；路径规划平台响应于接收到所述路径规划请求，读取地图服务器中地图数据库中的障碍物地图和车道地图数据，基于所读取的地图数据，以车辆实时位置为中心，扫描设定半径范围内行驶前方的所有障碍物：若未扫描到障碍物，则判断为当前车辆行驶不受影响，控制车辆沿原路线前进；若扫描到至少1个障碍物，则分别对各障碍物边界进行采样，根据采样结果确定影响车辆行驶的前方障碍物，以及其中距离车辆最近的障碍物及其与车辆之间的距离。12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征是，基于所读取的地图数据，以车辆实时位置为中心，扫描设定半径D范围内行驶前方的所有障碍物，若扫描到至少1个障碍物，则对于各障碍物，分别执行以下操作：以设定的采样距离间隔samp_obs对障碍物边界进行采样；基于采样结果计算得到4个极值边界点，包括具有障碍物最小x坐标值的p1(min_x,y1)，具有障碍物最大x坐标值的p2(max_x,y2)，具有障碍物最小y坐标值的p3(x3,min_y)，以及具有障碍物最大y坐标值的p4(x4,max_y)；对于各极值边界点，分别以车辆位置为起点，极值边界点为终点，形成向量vo_line；以车辆位置为起点，沿车辆航向角方向延伸长度D，形成障碍探测线；分别计算各极值边界点对应的向量vo_line与障碍探测线之间的夹角：式中，check_line代表障碍探测线向量。对于障碍物的任一极值边界点所对应的向量vo_line，若满足且相应的满足则判断该障碍物为影响车辆行驶的潜在障碍物；对于各影响车辆行驶的潜在障碍物，分别计算相应障碍物的各极值边界点到障碍探测线的映射距离：式中，len(vo_line)代表车辆定位点到障碍物边界极值点的距离；若任意一个极值边界点对应的映射距离满足dist_side
i
≤V_Wide/2，则判断相应的潜在障碍物为需要避障的影响车辆行驶的前方障碍物；
若潜在障碍物的所有极值边界点对应的映射距离皆不满足dist_side
i
≤V_Wide/2，则根据障碍物的极值边界点计算障碍物的边界线，并计算各边界线是否与障碍探测线有重叠，若存在任一边界线与障碍探测线存在重叠，则判断相应的潜在障碍物为需要避障的影响车辆行驶的前方障碍物；否则相应潜在障碍物无需避障。13.根据权利要求12所述的方法，其特征是，所述计算各边界线是否与障碍探测线有重叠包括：对于由四个极值边界点组成的4条边界线，各边界线p
m
‑
p
n
，m≠n，{m,n＝1,2,3,4}若同时满足以下条件，则判断为边界线p
m
‑
p
n
与障碍探测线重叠：式中，p
m
.x、p
m
.y分别代表极值边界点p
m
的x坐标、y坐标；sp、cp分别代表障碍探测线的起点和终点。14.根据权利要求12所述的方法，其特征是，将需要避障的障碍物中距离车辆最近作为当前需要避障的障碍物，判断车辆在当前道路上是否能够避开该障碍物。15.根据权利要求14所述的方法，其特征是，所述判断车辆在当前道路上是否能够避开障碍物，包括：判断最近的障碍物与车辆之间的距离是否满足以下公式：其中，dist_obs_veh表示最近的障碍物与车辆之间的距离，VF表示车辆定位点到车头最前方的距离，VW表示车辆宽度，RW表示车道宽度，WB表示车辆轴距；δ表示车轮最大转向角度。若满足以上公式，则判断为车辆在当前道路上能够避开当前距离最近的障碍物，若不满足公式，则判断为无法避障并输出判断结果信息。16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，方法还包括：路径规划平台将获取到的车道地图信息和障碍物地图信息中的WGS84地图坐标系转换为Mercator地图坐标系，使经度对应Mercator坐标系的X轴，纬度对应Mercator坐标系的Y轴。17.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述根据障碍物与车道两边界的距离确定车辆转向，包括：计算障碍物的各边界极值点到车道两侧边界的距离；根据所有边界极值点到车道两侧边界的距离，将车辆转向确定为朝向障碍物与车道边界之间区域最宽敞的一侧。18.根据权利要求17所述的方法，其特征是，所述计算障碍物的各边界极值点到车道两侧边界的距离，包括：以各边界极值点为起点，根据车辆航向角垂直于车辆前进方向，向两侧车道分别作映射线，得到对应多个边界极值点的多条左侧映射线和多条右侧映射线，其中，左侧映射线的长度为left_wide，右侧映射线的长度为right_wide，各左/右侧映射线的
长度即为相应边界极值点到车道左/右侧边界的距离。19.根据权利要求18所述的方法，其特征是，所述将车辆转向确定为朝向障碍物与车道边界之间区域最宽敞的一侧，包括：按照从小到大的顺序分别对多个left_wide和多个right_wide进行排序，从多个left_wide中最小的left_wide
min
和多个right_wide中最小的right_wide
min
开始，将left_wide
i
与right_wide
i
进行比较：若left_wid...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵斌，刘超，唐建林，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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