本发明专利技术提供一种越野车安全行驶区域求解方法及系统，该方法首先基于多源传感和多源信息融合，识别越野车当前行驶的外部环境及路面特征状态，从而构建非结构化道路场景中虚拟车道线以及路面特征参数与规划变量的映射关系；然后，设计安全边界的约束条件，将越野车安全行驶区域求解问题公式化为安全边界的约束优化问题；最终，求解所建立的约束优化问题，所求安全边界内的区域即为越野车安全行驶区域。本发明专利技术可有效解决越野车辅助驾驶系统中，因非结构化道路的复杂多样路面状态和没有清晰的车道线区分行驶路径和障碍物，带来的安全行驶区域未知、路径规划缺乏基准等问题，可为越野车提供非结构化道路场景中的安全行驶区域，为车辆安全行驶提供保障。辆安全行驶提供保障。辆安全行驶提供保障。
【技术实现步骤摘要】
一种越野车安全行驶区域求解方法及系统
[0001]本专利技术涉及越野车辅助驾驶领域，更具体地，涉及一种越野车安全行驶区域求解方法及系统。
技术介绍
[0002]辅助驾驶技术的发展在提升车辆的交通安全与通行效率等方面上具有重大意义。越野车辅助驾驶系统的工作模式主要包括：驾驶员
‑
机器协同驾驶以及无人驾驶。在无人驾驶的模式中，控制系统会自动规划最优路径与车速，并自动操作执行器跟随规划指令，控制车辆在道路安全区域内全速行驶。驾驶员
‑
机器协同驾驶模式下，控制系统会实时监控车辆状态，修正驾驶员潜在的危险操控指令，将车辆的行驶状态限定在安全区域内，并及时对未知不确定障碍进行紧急避险。因此，实时规划越野车安全行驶区域将是越野车实现高效辅助驾驶的重要前提之一。
[0003]目前，在高速道路、城市主干道路场景下的低速辅助驾驶相关技术已经得到了显著的发展与应用。在车辆辅助驾驶领域，已有学者和工程人员研究路径规划问题，例如：《基于激光雷达与摄像机的车辆辅助驾驶技术研究》和《基于机器视觉的先进辅助驾驶系统关键技术硏究》分别采用不同传感器研究了车道线、前方车辆以及交通指示牌等外部环境感知和实时局部路径规划，《基于道路安全边界的汽车主动转向与制动集成控制研究》研究了结构化道路场景下的道路安全边界问题，专利202010750613.2提出了一种基于四线激光雷达的道路边界检测方法，专利201910138854.9提出了一种无人驾驶越野车跨壕沟的自动识别与控制系统及方法。但是，非结构化道路场景下的越野车辅助驾驶技术仍待进一步研究。相比于高速公路、城市主干道等结构化道路，非结构化道路没有清晰的道路边界，存在着坑洼、水迹、泥沙、杂草、碎石等复杂路面状态。
技术实现思路
[0004]针对以上现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种越野车安全行驶区域的求解方法及系统。该方法首先基于多源传感和多源信息融合，识别了越野车当前行驶的外部环境及路面特征状态，从而构建了非结构化道路场景中虚拟车道线和构建路面特征参数与规划变量的映射关系；然后，根据环境信息与汽车运动状态设计安全边界的约束条件，将越野车安全行驶区域求解问题公式化为安全边界的约束优化问题；最终，基于约束演化学习算法进行求解所建立的约束优化问题，所求安全边界内的区域即为越野车安全行驶区域。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种越野车安全行驶区域求解方法，包括：
[0006]基于多源传感和多源信息融合，识别越野车当前行驶的外部环境信息和路面特征参数；
[0007]基于所述外部环境信息构建非结构化道路场景中虚拟车道线，以及根据路面特征参数构建路面特征参数和规划变量的映射关系；
[0008]基于数学模型描述安全边界，且根据外部环境信息、规划变量和越野车运动状态
设计安全边界的约束条件；
[0009]将越野车安全行驶区域求解问题建模为安全边界的约束优化问题，基于约束演化学习算法进行求解，所求安全边界内的区域为越野车的安全行驶区域。
[0010]根据本专利技术的第二方面，提供一种越野车安全行驶区域求解系统，包括：
[0011]识别模块，用于基于多源传感和多源信息融合，识别越野车当前行驶的外部环境信息和路面特征参数；
[0012]第一构建模块，用于基于所述外部环境信息构建非结构化道路场景中虚拟车道线，以及根据路面特征参数构建路面特征参数和规划变量的映射关系；
[0013]第二构建模块，用于基于数学模型描述安全边界，根据外部环境信息、规划变量和越野车运动状态设计安全边界的约束条件；
[0014]求解模块，用于将越野车安全行驶区域求解问题建模为安全边界的约束优化问题，基于约束演化学习算法进行求解，所求安全边界内的区域为越野车的安全行驶区域。
[0015]根据本专利技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现越野车安全行驶区域求解方法的步骤。
[0016]根据本专利技术的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现越野车安全行驶区域求解方法的步骤。
[0017]本专利技术提供的一种越野车安全行驶区域求解方法及系统，其有益效果为：
[0018](1)本专利技术针对越野车在非结构化场景中的辅助驾驶问题，提供了一种越野车安全行驶区域求解方法，可为越野车实时提供安全行驶区域，便于越野车在复杂路况进行实时安全校核，同时也为后续的路径规划奠定基础。
[0019](2)本专利技术基于多源传感识别车辆可感知范围内的虚拟车道线，将非结构化路况规范化为结构化路况，便于利用现有结构化路况的辅助驾驶技术来降低非结构化路况场景中辅助驾驶系统的设计难度。
[0020](3)本专利技术将越野车安全行驶区域求解问题公式化为安全边界的约束优化问题，并基于约束蝙蝠算法等约束演化学习算法进行求解，具有灵活性好、扩展性强、易于实现等优势。
附图说明
[0021]图1为本专利技术提供的一种越野车安全行驶区域求解方法流程图；
[0022]图2为本专利技术实施例的构建越野车虚拟车道线的操作流程图；
[0023]图3为本专利技术实施例的基于虚拟道路基准线建立的Frenet坐标系；
[0024]图4为本专利技术实施例的安全行驶区域示例；
[0025]图5为本专利技术提供的一种越野车安全行驶区域求解方法的整体流程示意图；
[0026]图6为本专利技术提供的一种越野车安全行驶区域求解系统的结构示意图；
[0027]图7为本专利技术提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
[0028]图8为本专利技术提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0030]越野车作为一种为越野而特别设计的汽车，主要在质量很差的路面或者根本没有路的地区和战场上行驶。此类非结构化道路情况复杂多样，且没有清晰的车道线区分行驶路径和障碍物。在此路况中行驶时，越野车经常面临着障碍物、崎岖路面、恶劣环境等带来的车辆倾覆、碰撞、落坑等各类驾驶风险。越野车的辅助驾驶技术能过够有效提升车辆的交通安全与通行效率。但高性能的辅助驾驶功能的实现迫切需要预知车辆的实时安全行驶区域，为车辆的路径规划奠定基础。
[0031]实施例一
[0032]一种越野车安全行驶区域求解方法，参见图1，该方法主要包括以下步骤：
[0033]步骤1，基于多源传感和多源信息融合，识别越野车当前行驶的外部环境信息和路面特征参数；
[0034]步骤2，基于所述外部环境信息构建非结构化道路场景中虚拟车道线，以及根据路面特征参数构建路面特征参数和规划变量的映射关系。
[0035]作为实施例，基于所述外部环境信息构建非结构化道路场景中虚拟车道本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种越野车安全行驶区域求解方法，其特征在于，包括：基于多源传感和多源信息融合，识别越野车当前行驶的外部环境信息和路面特征参数；基于所述外部环境信息构建非结构化道路场景中虚拟车道线，以及根据路面特征参数构建路面特征参数和规划变量的映射关系；基于数学模型描述安全边界，且根据外部环境信息、规划变量和越野车运动状态设计安全边界的约束条件；将越野车安全行驶区域求解问题建模为安全边界的约束优化问题，基于约束演化学习算法进行求解，所求安全边界内的区域为越野车的安全行驶区域。2.根据权利要求1所述的越野车安全行驶区域求解方法，其特征在于，基于所述外部环境信息构建非结构化道路场景中虚拟车道线，包括：基于多源传感器采集车辆周围环境信息，构建局部环境地图；识别车辆可感知范围内的障碍物，拟合车辆不可跨越障碍物边线，构建越野车在非结构路面上的虚拟车道线。3.根据权利要求2所述的越野车安全行驶区域求解方法，其特征在于，所述识别车辆可感知范围内的障碍物，拟合车辆不可跨越障碍物边线，构建越野车在非结构路面上的虚拟车道线，包括：对于车辆可感知范围内的障碍物，若障碍物的宽度、高度和深度在车辆可跨越的阈值之内，则为可行障碍物，否则，为危险障碍物；对局部环境地图进行栅格化处理，根据危险障碍物尺寸、危险障碍物中心、车辆自身尺寸、车辆纵向轴线夹角构建搜索图；以三次样条曲线为模型，基于图搜索算法拟合虚拟车道线。4.根据权利要求1所述的越野车安全行驶区域求解方法，其特征在于，所述基于多源传感和多源信息融合，识别越野车当前行驶的外部环境信息和路面特征参数，包括：基于多源信息融合算法，利用视觉、激光雷达、车辆动态响应，辨识车辆的路面特征参数，所述路面特征参数包括滑移率λ和路面附着系数μ；相应的，所述根据路面特征参数构建路面特征参数和规划变量的映射关系，包括：根据辨识的滑移率λ和路面附着系数μ确定当前路况所允许的最大车速v
max
，即v
max
＝g(λ,μ)；根据所允许的最大车速v
max
，设定规划路径长度Δs，即Δs＝f(v
max
)+Δs
min
，其中Δs
min
为最小规划路径长度。5.根据权利要求1所述的越野车安全行驶区域求解方法，其特征在于，所述基于数学模型描述安全边界，包括：考虑车辆初始航向角与相对于基准线的横向偏移，以三次样条曲线描述安全边界：ρ(s)＝a1(s
‑
s
start
)+a2(s
‑
s
start
)2+a3(s
‑
s
start
)3+ρ
start
；式中，a1、a2、a3为样条曲线的系数，(s
start
,ρ
start
)为当前车辆坐标。6.根据权利要求5所述的越野车安全行驶区域求解方法，其特征在于，所述根据外部环境信息、规划变量和越野车运动状态设计安全边界的约束条件,包括：设...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋宝，张宏超，李虎，唐小琦，周向东，刘永兴，杨承博，王小柏，卢慧锋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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