一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法和系统，属于运动规划技术领域。先建立多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型，然后获取障碍物信息和每一无人驾驶车辆的参考轨迹，最后以障碍物信息和参考轨迹作为输入，利用多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型生成每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊，从而考虑时间层面生成多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊，且各个无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞，各个无人驾驶车辆的三维时空运动走廊与障碍物之间无碰撞，在多无人驾驶车辆运动规划中能够生成安全、可通行、无碰撞和光滑的三维时空运动走廊。无碰撞和光滑的三维时空运动走廊。无碰撞和光滑的三维时空运动走廊。

【技术实现步骤摘要】
一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法和系统


[0001]本专利技术涉及运动规划
，特别是涉及一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法和系统。

技术介绍

[0002]运动规划技术在多无人驾驶车辆驾驶中占据着非常重要的地位，目前主流的无人驾驶车辆运动规划都是采用单车规划算法进行规划，比如基于搜索的规划算法、基于采样的规划算法、基于优化的规划算法和基于学习的规划算法等，但由于单车规划算法没有考虑多无人驾驶车辆之间的交互行为，导致无法保证所规划得到的多无人驾驶车辆轨迹之间的无碰撞。且当前的多无人驾驶车辆运动规划技术绝大多数都是在二维平面进行规划，很少考虑时间层面这一因素。
[0003]基于此，亟需一种能够考虑时间层面的、保证多车轨迹无碰撞的技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法和系统，考虑时间层面生成多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊，且各个无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法，所述生成方法包括：建立多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型；所述多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型包括目标函数、保证多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞的第一约束条件、保证每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊与障碍物之间无碰撞的第二约束条件和保证单位时间段内每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊的台阶与障碍物的台阶之间无碰撞的第三约束条件；获取障碍物信息和每一无人驾驶车辆的参考轨迹；所述障碍物信息包括障碍物在每一单位时间段的形状和位置；以所述障碍物信息和所述参考轨迹作为输入，利用所述多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型生成每一所述无人驾驶车辆的三维时空运动走廊；所述三维时空运动走廊包括多个所述单位时间段的台阶；所述台阶为所述无人驾驶车辆的可行驶范围。
[0006]一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成系统，所述生成系统包括：模型构建模块，用于建立多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型；所述多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型包括目标函数、保证多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞的第一约束条件、保证每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊与障碍物之间无碰撞的第二约束条件和保证单位时间段内每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊的台阶与障碍物的台阶之间无碰撞的第三约束条件；信息获取模块，用于获取障碍物信息和每一无人驾驶车辆的参考轨迹；所述障碍
物信息包括障碍物在每一单位时间段的形状和位置；生成模块，用于以所述障碍物信息和所述参考轨迹作为输入，利用所述多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型生成每一所述无人驾驶车辆的三维时空运动走廊；所述三维时空运动走廊包括多个所述单位时间段的台阶；所述台阶为所述无人驾驶车辆的可行驶范围。
[0007]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术用于提供一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法和系统，先建立多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型，包括目标函数和保证多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞以及保证每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊与障碍物之间无碰撞的三个约束条件。然后获取障碍物信息和每一无人驾驶车辆的参考轨迹。最后以障碍物信息和参考轨迹作为输入，利用多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型生成每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊，从而考虑时间层面生成多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊，且各个无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞，各个无人驾驶车辆的三维时空运动走廊与障碍物之间无碰撞，在多无人驾驶车辆运动规划中能够生成安全、可通行、无碰撞和光滑的三维时空运动走廊。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0009]图1为本专利技术实施例1所提供的生成方法的方法流程图；图2为本专利技术实施例1所提供的模型建立方法的流程图；图3为本专利技术实施例1所提供的三维时空运动走廊向Oxy投影重叠台阶的局部放大图；图4为本专利技术实施例1所提供的三维时空运动走廊向Oxy投影台阶不重叠的四种情况示意图；图5为本专利技术实施例1所提供的多无人驾驶车辆三维时空环境下的碰撞检测图；图6为本专利技术实施例1所提供的三维时空运动走廊动静态障碍物表示形式的示意图；图7为本专利技术实施例1所提供的三维时空运动走廊示意图；图8为本专利技术实施例1所提供的第k单位时间段的台阶示意图；图9为本专利技术实施例1所提供的三维时空运动走廊台阶局部截面放大图；图10为本专利技术实施例1所提供的两无人驾驶车辆的三维时空运动走廊的示意图；图11为本专利技术实施例1所提供的两无人驾驶车辆三维时空运动走廊的平面投影示意图；图12为本专利技术实施例1所提供的两无人驾驶车辆在第k单位时间段的台阶示意图；图13为本专利技术实施例1所提供的多无人驾驶车辆信息传递图；图14为本专利技术实施例2所提供的生成系统的系统框图。
具体实施方式
[0010]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0011]本专利技术的目的是提供一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法和系统，考虑时间层面生成多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊，且各个无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞。
[0012]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0013]实施例1：本实施例用于提供一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法，如图1所示，所述生成方法包括：S1：建立多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型；所述多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型包括目标函数、保证多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞的第一约束条件、保证每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊与障碍物之间无碰撞的第二约束条件和保证单位时间段内每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊的台阶与障碍物的台阶之间无碰撞的第三约束条件；如图2所示，本实施例的多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型的建立过程可以包括：（1）构造多无人驾驶车辆各自的三维时空运动走廊之间避免交互冲突的严格约束，得到第一约束条件；为避免多无人驾驶车辆交互时发生碰撞，在三维时空地图中表征的各无人驾驶车辆的三维时空运动走廊不能产生重叠，故在三维时空运动走廊生成过程中需要添加多无人驾驶车辆不允许在同一时间段占据同一三维空间位置的约束。无人驾驶车辆i和无人驾驶车辆j交互时，二者的三维时空运动走廊向Oxy平面投影如果有重合，但在三维时空运动走廊空间中并没有重合，这样就能保证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成方法，其特征在于，所述生成方法包括：建立多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型；所述多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型包括目标函数、保证多无人驾驶车辆的三维时空运动走廊之间无碰撞的第一约束条件、保证每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊与障碍物之间无碰撞的第二约束条件和保证单位时间段内每一无人驾驶车辆的三维时空运动走廊的台阶与障碍物的台阶之间无碰撞的第三约束条件；获取障碍物信息和每一无人驾驶车辆的参考轨迹；所述障碍物信息包括障碍物在每一单位时间段的形状和位置；以所述障碍物信息和所述参考轨迹作为输入，利用所述多无人驾驶车辆三维时空运动走廊生成模型生成每一所述无人驾驶车辆的三维时空运动走廊；所述三维时空运动走廊包括多个所述单位时间段的台阶；所述台阶为所述无人驾驶车辆的可行驶范围。2.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述目标函数包括：其中，为所有无人驾驶车辆的加权代价和；为无人驾驶车辆i的权重；为无人驾驶车辆i的行驶区间范围广度；为无人驾驶车辆i的参考轨迹偏差度。3.根据权利要求2所述的生成方法，其特征在于，所述无人驾驶车辆i的行驶区间范围广度的计算公式为：其中，为无人驾驶车辆i的范围广度权重；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶中的参考点到台阶左边界的距离；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶中的参考点到台阶右边界的距离；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶中的参考点到台阶下边界的距离；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶中的参考点到台阶上边界的距离。4.根据权利要求2所述的生成方法，其特征在于，所述无人驾驶车辆i的参考轨迹偏差度的计算公式为：其中，为无人驾驶车辆i的偏差度权重；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶中的参考点的x坐标；为无人驾驶车辆i的参考轨迹在第k单位时间段的x坐标；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶中的参考点的y坐标；为无人驾驶车辆i的参考轨迹在第k单位时间段的y坐标。
5.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述第一约束条件包括：其中，为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶的左边界坐标；为无人驾驶车辆j在第k单位时间段的台阶的右边界坐标；为第一整数变量；M为极大数；为第一安全阈值；为无人驾驶车辆j在第k单位时间段的台阶的左边界坐标；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶的右边界坐标；为第二整数变量；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶的下边界坐标；为无人驾驶车辆j在第k单位时间段的台阶的上边界坐标；为第三整数变量；为第二安全阈值；为无人驾驶车辆j在第k单位时间段的台阶的下边界坐标；为无人驾驶车辆i在第k单位时间段的台阶的上边界坐标；为第四整数变量。6.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述第二约束条件包...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚建伟，臧政，张曦，龚乘，吕超，吴绍斌，李圆圆，齐建永，冯悦，
申请(专利权)人：慧动星球北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：