一种基于几何拓扑的路径曲率平滑方法以及装置制造方法及图纸

本公开是关于一种基于几何拓扑的路径曲率平滑方法、装置、电子设备以及存储介质。其中，该方法包括：获取预设录制路径的路径点集，并基于多项式进行低平滑度拟合，生成包含均匀间隔的路径点的拟合路径的路径点集；将所述拟合路径的路径点集基于预设半径生成连通区域，并将所述连通区域在预设地图中基于预设间隔进行栅格化处理，生成栅格化连通区域；对所述栅格化连通区域进行路径求解，生成待平滑路径，将所述待平滑路径根据预设车辆最小转弯半径基于预设平滑算法进行平滑化处理，生成行驶路径。本公开通过对曲率波动较大的路径进行平滑处理，且不会受原始路径点集存在点重叠、不均匀、有遗漏、有噪声等问题的影响，具有更高的普适性。普适性。普适性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于几何拓扑的路径曲率平滑方法以及装置


[0001]本公开涉及无人驾驶领域，具体而言，涉及一种基于几何拓扑的路径曲率平滑方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]无人驾驶矿车是智能矿区的重要发展方向，矿区宽体矿卡的无人驾驶系统车辆控制模块需要通过控制自动转向使矿卡沿着固定路径行驶。无人驾驶系统的输入的全局路径一般由规划算法计算，或录制人为驾驶的实际行驶路径。相较于算法计算全局路径的灵活性，提前录制路径的方式可以提高车辆运行的安全性。在矿区场景中，无人车队行驶范围固定，故实际应用中录制路径的方式更为适用。路径录制所面临的主要问题是路径曲率波动较大。在录制过程中，路径采集车辆会停止、倒车、掉头的现象，录制工具会存在GPS偏离、数据掉帧的现象。上述现象会导致出现采集的路径点集间隔不均、重叠、或遗漏等问题使得路径曲率波动较大。
[0003]在录制路径曲率较大的情景下，现有的路径平滑方法无法得到较好的处理结果。导致曲率较大的原因主要有路径点重叠、不均匀、有遗漏、有噪声。现有方法主要包括拟合、插值、基于能量函数的方法。在使用插值方法处理时，由于必须通过已有路径点，故无法处理有遗漏点和有噪声的路径，在基于能量函数方法处理时，由于所有点集都要满足函数值最小，故无法处理不均匀和有噪声的路径。在使用拟合方法处理时，由于无法对路径不同部分采用适合的平滑度，故无法处理有较多噪声点的路径。
[0004]现有技术中基于五阶贝塞尔曲线的机器人路径平滑方法及系统通过获取栅格地图信息以及连接起始点和目标点的折线路径，建立基于五阶贝塞尔曲线的凸优化模型，设计二次规划算法快速优化得到平滑路径。但是贝塞尔曲线这种构造方法割裂了横坐标和纵坐标对曲率平滑的耦合影响，无法说明生成路径平滑程度的最优性；移动机器人路径平滑方法将初始路径的相邻节点连接对比相邻连线斜率以识别无关点和拐点，其次连接拐点并依次选取无关点插入至拐点路径中，然后使用拐点平滑算法对插入路径进行平滑处理。但是该方法是在所有路径点连接直线区域可行使的前提下进行路径处理，若路径存在断裂，则断裂两端路径点连接直线区域可能无法行驶，或者拐点处曲率无法满足车辆的最小转弯半径。
[0005]因此，需要一种或多种方法解决上述问题。
[0006]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0007]本公开的目的在于提供一种基于几何拓扑的路径曲率平滑方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
[0008]根据本公开的一个方面，提供一种基于几何拓扑的路径曲率平滑方法，包括：
[0009]获取预设录制路径的路径点集，并将所述预设录制路径的路径点集基于多项式进行低平滑度拟合，生成包含均匀间隔的路径点的拟合路径的路径点集；
[0010]将所述拟合路径的路径点集基于预设半径生成连通区域，并将所述连通区域在预设地图中基于预设间隔进行栅格化处理，生成栅格化连通区域；
[0011]对所述栅格化连通区域进行路径求解，生成待平滑路径，将所述待平滑路径根据预设车辆最小转弯半径基于预设平滑算法进行平滑化处理，生成行驶路径。
[0012]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0013]获取预设录制路径的路径点集，并将所述预设录制路径的路径点集根据预设规则进行分段处理；
[0014]将分段处理后的所述预设录制路径的路径点集基于多项式：
[0015]x(t)＝f
i
(t)＝a
i0
+a
i1
t+a
i2
t2+a
i3
t3+a
i4
t4+a
i5
t5[0016]y(t)＝g
i
(t)＝b
i0
+b
i1
t+b
i2
t2+b
i3
t3+b
i4
t4+b
i5
t5[0017]进行拟合处理，以x(t)、y(t)的三阶导数平方和作为优化的目标函数：
[0018]生成拟合路径的路径点集；
[0019]其中，a为系数，t为时间，f(t)、g(t)为t与x、y间的函数关系式，n为多项式幂数。
[0020]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中将所述预设录制路径的路径点集基于多项式拟合的约束条件为：
[0021]约束连接处的一阶导数、二阶导数、三阶导数连续；
[0022]所述预设录制路径的路径点集中路径点坐标与经过基于拟合多项式拟合处理的拟合路径的路径点集中路径点坐标差值小于预设间隔。
[0023]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0024]将所述拟合路径的路径点集基于预设半径，以所述拟合路径的路径点集中路径点为中心进行拓普化处理生成连通区域；
[0025]并将所述连通区域在预设地图中基于预设间隔进行栅格化处理，生成栅格化连通区域。
[0026]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0027]将预设地图基于预设间隔M进行栅格化处理，在所述栅格化处理的预设地图中，将所述拟合路径的路径点集中全部k个路径点的路径点集P
k
为：
[0028]{P1，P2，P3......P
k
}
[0029]对P
k
以预设半径r生成圆形区域Q
k
为：
[0030]{Q1，Q2，Q3......Q
k
}；
[0031]将所述圆形区域Q
k
所在的栅格标记为连通栅格，统计所有连通栅格生成栅格化连通区域。
[0032]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0033]对所述栅格化连通区域基于A*算法进行路径求解，生成待平滑路径；
[0034]对所述待平滑路径根据预设车辆最小转弯半径基于梯度下降算法进行平滑化处理，生成行驶路径。
[0035]在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
[0036]在对所述待平滑路径根据预设车辆最小转弯半径基于梯度下降算法进行平滑化处理后，将所述待平滑路径基于能量函数对待平滑路径点集中相邻点间的曲率值进行平滑化处理，生成行驶路径。
[0037]在本公开的一个方面，提供一种基于几何拓扑的路径曲率平滑装置，包括：
[0038]路径拟合模块，用于获取预设录制路径的路径点集，并将所述预设录制路径的路径点集基于多项式进行低平滑度拟合，生成包含均匀间隔的路径点的拟合路径的路径点集；
[0039]连通区域生成模块，用于将所述拟合路径的路径点集基于预设半径生成连通区域，并将所述连通区域在预设地图中基于预设间隔进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于几何拓扑的路径曲率平滑方法，其特征在于，所述方法包括：获取预设录制路径的路径点集，并将所述预设录制路径的路径点集基于多项式进行低平滑度拟合，生成包含均匀间隔的路径点的拟合路径的路径点集；将所述拟合路径的路径点集基于预设半径生成连通区域，并将所述连通区域在预设地图中基于预设间隔进行栅格化处理，生成栅格化连通区域；对所述栅格化连通区域进行路径求解，生成待平滑路径，将所述待平滑路径根据预设车辆最小转弯半径基于预设平滑算法进行平滑化处理，生成行驶路径。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取预设录制路径的路径点集，并将所述预设录制路径的路径点集根据预设规则进行分段处理；将分段处理后的所述预设录制路径的路径点集基于多项式：x(t)＝f
i
(t)＝a
i0
+a
i1
t+a
i2
t2+a
i3
t3+a
i4
t4+a
i5
t5y(t)＝g
i
(t)＝b
i0
+b
i1
t+b
i2
t2+b
i3
t3+b
i4
t4+b
i5
t5进行拟合处理，以x(t)、y(t)的三阶导数平方和作为优化的目标函数：生成拟合路径的路径点集；其中，a为系数，t为时间，f(t)、g(t)为t与x、y间的函数关系式，n为多项式幂数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法中将所述预设录制路径的路径点集基于多项式拟合的约束条件为：约束连接处的一阶导数、二阶导数、三阶导数连续；所述预设录制路径的路径点集中路径点坐标与经过基于拟合多项式拟合处理的拟合路径的路径点集中路径点坐标差值小于预设间隔。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述拟合路径的路径点集基于预设半径，以所述拟合路径的路径点集中路径点为中心进行拓普化处理生成连通区域；并将所述连通区域在预设地图中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博伟，刘栋，刘亮，李大伟，王拓，刘政禹，张博轩，张琦，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：