本发明专利技术公开了一种矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法及系统，包括：步骤1，进入规划起点后，获取作业区内它车状态信息，轨迹信息以及作业点的访问次数信息；步骤2，基于地图数据初始化的势场图，并根据作业区内它车的路径对势场图的势场进行调整；步骤3，通过变势场的规划方法生成作业路径和驶出路径；步骤4，作业完成后，返回步骤2；步骤3包括：步骤31，规划作业路径；步骤32，规划驶出路径。本发明专利技术具有较高的实时性、安全性以及实际可应用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿山自动驾驶，特别是涉及一种矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法及系统。
技术介绍
1、非结构化道路的多车轨迹规划技术是矿山、停车场等场景下提高车辆通行效率，降低轨迹冲突一个关键技术。在研究重点方面，现有技术主要研究无人机和机器人的多车轨迹规划问题，对四轮车辆的研究较少。此外，大多数针对四轮车的多车轨迹规划研究是在结构化环境中进行的，如结构化道路的多车轨迹规划已有大量研究，主要有基于优先级、基于反应、基于数值优化和基于速度协调的规划方法。非结构化道路的多车轨迹规划方法主要有三种，一种是采用rrt*算法在时间域的范围内同时进行多车的轨迹规划，最后采用dubins曲线拓展这些节点。第二种是设计一种启发式函数，根据车辆的同伦类数量动态的决定车辆的优先级顺序，以降低死锁发生的概率，再调用三维a*算法在时空内搜索出各车轨迹。第三种方法设计了一种防失败的混合a*，首先搜索出来一条初始路径，再设计一个圆环型的风险区来缩放避碰约束，构建中间最优化问题以降低计算维度，通过不断的迭代得到满足完全约束的最优解。
2、无论是结构化还是非结构化道路，随着车辆的数量增加，各车的避碰约束呈指数增加，计算时间往往会比较长。而使用各车单独规划轨迹的方法容易出现轨迹距离过近触发智能车辆安全停车，并增加死锁情况出现的概率。此外，对于作业区这种特殊的非结构化区域，还需要考虑作业的均匀化，避免反复作业同一作业点或某一作业点长时间空闲，以保证装卸载的持续化进行。
3、总而言之，目前多车规划方法实时性低，稳定性差，无法满足实际工程应用。</p>4、例如，现有技术一提供的方法是：首先计算各车在不考虑碰撞情况下使用rrt*搜索路径所花费的时间，将每个车辆的通行时间除以车队中最大的通行时间以保证所有的车辆会同时到达终点。在每一个拓展步长内，拓展所有车辆的随机点，然后采用dubins曲线进行连接，最后检测拓展的路径是否会碰撞，如果碰撞将重新规划，直到这一步长拓展的路径是安全有效的。反复进行上述拓展过程，直至各车到达终点。但是，使用rrt*进行拓展时，会出现很多无效的节点，这些无效节点会互相影响，当地图区域狭小或者车辆数量大时，处理这些无效节点会浪费不少的算力。
5、还例如，现有技术二提供的方法是，根据代数拓扑理论计算车辆到达终点不同路径的数量，动态的计算整个时间域内的同伦类的数量，同伦类越少，优先级越高，时刻维护各车每个步长内的高优先级和低优先级的集合，每当高优先级集合的车辆轨迹发生改变，重新使用三维a*算法为该车规划轨迹。但是，动态的进行优先级排序，将导致各个车辆的优先级频繁变换，这种不稳定性的决策最终导致各车辆速度频繁切换，浪费了大量的能量，不满足节能的要求。各车之间轨迹联系紧密，当出现车辆规划失败或者控制误差，处理难度大。
6、又例如，现有技术三提供的方法是，首先使用防失败的混合a*算法搜索一条初始路径，为路径赋予最优速度形成初始的轨迹。计算各车辆的轨迹点之间的距离是否在当前车的圆环型范围内，如果在就将两车的避碰约束加入最优控制问题中，否则就忽略他们之间的避碰约束。然后通过缩放圆环的上下界，调整最优控制问题的约束数量，采用迭代的方式找到各车碰撞程度在一定范围内的近似可行轨迹。最后，将下界固定为零，车辆周围的风险区成为一个圆形，不断的增加风险圆的半径，再次迭代直到多车的最优解满足完全约束。但是，设置中间最优控制问题，采用迭代的方式进行求解，能在一定程度上增加最优控制问题的求解成功率，但是难以保证较快的求解速度。随着车辆数量增加，最优控制问题的避碰约束维度呈指数增加，往往无法求解成功，在路口区域与流动性强的区域，无法满足实时性要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法及系统，具有较高的实时性、安全性以及实际可应用性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其包括：
3、步骤1，车辆在进入规划起点后，从后台获取作业区内它车状态信息，轨迹信息以及作业点的访问次数信息；
4、步骤2，基于地图数据初始化的势场图，并根据作业区内它车的路径对势场图的势场进行调整；
5、步骤3，通过变势场的规划方法生成作业路径和驶出路径；
6、步骤4，作业完成后，返回步骤2；
7、其中，步骤3具体包括：
8、如果是规划作业路径则进入步骤31，否则进入步骤32；
9、步骤31，规划作业路径：将作业区内部车辆分为驶入车辆和驶离车辆两类，将驶入车辆的路径定位至步骤2输出的势场图中，并在驶入车辆路径两边预先设置势场，此时不同车辆产生的势场进行线性叠加，由驶入点向作业点进行路径搜索，生成多个候选路径，从输出的候选路径中，通过均匀化评价函数，选择最优路径，作为作业路径；
10、步骤32，规划驶出路径：清空作业路径规划时驶入车辆产生的势场，同时，根据后台提供的它车状态信息，将驶离车辆的路径定位至步骤2输出的势场图中，并在其路径两边预先设置势场，从作业点向驶出点搜索路径，生成驶出路径。
11、进一步地，步骤31中预先设置势场的方法包括：
12、当dcar<ddefault时，势场大小为gcar[1-(dcar/ddefault)]，当dcar≥ddefault时，势场大小为0；
13、式中，gcar为设置的车辆路径产生的势场值，满足gcar≥gdefault，能够保证车辆势场影响大于初始化势场影响，dcar为该点投影向车辆路径投影的横向偏移量，ddefault为设置的影响距离。
14、进一步地，步骤32中预先设置势场的方法包括：
15、在规划驶出路径时，在进入路线集中区域施加防止进入车辆占用出口位置或者驶出车辆占用入口位置用的附加势场。
16、进一步地，步骤2具体包括：
17、先在作业区内找出距离边界的最远点pc，pc与边界的距离设置为dk；再在作业区内找出距离边界为dk-β的点集：{p11,p12,....,p1m}，然后在作业区内找出距离作业区的边界为dk-2β的点集：{p21,p22,....,p2m}，如此反复，找出在作业区内距离边界dk-nβ的点集{pn1,pn2,....,pnm}的点集；其中，β为势场衰减距离且可根据作业区面积进行优化，m为势场边界离散点的个数且由点集间距决定，n为势场层数且由作业区面积确定，环形人工势场的区域中心势场为gdefault，基于距离点pc的远近依次递减，在区域中心周围的空白位置势场值递减至0，车辆需要与环形人工势场的边界保持避碰距离，边界附近势场设置为gobs。
18、进一步地，步骤4具体包括：
19、步骤41，以间距δs在第i条候选路径上采样mi个路径点，将所有路径点的势场值累加得到路径总势场值若路径规划失败，则将设置为正无穷大，通过下面评价函数计算第i条候选路径的评价值
20、
21本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，步骤31中预先设置势场的方法包括：
3.如权利要求1所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，步骤32中预先设置势场的方法包括：
4.如权利要求1-3中任一项所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，步骤2具体包括：
5.如权利要求4所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，步骤4具体包括：
6.一种矿区排土场多车均匀装卸路径规划系统，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划系统，其特征在于，作业路径规划单元中预先设置势场的方法包括：
8.如权利要求6所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划系统，其特征在于，驶出路径规划单元中预先设置势场的方法包括：
9.如权利要求6-8中任一项所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划系统，其特征在于，规划模块具体包括：
10.如权利要求9所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划系统，其特征在于，路径规划模块具体包括：
...
【技术特征摘要】
1.一种矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，步骤31中预先设置势场的方法包括：
3.如权利要求1所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，步骤32中预先设置势场的方法包括：
4.如权利要求1-3中任一项所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，步骤2具体包括：
5.如权利要求4所述的矿区排土场多车均匀装卸路径规划方法，其特征在于，步骤4具体包括：
6.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽宇，王冠，边有钢，王晓伟，秦洪懋，秦晓辉，徐彪，秦兆博，谢国涛，丁荣军，
申请(专利权)人：湖南大学无锡智能控制研究院，
类型：发明
国别省市：
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