CN107092250A - 一种用于磁导航无人车的曲率地图 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁导航无人车的曲率地图，用来为磁导航无人车这类无前方道路信息感知能力的系统解决前方道路信息获取问题。通过磁尺和航位推算传感器来跟踪磁钉，并由跟踪磁钉信息来得到曲率地图信息。曲率地图通过曲线曲率的概念来存储局部道路的信息，避免了存储全局信息带来的大量测绘工作。和现有的高精度磁钉坐标地图相比，本发明提出的曲率地图具有建立过程简单、建图设备廉价等优点。

Description

一种用于磁导航无人车的曲率地图

技术领域

本发明涉及一种用于磁导航无人车的曲率地图，具体地，涉及一种用于为沿着磁钉轨迹自动驾驶的无人车提供导航信息的地图形式。

背景技术

磁导航是一种非常可靠安全的导航技术。然而不像视觉传感器或激光雷达传感器等，实现磁导航的传感器是不能直接获取前方道路偏差信息的。这在控制上给这类系统带来很大的挑战。早期磁导航的研究人员，如美国PATH计划项目研究人员采用各种控制策略在克服磁导航传感器没有前瞻距离的问题。典型方法包括前馈反馈控制、在车前车尾分别装两排磁传感器等。这类方法在高速公路应用这类道路曲率变化较小的场景中被证明是有效的。但在道路曲率变化大的城市环境中，这类方法表现出较大的局限性。

针对城市环境中的应用，葡萄牙科英布拉大学提出了利用高精度磁钉地图的磁导航方案，这一思路后来被上海交通大学智能车研究团队进一步发展成为实用技术。但高精度地图在工程实施上需要手动测量每一个磁钉的全局坐标，当场景范围较大且比较复杂时，这是一个费时费力的工作。

发明内容

针对现有这类应用，本发明的目的是提出一种用于磁导航无人车的曲率地图。这种地图的地图生成过程非常简单，同时可以为磁导航无人车提供前方道路信息。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案。

提出一种用于磁导航无人车的曲率地图，包括地图生成、地图存储和地图使用三个部分。

所述曲率地图中存储的信息是道路的曲率信息。

所述的曲率信息表征的是局部道路的弯曲情况，当已知车辆局部定位信息后，可以根据曲率地图信息得到该局部路段的道路曲线。

所述地图生成过程是由人工驾驶车辆沿轨迹线行驶后由程序自动生成所需要的曲率地图。

所述地图生成采集的是局部道路曲线割线方向角差值序列和割线段长度序列。

所述割线方向角差值序列和割线段长度序列通过融合磁尺、里程计和惯导（或方向盘角度传感器）的测量数据获得。

所述曲率地图生成过程是基于磁尺、里程计和惯导（或方向盘角度传感器）测量数据，通过磁钉跟踪算法来计算局部道路曲线割线方向角差值序列和割线段长度序列。

所述的磁钉跟踪算法，在车辆坐标系下，通过传感器信息来推算磁尺检测到的磁钉的坐标，由跟踪的一系列磁钉的坐标来计算曲率地图信息。

所述地图存储过程是将局部道路曲线的割线方向角差值序列和割线段长度序列按照磁钉编号有序存储在地图文件或地图数据库中。

所述地图使用过程是按照磁钉编号从曲率地图中取得该编号磁钉前后一段路段的曲率信息，然后结合当前车辆的局部定位信息计算出当前道路曲线的曲线方程，最后由此曲线方程，可以计算车辆前方道路的横向偏差和角度偏差等信息。

与现有技术相比，所提出的曲率地图的建立过程非常简单，只需要手动驾驶车辆沿着参考轨迹行驶一遍即可。同时通过地图信息可以得到车辆前方的道路信息，所以可以解决城市道路等曲率变化较大场景下的磁导航。此外，建立地图和使用地图所依赖的传感器如磁尺、里程计、低成本惯导（或方向盘角度传感器）等都是较为便宜的传感器，节省了高精度地图方案中昂贵定位设备费用和建图人工费用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明的曲率地图概念实施例示意图；

图中：1为磁钉，2为相邻磁钉连线构成的参考曲线割线间的夹角，3为磁钉编号，4为相邻磁钉间距。

图2为曲率地图生成过程示意图；

图中：1为车体，2为磁尺，3为本跟踪的磁钉。

图3为曲率地图使用的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，为本发明实施例中所提出一种用于磁导航无人车的曲率地图的概念示意图。一般参考行驶轨迹由一系列铺设在道路上的磁钉序列所确定的曲线确定。在本实施例中，给每一个磁钉赋以唯一的编号，例如图1中几个磁钉编号分别为m-2，m-1,m,m+1,…,m+5。从数学上可以证明，由这些磁钉点确定的曲线的曲率函数可以由这段曲线上割线方向角的差值序列和割线段长度的序列来标示，亦即可以通过图1中的，i={m-1,m-2,m,m+1,…,m+4}序列和S_{i ，}i={ m-1,m-2,m,m+1,…,m+4}来表示。重新组织序列的表达形式，即这段曲线的曲率函数可以由下列有序元的序列来标示：( i, α_i, S_i )，其中，i为磁钉的编号值。

由此可见，表征曲线曲率的信息可以有序存储为上述3元向量的形式。所以本发明提出的曲率地图采用上述3元向量作为信息存储的基本单元。

图2所示为地图建立的过程示意图。在本发明中，我们采用磁尺和航位推算传感器来检测发现磁钉，并对发现的磁钉进行位置跟踪。由此任意时刻的车辆坐标系下，可以最近通过磁尺的至少3个磁钉的坐标。另外一方面，磁钉检测还可以完成磁钉计数和特定磁钉编号标记点的检测，所以跟踪磁钉的编号也是知道的。如此，可以计算出被跟踪的磁钉中相邻两个的连线方向角差值和相应的磁钉间距值，把这两个数值按照对应的磁钉编号存储在地图中，作为该编号磁钉的地图信息。当车辆遍历完磁钉轨迹上所有的磁钉后，相应的曲率地图也就建立出来。这就是地图建立的全过程。

图3所示为曲率地图的使用过程示意图。在磁钉轨迹上自动驾驶的车辆，同样可以跟踪最近通过磁尺的若干个磁钉，并知道这些磁钉的编号。根据这些编号，可以到曲率地图中检索车辆前方的一组磁钉的曲率地图信息。根据已跟踪磁钉的坐标信息和前方磁钉的曲率地图信息，可以计算前方磁钉在当前车辆坐标系下的坐标。由所有这些磁钉坐标可以拟合得到当前路段的曲线方程，从而可以按照合适的预瞄距离设计控制器，导引车辆沿着磁钉参考轨迹行驶。

从本实施例可以看出，本发明提出的一种用于磁导航无人车的曲率地图，其建立过程非常简单，使用上也很方便，并可以实现车辆的预瞄控制。克服了经典的前馈反馈控制无法获取前方道路信息的缺点，克服了高精度磁钉坐标地图建图复杂的缺点。所以本发明具有很大的应用价值。

Claims (10)

1.一种用于磁导航无人车的曲率地图，其特征在于，包括地图生成、地图存储和地图使用三个部分。

2.根据权利要求1所述的一种用于磁导航无人车的曲率地图，其特征在于，所述曲率地图中存储的信息是道路的曲率信息。

3.根据权利要求2所述的曲率信息，其特征在于，其表征的是局部道路的弯曲情况，当已知车辆局部定位信息后，既可以根据曲率地图信息得到该局部路段的道路曲线。

4.根据权利要求1所述一种用于磁导航无人车的曲率地图，其特征在于，所述地图生成过程是由人工驾驶车辆沿轨迹线行驶后由程序自动生成所需要的曲率地图。

5.根据权利要求1所述的一种用于磁导航无人车的曲率地图，其特征在于，所述地图生成采集的是局部道路曲线割线方向角差值序列和割线段长度序列。

6.根据权利要求5所述的地图生成，其特征在于，割线方向角差值序列和割线段长度序列通过融合磁尺、里程计和惯导（或方向盘角度传感器）的测量数据获得。

7.根据权利要求1所述的一种用于磁导航无人车的曲率地图，其特征在于，所述曲率地图生成过程是基于磁尺、里程计和惯导（或方向盘角度传感器）测量数据，通过磁钉跟踪算法来计算局部道路曲线割线方向角差值序列和割线段长度序列。

8.根据权利要求7所述的磁钉跟踪算法，其特征在于，在车辆坐标系下，通过传感器信息来推算磁尺检测到的磁钉的坐标，由跟踪的一系列磁钉的坐标来计算曲率地图信息。

9.根据权利要求1所述的一种用于磁导航无人车的曲率地图，其特征在于，所述地图存储过程是将局部道路曲线的割线方向角差值序列和割线段长度序列按照磁钉编号有序存储在地图文件或地图数据库中。

10.根据权利要求1所述的一种用于磁导航无人车的曲率地图，其特征在于，所述地图使用过程是按照磁钉编号从曲率地图中取得该编号磁钉前后一段路段的曲率信息，然后结合当前车辆的局部定位信息计算出当前道路曲线的曲线方程，最后由此曲线方程，可以计算车辆前方道路的横向偏差和角度偏差等信息。