CN108958242B - 一种基于高精度地图的变道决策辅助方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于高精度地图的变道决策辅助方法及系统，利用高精度地图包含的先验道路环境信息，以一定的方向转角，可以提前计算变道位置阈值。如果车辆位置超出该阈值将无法以设定的角度进行变道，可以认为丧失最佳变道空间。根据设定的变道角度，本发明可以为自动驾驶中变道决策提供最佳变道点位置阈值，超出该阈值将无法以设定的角度变道。自动驾驶汽车根据该位置阈值，以及当前的车辆状态如位置和速度，可以提前做出速度控制和方向控制的决策。

Description

一种基于高精度地图的变道决策辅助方法及系统

技术领域

本发明涉及自动驾驶及高精度地图技术领域，具体涉及一种基于高精度地图的变道决策辅助方法及系统。

背景技术

变道是驾驶中非常常见的行为，也是自动驾驶中决策和控制的难点，主要原因是受到周围同行车辆的影响，需要具备合理的变道空间，找准合适的变道时机完成变道。如果车流量较大，空间和时机的把握就变得很困难，导致容易错过了交通规则允许变道的区间，不得不重新调整路线，如果强行变道，可能导致违反交通规则，甚至引发交通事故。

在道路车道数量或者连接形态发生变化的复杂场景(如附图1所示)，自动驾驶汽车可能存在感知盲区，不能提前为变道决策提供感知依据，在较高行驶速度下，自动驾驶汽车将无法把握合适的变道空间和时机。其次，跨多车道连续变道的驾驶行为存在较大安全隐患，应当予以避免。最后，当车辆变道的角度过大时，在车速较快的情况下，可能会让乘坐汽车的人感觉不适，因此变道的角度需要提前预判。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于高精度地图的变道决策辅助方法及系统，利用高精度地图包含的先验道路环境信息，以一定的方向转角，可以提前计算变道位置阈值。如果车辆位置超出该阈值将无法以设定的角度进行变道，可以认为丧失最佳变道空间。

高精度地图提供的先验道路环境信息包括：道路边线的线型(如虚线、实线)、颜色和形状信息，以及道路上的地面标识信息，如掉头、左转、右转、直行标识。道路边线的线型包含了是否允许车辆变道的信息，一般虚线允许变道，实线不允许变道。结合车辆高精度定位，高精度地图可以实时提供车辆周边的道路边线和地面标识信息，以及车辆与后者的距离、方位等信息。在计算变道位置阈值时，考虑车辆自身长度，提供避免跨多车道连续变道的最低空间要求。方向转角的设定可以保证车辆不超过角度阈值变道，从而避免转角过大造成的人体不适。这两者的计算都可以在高精度地图提供的车道几何平面内进行。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种基于高精度地图的变道决策辅助方法，包括：

步骤1，根据高精度地图获取目标车道边线虚实变化横向位置p；

步骤2，根据设定的变道角度α，以及公式(1)计算经过车道的横向位置阈值，即车头最前沿所到达的位置，为变道决策提供变道空间的定量阈值描述；

p-s₁＝0.5d*cotα (1)

其中，d表示车道宽度，s₁表示对于目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁所允许的横向位置阈值。

进一步的，在所述步骤1之前还包括：

从车载高精度定位系统获取当前车辆的高精度位置，并匹配到高精度地图，明确车辆所在的道路和车道；

根据设定的目的地，进行道路路径规划，依据道路路径规划结果，以及结果中每条道路所对应的车道数量及各自交通通行规则，明确需要变道的道路区域；

在变道区域，结合当前车辆所处车道，明确变道目标，包括变道个数和目标车道。

进一步的，在所述步骤2之后还包括步骤3：

判断所述的目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁是否为当前车辆所在车道；

如果L₁不是当前车辆所在车道，即变道个数大于1，则后续横向位置阈值至少需要考虑车辆自身长度g，以防止跨车道连续变道，即对于再前一个变道车道L₂，其横向位置阈值s₂根据公式(2)进行计算：

s₁-s₂＝g+0.5d*cotα (2)

从而得到车辆处于变道车道L₂时，车头最前沿所到达的位置，为变道决策提供变道空间的定量阈值描述。

进一步的，所述步骤3还包括：

若变道车道L₂依然不是当前车辆所在车道，则利用所述公式(2)依次计算每个经过车道的横向位置阈值，从而为变道决策提供变道空间的定量阈值描述。

另一方面，本发明还提供一种基于高精度地图的变道决策辅助系统，其特征在于，包括：

横向位置确定模块，用于根据高精度地图获取目标车道边线虚实变化横向位置p；

第一阈值计算模块，根据设定的变道角度α，以及公式(1)计算经过车道的横向位置阈值，即车头最前沿所到达的位置，为变道决策提供变道空间的定量阈值描述；

p-s₁＝0.5d*cotα (1)

其中，d表示车道宽度，s₁表示对于目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁所允许的横向位置阈值。

进一步的，该系统还包括：

位置确定模块，用于从车载高精度定位系统获取当前车辆的高精度位置，并匹配到高精度地图，明确车辆所在的道路和车道；

道路规划模块，用于根据设定的目的地，进行道路路径规划，依据道路路径规划结果，以及结果中每条道路所对应的车道数量及各自交通通行规则，明确需要变道的道路区域；

目标确定模块，用于在变道区域，结合当前车辆所处车道，明确变道目标，包括变道个数和目标车道。

进一步的，该系统还包括：

车道判断模块，用于判断所述的目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁是否为当前车辆所在车道；

第二阈值计算模块，用于在判断L₁不是当前车辆所在车道时，计算后续所经过车道的横向位置阈值。

本发明的有益效果是：根据设定的变道角度，本发明可以为自动驾驶中变道决策提供最佳变道点位置阈值，超出该阈值将无法以设定的角度变道。自动驾驶汽车根据该位置阈值，以及当前的车辆状态如位置和速度，可以提前做出速度控制和方向控制的决策。所以本发明能为自动驾驶汽车的变道决策提供重要辅助信息。当需要跨多车道变道时，位置阈值考虑了车辆长度，提供避免跨多车道连续变道的最低空间要求，从而避免连续变道的危险驾驶行为。最后，设置的变道角度可以保证车辆不超过角度阈值变道，从而避免转角过大造成的人体不适。本发明提供的方法也可以用于实时计算和判定车辆变道时车辆与车道边线的角度，对于掌握车辆与道路的方位关系具有重要价值。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为车道规划示意图；

图3为变道区域以及变道目标确认示意图；

图4为变道位置阈值计算示意图；

图5为本发明系统结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

传统车载导航地图通过Dijkstra或者A*算法可以提供道路级的路径规划，计算出一条从车辆当前位置到设定目的地的最优路径。高精度地图是近年来随着自动驾驶技术发展的深入，而产生的一种具有高精度的位置信息以及丰富表达内容的电子地图。与传统的车载导航地图相比，不仅在位置精度上大幅提升，而且表达内容更加丰富和细致，如车道的边界线、道路两旁的护栏以及地面上的印刷物等等。高精度地图可以提供精准而先验的环境感知信息，与各类实体传感器互补，共同构成自动驾驶汽车的感知和认知基础。例如目前自动驾驶主要应用高精度地图提供的高精度数据内容如车道边线或者交通指示牌等，作为车辆高精度定位的位置参考。随着理论的完善和技术的发展，高精度地图在自动驾驶中的应用逐渐拓宽和加深。

高精度地图提供的先验道路环境信息包括：道路边线的线型(如虚线、实线)、颜色和形状信息，以及道路上的地面标识信息，如掉头、左转、右转、直行标识。道路边线的线型包含了是否允许车辆变道的信息，一般虚线允许变道，实线不允许变道。结合车辆高精度定位，高精度地图可以实时提供车辆周边的道路边线和地面标识信息，以及车辆与后者的距离、方位等信息。在计算变道位置阈值时，考虑车辆自身长度，提供避免跨多车道连续变道的最低空间要求。方向转角的设定可以保证车辆不超过角度阈值变道，从而避免转角过大造成的人体不适。这两者的计算都可以在高精度地图提供的车道几何平面内进行。

本发明基于上述的高精度地图的优势与特点，提供一种变道决策辅助方法，如图1所示，包括：

第一，从车载高精度定位系统获取当前车辆的高精度位置，并匹配到高精度地图，明确车辆所在的道路和车道，如图2所示，右下方黑色方块代表车辆当前位置；

第二，设定目的地后(左上黑色方块代表目的地)，利用高精度地图道路拓扑网，进行道路路径规划，得到道路路径规划结果1->2->3，如图2所示；

第三，根据道路路径规划结果，以及结果中每条道路所对应的车道数量及各自交通通行规则，明确需要变道的道路区域，如图3所示，明确在道路区域22上需要变道2次，即从车道L2变道到车道L0，中间经过车道L1；

第四，获取目标车道L0边线虚实变化横向位置p，如图4所示，设定变道角度a(一般不超过30°，此处设a＝20°)，反推计算每个经过车道的横向位置阈值(车头最前沿所到达的位置)，

具体方法如下：1)默认当前车辆处于车道中心线上，车道宽度d等于1.5米，为已知量，则对于目标车道L0前一个需要变道的车道L1，L1所允许的横向位置阈值s1有如下计算公式：p-s1＝0.5d*cot a，计算后p-s1＝4.1米；2)L1不是当前车辆所在车道，变道个数大于1，则后续横向位置阈值至少需要考虑车辆自身长度g＝3.5米，以防止跨车道连续变道，即对于再前一个变道车道L2，其横向位置阈值s2有以下计算公式：s1-s2＝g+0.5d*cot a，计算得s1–s2＝7.6米。根据p的绝对位置，可以得到s1和s2的绝对位置，即得到每个经过车道的横向位置阈值，从而为变道决策提供变道空间所需要的定量阈值描述。

根据设定的变道角度，本发明可以为自动驾驶中变道决策提供最佳变道点位置阈值，超出该阈值将无法以设定的角度变道。自动驾驶汽车根据该位置阈值，以及当前的车辆状态如位置和速度，可以提前做出速度控制和方向控制的决策。所以本发明能为自动驾驶汽车的变道决策提供重要辅助信息。当需要跨多车道变道时，位置阈值考虑了车辆长度，提供避免跨多车道连续变道的最低空间要求，从而避免连续变道的危险驾驶行为。最后，设置的变道角度可以保证车辆不超过角度阈值变道，从而避免转角过大造成的人体不适。本发明提供的方法也可以用于实时计算和判定车辆变道时车辆与车道边线的角度，对于掌握车辆与道路的方位关系具有重要价值。

图5为本发明提供的一种基于高精度地图的变道决策辅助系统结构框图，包括：

横向位置确定模块，用于从车载高精度定位系统获取当前车辆的高精度位置，并匹配到高精度地图，明确车辆所在的道路和车道；

道路规划模块，用于根据设定的目的地，进行道路路径规划，依据道路路径规划结果，以及结果中每条道路所对应的车道数量及各自交通通行规则，明确需要变道的道路区域；

目标确定模块，用于在变道区域，结合当前车辆所处车道，明确变道目标，包括变道个数和目标车道。

位置确定模块，用于根据高精度地图获取目标车道边线虚实变化横向位置p；

第一阈值计算模块，根据设定的变道角度α，以及公式(1)计算经过车道的横向位置阈值，即车头最前沿所到达的位置，为变道决策提供变道空间的定量阈值描述；

p-s₁＝0.5d*cotα (1)

其中，d表示车道宽度，s₁表示对于目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁所允许的横向位置阈值。

车道判断模块，用于判断所述的目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁是否为当前车辆所在车道；

第二阈值计算模块，用于在判断L₁不是当前车辆所在车道时，计算后续所经过车道的横向位置阈值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于高精度地图的变道决策辅助方法，其特征在于，包括：

步骤1，根据高精度地图获取目标车道边线虚实变化横向位置p；

步骤2，根据设定的变道角度α，以及公式(1)计算经过车道的横向位置阈值，即车头最前沿所到达的位置，为变道决策提供变道空间的定量阈值描述；

p-s₁＝0.5d*cotα (1)

其中，d表示车道宽度，s₁表示对于目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁所允许的横向位置阈值。

2.根据权利要求1所述一种基于高精度地图的变道决策辅助方法，其特征在于，在所述步骤1之前还包括：

从车载高精度定位系统获取当前车辆的高精度位置，并匹配到高精度地图，明确车辆所在的道路和车道；

根据设定的目的地，进行道路路径规划，依据道路路径规划结果，以及结果中每条道路所对应的车道数量及各自交通通行规则，明确需要变道的道路区域；

在变道区域，结合当前车辆所处车道，明确变道目标，包括变道个数和目标车道。

3.根据权利要求2所述一种基于高精度地图的变道决策辅助方法，其特征在于，在所述步骤2之后还包括步骤3：

判断所述的目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁是否为当前车辆所在车道；

如果L₁不是当前车辆所在车道，即变道个数大于1，则后续横向位置阈值至少需要考虑车辆自身长度g，以防止跨车道连续变道，即对于再前一个变道车道L₂，其横向位置阈值s₂根据公式(2)进行计算：

s₁-s₂＝g+0.5d*cotα (2)

从而得到车辆处于变道车道L₂时，车头最前沿所到达的位置，为变道决策提供变道空间的定量阈值描述。

4.根据权利要求3所述一种基于高精度地图的变道决策辅助方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

若变道车道L₂依然不是当前车辆所在车道，则利用所述公式(2)依次计算每个经过车道的横向位置阈值，从而为变道决策提供变道空间的定量阈值描述。

5.一种基于高精度地图的变道决策辅助系统，其特征在于，包括：

横向位置确定模块，用于根据高精度地图获取目标车道边线虚实变化横向位置p；

第一阈值计算模块，根据设定的变道角度α，以及公式(1)计算经过车道的横向位置阈值，即车头最前沿所到达的位置，为变道决策提供变道空间的定量阈值描述；

p-s₁＝0.5d*cotα (1)

其中，d表示车道宽度，s₁表示对于目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁所允许的横向位置阈值。

6.根据权利要求5所述一种基于高精度地图的变道决策辅助系统，其特征在于，该系统还包括：

位置确定模块，用于从车载高精度定位系统获取当前车辆的高精度位置，并匹配到高精度地图，明确车辆所在的道路和车道；

道路规划模块，用于根据设定的目的地，进行道路路径规划，依据道路路径规划结果，以及结果中每条道路所对应的车道数量及各自交通通行规则，明确需要变道的道路区域；

目标确定模块，用于在变道区域，结合当前车辆所处车道，明确变道目标，包括变道个数和目标车道。

7.根据权利要求6所述一种基于高精度地图的变道决策辅助系统，其特征在于，该系统还包括：

车道判断模块，用于判断所述的目标车道L₀的前一个需要变道的车道L₁是否为当前车辆所在车道；

第二阈值计算模块，用于在判断L₁不是当前车辆所在车道时，计算后续所经过车道的横向位置阈值。

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