CN108983782A - 一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法 - Google Patents

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金立生
夏海鹏
郭柏苍
陈梅
朱菲婷
冯成浩
高铭
闫福刚
司法
石健
姬生远
管信
徐俊
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Abstract

本发明涉及一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法。所述方法包括：采集GPS点位轨迹，按时间顺序排序，并且实时获取无人驾驶汽车当前位置在地图上的位置坐标与航向角，选取离车辆最近的的GPS点，作为车辆跟踪的起始点，并且为适应实际，选取距车辆一定距离范围的GPS点位作为跟踪移动目标点的选取范围，通过构造与车辆自身速度和航向角相关的评价函数求取下一个移动目标点，最终求取合适的路径跟踪移动目标点作为无人车路径跟踪中的目标点。本发明综合考虑车辆车速与路径航向角的变化求取无人车路径跟踪的移动目标点，能够提高无人车路径跟踪的稳定性，提高无人驾驶的安全性。

Description

一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法
技术领域
本发明属于无人驾驶技术领域，特别是涉及到一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，汽车保有量急剧增加，导致道路交通环境愈来愈复杂，道路交通事故频发。
无人车是智能交通的一部分，能有效的降低驾驶员的工作负荷，降低交通事故发生率，提高道路和车辆的利用率。无人车在没有人为干预情况下能自主安全到达指定目的地，其中避障和导航技术是无人车研究的两个核心问题，无论是避障还是导航技术，路径跟踪中的移动目标点选取都是不可避免的一个研究重点，但是目前实际运用的无人驾驶汽车的路径跟踪移动目标点选取方法只是着重考虑速度变化或者曲率变化的单一条件，无法保证路径跟踪的稳定性，从而不能确保无人驾驶车辆能精准的沿我们的规划路径行驶，因此本方法综合速度变化和曲率变化两者考虑求取合适的路径跟踪移动目标点。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法，通过综合速度变化和曲率变化两者考虑求取合适的路径跟踪移动目标点，旨在解决无人驾驶路径跟踪中由于移动目标点选取导致的跟踪不平顺问题。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法，所述方法采用厘米级的高精度卫星对无人车进行差分定位，实时获取车辆的位置信息及航向角信息，通过构造一个与车辆自身车速与航向角相关的评价函数求取路径跟踪中的移动目标点，所述路径跟踪移动目标点选取方法包括如下步骤：
A、采集GPS点位轨迹，按时间顺序排序，并且实时获取无人车当前位置在地图上的位置坐标与航向角；
B、选取离车辆最近的GPS点，作为车辆路径跟踪的起始点；
C、适应实际，选取距车辆一定距离范围的GPS点位作为移动目标点的选取范围；
D、构造与车辆自身速度和航向角相关的评价函数求取下一个移动目标点，作为车辆的路径跟踪移动目标点。
步骤A包括如下步骤：
A1、通过GPS惯导采集设备获取跟踪路段GPS轨迹；
A2、读取GPS轨迹格式文件的时间戳将GPS轨迹按采集时间顺序排序。
步骤B包括如下步骤：
B1、将GPS点位转换到车辆坐标系下；
B2、求取各个GPS点位与无人车的距离，选取距离最小的点作为车辆跟踪的起始点。
步骤C包括如下步骤：
C1、为适应实际的轨迹跟踪情况，选取距车辆一定距离范围的GPS点位作为移动目标点的选取范围；
C2、根据自身航向角与目标航向角的差值的变化程度的大小选择适合的目标点的选取范围。
步骤D包括如下步骤：
D1、构造评价函数公式f＝w1(β1-β0)+w2v求解移动目标点，其中：f-选择的汽车自身到子目标的评价值，w1-自身航向角与目标航向角的差值权重，w2-自身车速权重，β1-目标点航向角，β0-自身航向角；
D2、通过实车验证合理选取权重w1、w2的值；
D3、针对GPS点位P1点，在P1点前后各自取3个GPS点位，则总共7个GPS点位，将7个GPS点位用3次样条曲线进行拟合，则求导可得到P1点的斜率，即航向角β1；
D4、将求得的航向角β1代入评价函数公式，得到该P1点作为移动目标点的评价值，再用同样的方式求解P2点作为移动目标点的评价值，以此类推，可得到选取范围内各个GPS点位作为目标的评价值；
D5、选择评价值最大的GPS点位作为无人车路径跟踪中的移动目标点。
所述位置坐标是通过厘米级的高精度卫星对无人驾驶车辆进行差分定位获取的。
本发明实施例提供的路径跟踪方法的原理及计算过程简洁，计算量小，且易于在嵌入式系统中实现，此外，通过在嵌入式系统中实现高精度卫星与路径跟踪算法的结合，提高了路径跟踪的准确性。
附图说明
图1为本发明的一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法的示意流程图；
图2为求取采集轨迹中离车辆最近GPS点的示意图；
图3为求取下一个路径跟踪移动目标GPS点的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的路径跟踪移动目标点选取方法的原理及计算过程简洁，计算量小，且易于在嵌入式系统中实现，此外，通过在嵌入式系统中实现高精度卫星与路径跟踪算法的结合，提高了路径跟踪的准确性。
在本发明实施例提供一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法，该方法采用厘米级的高精度卫星对无人驾驶汽车车辆进行差分定位，实时获取车辆的位置信息及航向角信息，路径跟踪移动目标点的选取方法通过构造一个与车辆自身车速与航向角相关的评价函数求取。
图1为本发明的一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法的示意流程图，如图1所示，本方法包括以下步骤：
A、采集GPS点位轨迹，按时间顺序排序，并且实时获取无人驾驶汽车当前位置在地图上的位置坐标与实时航向角；
B、选取离车辆最近的的GPS点，作为车辆路径跟踪的起始点；
C、适应实际，选取距车辆一定距离范围的GPS点位作为移动目标点的选取范围；
D、构造与车辆自身速度和航向角相关的评价函数求取下一个移动目标点，作为车辆的路径跟踪移动目标点。
图2为求取采集轨迹中离车辆最近GPS点的示意图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
B1、将GPS点位转换到车辆坐标系下，转换后车辆自身GPS点为S0(x0,y0)，采集轨迹上的点为S1(x1,y1)，S2(x2,y2)，…，Sn(xn,yn)；
B2、求取S0与Sn(n＝1,2,…)之间的距离公式为：
dn＝(xn-x0)2+(yn-y0)2(n＝1,2,...)
比较d1，d2，…,dn(n＝1,2,...)的大小，选取最小的dn(n＝1,2,...)对应的GPS点Sn轨迹跟踪的起始点。
图3为求取下一个跟踪移动目标GPS点的示意图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
D1、构造评价函数公式f＝w1(β1-β0)+w2v求解移动目标点，其中：f-选择的汽车自身到子目标的评价值，w1-自身航向角与目标航向角的差值权重，w2-自身车速权重，β1-目标点航向角，β0-自身航向角；
D2、通过实车跟踪情况验证，选取自身航向角与目标航向角的差值权重w1为0.3，自身车速权重w2为0.7时，选取的路径跟踪移动目标点的效果最优。
D3、针对GPS点位P1点，在P1点前后各自取3个GPS点位，则总共7个GPS点位，将7个GPS点位用3次样条曲线进行拟合，则求导可得到P1点的斜率，即航向角β1；
D4、将求得的航向角β1代入评价函数公式，得到该P1点作为移动目标点的评价值。再用同样的方式求解P2点作为移动目标点的评价值，以此类推，可得到选取范围内各个GPS点位作为目标的评价值；
D5、选择评价值最大的GPS点位作为无人车路径跟踪中的移动目标点。
本发明实施例提供的路径跟踪移动目标点的选取方法是基于上述阐述的构造与自身车速权重和航向角差值权重相关的评价函数求取。实现原理及计算过程简洁，计算量小，易于在嵌入式系统中实现，此外，通过在嵌入式系统中实现高精度卫星与路径跟踪移动目标点的选取方法的结合，提高了路径跟踪的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法，其特征在于，所述方法采用厘米级的高精度卫星对无人车进行差分定位，实时获取车辆的位置信息及航向角信息，通过构造一个与车辆自身车速与航向角相关的评价函数求取路径跟踪中的移动目标点，所述路径跟踪移动目标点选取方法包括如下步骤：
A、采集GPS点位轨迹，按时间顺序排序，并且实时获取无人车当前位置在地图上的位置坐标与航向角；
B、选取离车辆最近的GPS点，作为车辆路径跟踪的起始点；
C、适应实际，选取距车辆一定距离范围的GPS点位作为移动目标点的选取范围；
D、构造与车辆自身速度和航向角相关的评价函数求取下一个移动目标点，作为车辆的路径跟踪移动目标点。
2.如权利要求1所述的一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法，其特征在于，步骤A包括如下步骤：
A1、通过GPS惯导采集设备获取跟踪路段GPS轨迹；
A2、读取GPS轨迹格式文件的时间戳将GPS轨迹按采集时间顺序排序。
3.如权利要求1所述的一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法，其特征在于，步骤B包括如下步骤：
B1、将GPS点位转换到车辆坐标系下；
B2、求取各个GPS点位与无人车的距离，选取距离最小的点作为车辆跟踪的起始点。
4.如权利要求1所述的一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法，其特征在于，步骤C包括如下步骤：
C1、为适应实际的轨迹跟踪情况，选取距车辆一定距离范围的GPS点位作为移动目标点的选取范围；
C2、根据自身航向角与目标航向角的差值的变化程度的大小选择适合的目标点的选取范围。
5.如权利要求1所述的一种无人车路径跟踪移动目标点的选取方法，其特征在于，步骤D包括如下步骤：
D1、构造评价函数公式f＝w1(β1-β0)+w2v求解移动目标点，其中：f-选择的汽车自身到子目标的评价值，w1-自身航向角与目标航向角的差值权重，w2-自身车速权重，β1-目标点航向角，β0-自身航向角；
D2、通过实车验证合理选取权重w1、w2的值；
D3、针对GPS点位P1点，在P1点前后各自取3个GPS点位，则总共7个GPS点位，将7个GPS点位用3次样条曲线进行拟合，则求导可得到P1点的斜率，即航向角β1；
D4、将求得的航向角β1代入评价函数公式，得到该P1点作为移动目标点的评价值，再用同样的方式求解P2点作为移动目标点的评价值，以此类推，可得到选取范围内各个GPS点位作为目标的评价值；
D5、选择评价值最大的GPS点位作为无人车路径跟踪中的移动目标点。
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