CN110319846A - 一种用于车辆的可行驶区域提取方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的可行驶区域提取方法及系统，具体采用对车辆的周边环境进行区域划分，把障碍物栅格信息区域化，然后找出自动驾驶车辆动作最关注的障碍物栅格，并据此划分可行驶区域。获取的可行驶区域信息可方便直接的用于路径规划系统的行车路线规划。并且本发明还根据电子围栏约束和不关注障碍物信息，减少障碍物信息的提取和处理，减少资源占用量，提高处理效率，降低出错可能。提高了自动驾驶系统的安全性和可靠性，同时降低了系统的硬件要求，促进了自动驾驶的发展和应用。

Description

一种用于车辆的可行驶区域提取方法及系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的可行驶区域提取方法及系统，属于智能车的路径规划和行为决策领域。
背景技术
自动驾驶汽车的驾驶行为是在环境感知系统和数据融合系统提供的环境数据的基础上进行路径规划，让车辆按照规划的路径行驶，在车辆自动驾驶过程中，还要根据新的环境感知数据实时更新路径规划，根据障碍物的位置和速度信息进行跟随、超越、换道、巡航、刹车等操作。
环境感知系统和数据融合系统提供过的环境数据只是周围环境中障碍物的方位和运动状态信息，路径规划系统难以直接使用上述信息进行路线规划。
另外，路径规划系统的数据处理速度和可靠程度直接影响到行车安全，而目前多种高精度传感器组合的环境感知系统在车辆周围往往会采集到大量的障碍物信息，这些信息大大增加了路径规划系统的数据处理量和处理速度；对数据融合系统及路径规划系统的硬件要求十分高，且极大制约了自动驾驶的发展和应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于车辆的可行驶区域提取方法及系统，用以解决的环境感知系统和数据融合系统提供过的环境数据难以被路径规划系统用于路线规划的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种用于车辆的可行驶区域提取方法，包括如下步骤：
1)将车辆周围划分为不同周边区域，所述周边区域至少包括车辆正前方区域(②)以及车辆左前方区域(①)和/或车辆右前方区域(③)；
2)提取正前方区域(②)中的障碍物信息；
3)提取左前方区域(①)和/或右前方区域(③)中障碍物信息；计算或预测左前方区域(①)中障碍物与正前方区域(②)中障碍物之间的左前最小距离和/或右前方区域(③)中障碍物与正前方区域(②)中障碍物之间的右前最小距离；
4)至少根据所述左前最小距离和/或右前最小距离，提取可行驶区域。
本发明根据障碍物对车辆的影响划分周边区域，根据不同区域内的障碍物信息提取可行驶区域，获取的可行驶区域信息可方便直接的用于路径规划系统的行车路线规划。并且按关注度不同对各区域的障碍物进行划分，降低周边环境对行车影响。
进一步的，步骤1)中，还划分出车辆左侧区域(④)和/或车辆右侧区域(⑤)；并在步骤3)中，分别计算或预测左侧区域(④)和/或右侧区域(⑤)中，距离车辆最近的障碍物与车辆之间的侧向最小距离；步骤4)中，还根据所述侧向最小距离提取可行驶区域。
划分出车辆侧面的两个区域，防止侧向存在影响车辆变道的障碍物。
进一步的，步骤1)中，还划分出车辆左后方区域(⑥)和/或车辆右后方区域(⑦)；并在步骤3)中，分别计算或预测左后方区域(⑥)和/或右后方区域(⑦)中，距离车辆最近的障碍物与车辆之间的侧后最小距离；步骤4)中，还根据所述侧后最小距离提取可行驶区域。
加入两个侧后方的障碍物探测，防止因车辆盲区导致的事故。
进一步的，步骤2)中，计算正前方区域(②)中可行驶距离；步骤3)中，在可行驶距离末端时计算，或者预测在可行驶距离末端时，所述左前最小距离、右前最小距离、侧向最小距离及侧后最小距离。
正前方区域(②)中可行驶距离即正前方可行驶距离，车辆到达该距离的末端时需要采取例如变道等避障动作，此时判断左侧车道前方和右侧车辆前方是否可供车辆安全通过，及左侧和右侧是否存在影响车辆变道的障碍物，进一步判断左侧盲区和右侧盲区是否存在影响车辆变道的障碍物，将可供车辆安全通过的一侧相应区域提取为可行驶区域。
进一步的，根据障碍物速度进行预测。
进一步的，提取正前方区域(②)的全部障碍物的信息；提取左前方区域(①)、右前方区域(③)、左侧区域(④)、右侧区域(⑤)、左后方区域(⑥)、右后方区域(⑦)中，距离车辆最近的障碍物的信息及运行方向朝向车辆且速度最快的障碍物信的息。
进一步的，所述区域是在电子围栏范围内划分的，所述电子围栏为设定的、可被识别的车辆可运行的区域边界。
本发明还根据电子围栏约束和不关注障碍物信息，减少障碍物信息的提取和处理，减少资源占用量，提高处理效率，降低出错可能。提高了自动驾驶系统的安全性和可靠性，同时降低了系统的硬件要求，促进了自动驾驶的发展和应用。
进一步的，所述障碍物信息为栅格地图信息。
本发明的一种用于车辆的可行驶区域提取系统，包括处理器，所述处理器用于执行实现下述方法的指令：
1)将车辆周围划分为不同周边区域，所述周边区域至少包括车辆正前方区域(②)以及车辆左前方区域(①)和/或车辆右前方区域(③)；
2)提取正前方区域(②)中的障碍物信息；
3)提取左前方区域(①)和/或右前方区域(③)中障碍物信息；计算或预测左前方区域(①)中障碍物与正前方区域(②)中障碍物之间的左前最小距离和/或右前方区域(③)中障碍物与正前方区域(②)中障碍物之间的右前最小距离；
4)至少根据所述左前最小距离和/或右前最小距离，提取可行驶区域。
进一步的，步骤1)中，还划分出车辆正左方区域(④)和/或车辆正右方区域(⑤)；并在步骤3)中，分别计算或预测左侧区域(④)和/或右侧区域(⑤)中，距离车辆最近的障碍物与车辆之间的侧向最小距离；步骤4)中，还根据所述侧向最小距离提取可行驶区域。
进一步的，步骤1)中，还划分出车辆左后方区域(⑥)和/或车辆右后方区域(⑦)；并在步骤3)中，分别计算或预测左后方区域(⑥)和/或右后方区域(⑦)中，距离车辆最近的障碍物与车辆之间的侧后最小距离；步骤4)中，还根据所述侧后最小距离提取可行驶区域。
进一步的，步骤2)中，计算正前方区域(②)中可行驶距离；步骤3)中，在可行驶距离末端时计算，或者预测在可行驶距离末端时，所述左前最小距离、右前最小距离、侧向最小距离及侧后最小距离。
进一步的，根据障碍物速度进行预测。
进一步的，提取正前方区域(②)的全部障碍物的信息；提取左前方区域(①)、右前方区域(③)、正左方区域(④)、正右方区域(⑤)、左后方区域(⑥)、右后方区域(⑦)中，距离车辆最近的障碍物的信息及运行方向朝向车辆且速度最快的障碍物信的息。
进一步的，所述区域是在电子围栏范围内划分的，所述电子围栏为设定的、可被识别的车辆可运行的区域边界。
进一步的，所述障碍物信息为栅格地图信息。
附图说明
图1是基于多属性栅格地图、电子围栏约束及车辆周边区域划分的可行驶区域提取示意图；
图2是本发明的可行驶区域提取方法的基本流程图；
图3是本发明的可行驶区域提取方法的流程图；
图4是本发明的实施例2的基于多属性栅格地图、电子围栏约束及车辆周边区域划分的可行驶区域提取示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示的基于多属性栅格地图、电子围栏约束及车辆周边区域划分的可行驶区域提取示意图，包括车辆1，根据车辆周边对车辆行驶的影响，按照影响车辆运行的程度，把车辆周边区域分成不同的区域。本实施例中，车辆周边分为7个区域(对应区域在图1中，用①②③④⑤⑥⑦表示，例如图中①为左前方区域，下文简写为区域1)，行驶前方从左到右划分为左前方的区域1、正前方的区域2、右前方的区域3；区域1为车辆前方，识别线L2以左的区域；区域2为车辆前方，识别线L2和识别线L3之间的区域；区域3为车辆前方，识别线线L3以右的区域。所述识别线L2和识别线L3可以为车辆所在车道的左右车道线，也可以为车辆左右侧所在的直线的朝前向的延长线上。区域1、区域2、区域3的具体形状主要由车辆前向传感器的识别范围的边界与车头所在水平线的夹角Ф1和Ф2决定。车辆左侧为区域4，车辆右侧为区域5；车辆后左方为区域6，车辆右后方为区域7；区域6的范围由车辆左后向传感器的探测夹角Ф4决定，区域7的范围由车辆右后向传感器的探测夹角Ф3决定。所属领域技术人员应当明了，区域4和区域5的划分是为了对车辆侧面的探测，用以发现车辆侧面是否存在影响车辆变道的障碍物；区域6和区域7的划分是为了对车辆盲区或者说是车辆侧后方的探测，防止在做出例如变道的动作时，与相邻车道位于本车盲区内或侧后方车速相当或更快的车辆发生剐蹭，作为其他实施例，也可以仅划分出图1中的区域1到区域5或区域1到区域3，同时仅采集、计算或预测所划分的区域的障碍物信息，不对侧后方或侧方进行探测及障碍物的采集和计算，可以采取通过转向灯对相邻车道做出变道预警或警示的方式。
上述区域的划分，还加入了电子围栏的约束，目的是为了将对车辆路径规划影响不大的障碍物滤除，减少数据处理量，增加系统可靠程度。具体为在车辆周边划分区域的基础上，车辆左右两侧加入电子围栏L1和L4作为车辆行驶的左侧和右侧的限制，车辆只能在电子围栏内行驶，不能超越电子围栏，图1中L1到L6之间为对向车道。并在车辆前方设定距离处设置电子围栏L5作为前方距离约束。左右侧的电子围栏可以为实际中车辆左右侧行驶范围的极限，可以为对道路标线或护栏的识别，例如左侧电子围栏应为道路中心双黄线，右侧电子围栏应为路肩、道路护栏或道牙。
在电子围栏的范围内上对各个区域内的障碍物进行提取。对于正前方区域2，将区域2中所有的障碍物都进行信息的提取，所述信息为障碍物栅格信息(包括障碍物形状、大小和运动速度)；对于区域1、区域3、区域4、区域5、区域6和区域7，仅将横向离车最近的障碍物及运行方向朝向车辆且速度最快的障碍物的栅格信息进行提取，然后计算或预测区域1中障碍物和区域2中障碍物之间的最小距离，以及计算或预测区域3中障碍物和区域2中障碍物之间的最小距离，最后根据上述信息构建车辆可行驶区域。图1中，2表示障碍物，所述区域a中障碍物和区域b中障碍物之间最小距离的含义应当为，区域a中某障碍物和区域b中某障碍物之间的最小距离(区域a和区域b表示区域1、区域2、区域3中的某区域)。所述障碍物应当认为，低于设定距离阈值的不相连障碍物，为同一障碍物。
自动驾驶汽车在行驶过程中要面临复杂易变的周边环境，为了应对周边环境，必须对周边环境中的障碍物信息进行处理。首先把障碍物信息栅格化，并按照对车辆驾驶的影响程度，对障碍物栅格进行标记分类。由于障碍物栅格对于车辆位置不同，所以对车辆的直行、避障、变道等操作的影响也不同，所以本发明采用对车辆的周边环境进行区域划分，把障碍物栅格信息区域化，然后找出自动驾驶车辆动作最关注的障碍物栅格，并据此划分可行驶区域的思想和方法，基本流程如图2。
具体如图3本发明的可行驶区域提取方法的流程图所示，首先根据前方距离约束和电子围栏L1、L4约束，提取出关注区域以内的障碍物栅格信息，并把感兴趣的障碍物栅格暂存。
然后把车辆周边按图1中的区域1到区域7进行划分，对障碍物栅格标记对应的区域属性。
在所有障碍物栅格的区域属性标记完成后，对每个区域内的障碍物栅格按照不同规则求取最关注的栅格，步骤如下：
(1)对于区域2，选定全部障碍物栅格；由于区域2位于车辆运行的正前方，还求取该区域离车最近的障碍物栅格到车辆的距离，计算出车辆的可直线行驶距离。
(2)对于区域1、区域3、区域4、区域5、区域6、区域7，选定横向离车最近的障碍物栅格和运行方向朝向车辆方向的所有障碍物栅格。
(3)然后按照预先设定好的时间参数T，预测区域1到区域7内选定的障碍物栅格在T时刻时的速度和距离。所述选定的障碍物栅格为，区域2中的全部障碍物栅格，及区域1、区域3、区域4、区域5、区域6、区域7中的横向离车最近的障碍物栅格和运行方向朝向车辆方向的所有障碍物栅格。通过设定合适的T时刻，可以使车辆在可直线行驶距离内采取相应措施(如变道或减速等)以避免与前方障碍物碰撞，若T设定的较大，则会在可直线行驶距离的末段进行可行驶区域提取。也就是说，T时刻的设定，若设定的较小，则越早进行可行驶区域提取；若设定的较大，则越晚进行可行驶区域提取。T时刻的具体大小可以通过实验进行标定。
(4)结合步骤(2)、(3)的结果，求取T时刻区域1中选定障碍物栅格，与区域2中选定障碍物栅格之间的最小距离；以及区域3中选定障碍物栅格，与区域2中选定障碍物栅格之间的最小距离。
(5)根据车辆尺寸、速度、安全转向角度及安全转向角度变化率等信息求取区域1、区域3、区域4、区域5、区域6、区域7中，在T时刻最影响行车的障碍物栅格的位置信息。
(6)根据步骤(1)到(5)的结果，形成可行驶区域。
可行驶区域的形成具体可以为，当区域2的可直线行驶距离仍大于设定阈值时，则不考虑其他区域，区域2仍为可行驶区域直到区域2的可直线行驶距离低于设定阈值；此时根据区域1和区域3中的障碍物与区域2中障碍物之间的最小距离判断车辆是否能通过变道绕过区域2中的障碍物，同时根据区域4、区域5、区域6和区域7中，对应时刻距车辆最近距离的障碍物是否妨碍车辆变道，综合判断是否可以通过左向或右向变道来绕过正前方区域2中的障碍物，若可以则形成相应可行驶区域；若不能则说明前方可行驶区域减小，路径规划系统需采取减速或制动等措施；最终综合形成可行驶区域。具体可行驶区域的形成过程本实施例不做限定。
实施例2
如图4所示的实施例2的基于多属性栅格地图、电子围栏约束及车辆周边区域划分的可行驶区域提取示意图。本实施例与实施例1的区别仅在于，车辆在同向双车道的道路上行驶，例如如图4所示的车辆行驶于同向只有两个车道的道路的外侧车道时(L2到L4之间为右侧车道，L1到L2之间为左侧车道，L6到L1之间为对向车道)，由于电子围栏L4限制，车辆仅提取区域2、区域1、区域4、区域6的障碍物信息即可；或者仅提取区域1和区域2的障碍物信息。
后续过程与实施例1基本相同，不再详细叙述。需要注意的是，若车辆在内侧车道时，仅提取正前方区域和右前方区域，或者提取正前方区域、右前方区域、右侧区域及右后侧区域。
本发明根据障碍物对车辆的影响划分周边区域，根据不同区域内的障碍物信息提取可行驶区域，获取的可行驶区域信息可方便直接的用于路径规划系统的行车路线规划。并且按关注度不同对障碍物进行登记划分，降低周边环境对行车的影响。并且还根据电子围栏约束和不关注障碍物信息，减少障碍物信息的提取和处理，减少资源占用量，提高处理效率，降低出错可能。提高了自动驾驶系统的安全性和可靠性，同时降低了系统的硬件要求，促进了自动驾驶的发展和应用。

Claims (10)

1.一种用于车辆的可行驶区域提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将车辆周围划分为不同周边区域，所述周边区域至少包括车辆正前方区域(②)以及车辆左前方区域(①)和/或车辆右前方区域(③)；
2)提取正前方区域(②)中的障碍物信息；
3)提取左前方区域(①)和/或右前方区域(③)中障碍物信息；计算或预测左前方区域(①)中障碍物与正前方区域(②)中障碍物之间的左前最小距离和/或右前方区域(③)中障碍物与正前方区域(②)中障碍物之间的右前最小距离；
4)至少根据所述左前最小距离和/或右前最小距离，提取可行驶区域。
2.根据权利要求1所述的一种用于车辆的可行驶区域提取方法，其特征在于，步骤1)中，还划分出车辆左侧区域(④)和/或车辆右侧区域(⑤)；并在步骤3)中，分别计算或预测左侧区域(④)和/或右侧区域(⑤)中，距离车辆最近的障碍物与车辆之间的侧向最小距离；步骤4)中，还根据所述侧向最小距离提取可行驶区域。
3.根据权利要求2所述的一种用于车辆的可行驶区域提取方法，其特征在于，步骤1)中，还划分出车辆左后方区域(⑥)和/或车辆右后方区域(⑦)；并在步骤3)中，分别计算或预测左后方区域(⑥)和/或右后方区域(⑦)中，距离车辆最近的障碍物与车辆之间的侧后最小距离；步骤4)中，还根据所述侧后最小距离提取可行驶区域。
4.根据权利要求3所述的一种用于车辆的可行驶区域提取方法，其特征在于，步骤2)中，计算正前方区域(②)中可行驶距离；步骤3)中，在可行驶距离末端时计算，或者预测在可行驶距离末端时，所述左前最小距离、右前最小距离、侧向最小距离及侧后最小距离。
5.根据权利要求4所述的一种用于车辆的可行驶区域提取方法，其特征在于，根据障碍物速度进行预测。
6.根据权利要求5所述的一种用于车辆的可行驶区域提取方法，其特征在于，提取正前方区域(②)的全部障碍物的信息；提取左前方区域(①)、右前方区域(③)、左侧区域(④)、右侧区域(⑤)、左后方区域(⑥)、右后方区域(⑦)中，距离车辆最近的障碍物的信息及运行方向朝向车辆且速度最快的障碍物信的息。
7.根据权利要求1到6任一项所述的一种用于车辆的可行驶区域提取方法，其特征在于，所述区域是在电子围栏范围内划分的，所述电子围栏为设定的、可被识别的车辆可运行的区域边界。
8.根据权利要求1到6任一项所述的一种用于车辆的可行驶区域提取方法，其特征在于，所述障碍物信息为栅格地图信息。
9.一种用于车辆的可行驶区域提取系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行实现下述方法的指令：
1)将车辆周围划分为不同周边区域，所述周边区域至少包括车辆正前方区域(②)以及车辆左前方区域(①)和/或车辆右前方区域(③)；
2)提取正前方区域(②)中的障碍物信息；
3)提取左前方区域(①)和/或右前方区域(③)中障碍物信息；计算或预测左前方区域(①)中障碍物与正前方区域(②)中障碍物之间的左前最小距离和/或右前方区域(③)中障碍物与正前方区域(②)中障碍物之间的右前最小距离；
4)至少根据所述左前最小距离和/或右前最小距离，提取可行驶区域。
10.根据权利要求9所述的一种用于车辆的可行驶区域提取系统，其特征在于，步骤1)中，还划分出车辆左侧区域(④)和/或车辆右侧区域(⑤)；并在步骤3)中，分别计算或预测左侧区域(④)和/或右侧区域(⑤)中，距离车辆最近的障碍物与车辆之间的侧向最小距离；步骤4)中，还根据所述侧向最小距离提取可行驶区域。
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