CN110361022B - 行车坐标系构建方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能交通领域，提供一种行车坐标系构建方法及系统。本发明所述的行车坐标系构建方法包括：确定本车所在道路的一侧道路边界线为建立行车坐标系的基准线；在车辆坐标系下，确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF；基于所述原点OF，确定道路引导线方向为所述行车坐标系的XF轴，并确定与所述道路引导线方向遵循左手定则的方向为所述行车坐标系的YF轴；以及基于所述原点OF、XF轴和所述YF轴，形成对应的行车坐标系。本发明建立的行车坐标系特别适用于弯道工况，其使用纵向弧长来表示道路目标等的纵向距离，相较于车辆坐标系下的直线距离，能更真实的表达本车与道路目标之间的距离。

Description

行车坐标系构建方法及系统
技术领域
本发明涉及智能交通领域，特别涉及一种行车坐标系构建方法及系统。
背景技术
目前，具有自动驾驶系统(Autonomous Driving System，简称ADS)的车辆已开始逐步推向市场，极大地促进了智能交通的发展。ADS是利用安装于车辆上的多种感知设备，实时采集车辆周围的车道线数据及道路目标(例如前方的其他车辆，也称为目标)数据，进行目标静态特性、动态特性的辨识，确定目标在道路上的位置，从而让自动驾驶计算机在最短时间判断出潜在的危险，并做出预防该危险发生的有效措施。
因此，可知确定车道线数据及道路目标数据等道路上的有效信息对于ADS至关重要。现有技术中，感知设备所采集的这些有效信息都是依赖于车辆坐标系来表达，例如在车辆坐标系统中确定目标映射在道路上的有效信息，并进一步使自动驾驶计算机对所确定的车辆坐标系下的目标信息进行计算和判断，以确定本车的行驶策略。
但是，本申请发明人在实现本发明的过程中发现：在道路弯曲的工况下，依赖于车辆坐标系很难确定目标映射在道路上的有效信息(例如，目标在哪个车道、目标的有效的纵向距离等)，从而导致目标所在车道、目标横向距离和目标纵向距离等会出现较大偏差，甚至判断错误。即，车辆坐标系并不能真实反映本车与周围环境(特别是目标)的相对关系，需要对其进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种行车坐标系构建方法，以解决车辆坐标系并不能真实反映本车与周围环境的相对关系的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种行车坐标系构建方法，包括：确定本车所在道路的一侧道路边界线为建立行车坐标系的基准线；在车辆坐标系下，确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF；基于所述原点OF，确定道路引导线方向为所述行车坐标系的XF轴，并确定与所述道路引导线方向遵循左手定则的方向为所述行车坐标系的YF轴；以及基于所述原点OF、XF轴和所述YF轴，形成对应的行车坐标系。
进一步的，所述行车坐标系构建方法还包括：在本车的行驶过程，切换所述基准线以调整所述行车坐标系。
进一步的，所述切换所述基准线包括：以预先设置的默认道路边界线为所述基准线；以及获取关于本车的导航方向信息，切换所述基准线为所述导航方向信息示出的导航方向侧的道路边界线。
进一步的，所述切换所述基准线还包括：在没有所述导航方向信息时，判断当前道路类型；若本车当前所在道路为匝道，则保持当前的所述基准线不变；以及若本车当前所在道路为主道，切换所述基准线为所述默认道路边界线。
进一步的，所述确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF包括：在所述基准线上设置间距相同的若干个基准线点；计算每一个基准线点与本车位置的欧式距离；以所计算出的欧式距离最短的点作为所述行车坐标系的原点OF。
相对于现有技术，本发明所述的行车坐系构建方法具有以下优势：本发明建立了一种行车坐标系，且通过该行车坐标系可以很好的实现针对目标的区域划分，同时可得到更准确的距离信息，特别是在弯道工况下，行车坐标系中使用纵向弧长来表示道路目标等的纵向距离，相较于车辆坐标系下的直线距离，能更真实的表达本车与道路目标之间的距离。
本发明的另一目的在于提出一种行车坐标系构建系统，以解决车辆坐标系并不能真实反映本车与周围环境的相对关系的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种行车坐标系构建系统，包括：基准线确定模块，用于确定本车所在道路的一侧道路边界线为建立行车坐标系的基准线；原点确定模块，在车辆坐标系下，确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF；坐标轴确定模块，用于基于所述原点OF，确定道路引导线方向为所述行车坐标系的XF轴，并确定与所述道路引导线方向遵循左手定则的方向为所述行车坐标系的YF轴；以及坐标系建立模块，用于基于所述原点OF、XF轴和所述YF轴，形成对应的行车坐标系。
进一步的，所述行车坐标系构建系统还包括：基准线切换模块，用于在本车的行驶过程，切换所述基准线以调整所述行车坐标系。
进一步的，所述行车坐标系构建系统还包括：导航方向信息获取模块，用于获取关于本车的导航方向信息；并且所述基准线切换模块切换所述基准线包括：所述基准线切换模块以预先设置的默认道路边界线为所述基准线；以及所述基准线切换模块获取所述导航方向信息，并切换所述基准线为所述导航方向信息示出的导航方向侧的道路边界线。
进一步的，所述行车坐标系构建系统还包括：道路类型判断模块，用于判断当前道路类型；并且所述基准线切换模块切换所述基准线还包括：若本车当前所在道路为匝道，则保持当前的所述基准线不变；以及若本车当前所在道路为主道，则切换所述基准线为所述默认道路边界线。
进一步的，所述原点确定模块包括：点设置子模块，用于在所述基准线上设置间距相同的若干个基准线点；距离计算子模块，用于计算每一个基准线点与本车位置的欧式距离；以及原点确定子模块，用于以所计算出的欧式距离最短的点作为所述行车坐标系的原点OF。
所述行车坐标系构建系统与上述行车坐标系构建方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例一的一种行车坐标系构建方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的行车坐标系XFOFYF及全局坐标系XGOGYG和车辆坐标系XHOHYH的示意图；
图3是本发明实施例中基准线切换规则的示意图；
图4是本发明实施例中默认道路边界线为最左侧道路边界的示意图；
图5是本发明实施例中基于导航方向确定基准线的示意图；
图6是本发明实施例在匝道路况下切换基准线的示意图；
图7是本发明优选的实施例中计算行车坐标系原点的示意图；以及
图8是本发明实施例二的一种行车坐标系构建系统的结构示意图。
附图标记说明：
810、基准线确定模块；820、原点确定模块；830、坐标轴确定模块；840、坐标系建立模块；850、基准线切换模块；860、导航方向信息获取模块；870、道路类型判断模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
实施例一
图1是本发明实施例一的一种行车坐标系构建方法的流程示意图，其中该行车坐标系构建方法用于建立一种新的适用于各种路况(特别是弯道工况)的反映本车、目标与道路之间的映射关系的行车坐标系。为了后续更清楚地描述本发明实施例的行车坐标系的定义及构建方法，在此先对车辆自动驾驶中常用的全局坐标系及车辆坐标系进行说明。
其中，全局坐标系XGOGYG是以大地坐标系为基准，XG指向北，YG指向东，角度方向顺时针为正，角度范围[0，360°]。其中，地图车道线信息等是基于全局坐标系给出的。
车辆坐标系XHOHYH是以本车为基准，XH指向车辆纵轴方向，YH指向车辆横轴方向，遵从右手定则，逆时针为正，车辆上的摄像头、激光雷达、毫米波雷达的传感器的输出信息等是基于车辆坐标系给出的。
根据全局坐标系及车辆坐标系的定义，本发明实施例的行车坐标系可对应表示为XFOFYF，构建该行车坐标系即是需要确定原点OF以及XF轴和YF轴的方向。据此，如图1所示，本发明实施例的行车坐标系构建方法可以包括以下步骤：
步骤S110，确定本车所在道路的一侧道路边界线为建立行车坐标系的基准线。
步骤S120，在车辆坐标系下，确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF。
步骤S130，基于所述原点OF，确定道路引导线方向为所述行车坐标系的XF轴，并确定与所述道路引导线方向遵循左手定则的方向为所述行车坐标系的YF轴。
步骤S140，基于所述原点OF、XF轴和所述YF轴，形成对应的行车坐标系。
即，构建了行车坐标系XFOFYF，其以道路边界线(最左侧车道线或最右侧车道边线)为基准线，XF指向道路引导线方向，YF与道路引导线方向之间遵循左手定则。
需说明的是，构建行车坐标系XFOFYF所涉及的数据源以及在行车坐标系XFOFYF中进行车道线、道路目标等的坐标计算所涉及的数据，例如基准线坐标等，可以是全局的高精度地图数据或局部的摄像头数据或其他能够提供道路相关信息的数据，数据源较为灵活，本发明实施例对此并不限制。
图2是本发明实施例的行车坐标系XFOFYF及全局坐标系XGOGYG和车辆坐标系XHOHYH的示意图。如图2所示，行车坐标系XFOFYF是建立在道路边界线上，与道路走势完全一致的坐标系统。在确定原点OF(XFo，YFo)之后，可计算道路边界线上每一点与行车坐标原点OF(XFo，YFo)之间的弧长距离作为每一点的行车纵坐标XFi，因此该行车坐标系的纵轴XF与道路走势完全一致，所述每一个基准线点的行车坐标横坐标为YFi＝0，据此本车位置、车道线、目标等都可以基于行车坐标系给出，且特别是在弯道工况，以真实弯道弧长距离作为目标距离信息输出，相对于车道坐标系，能够避免目标区域属性和有效距离误差的情况。另外，如果在行车坐标系中用点来描述每条车道线，易知车道线上的每一个点在行车坐标系下的横坐标都是相同的，只有纵坐标不同，例如参考图2，选定的车道线上，纵坐标依次增加，横坐标则都为3.75，如此，在行车坐标系下，利用车道线的纵坐标就可以描述出车道线。
另外，在构建了行车坐标系XFOFYF之后，后续自动驾驶数据处理过程中，车道线和目标将同时拥有车辆坐标系和行车坐标系的双重属性，可根据需要选择。
在优选的实施例中，本发明实施例的行车坐标系构建方法还可以包括：
步骤S150，在本车的行驶过程，切换所述基准线以调整所述行车坐标系。
举例而言，根据当前路况、当前驾驶情况等确定是否需要调整行车坐标系以使行车坐标系能始终与道路走势一致，以更为精准地反映本车、目标与道路之间的映射关系。
图3是本发明实施例中基准线切换规则的示意图。如图3所示，切换所述基准线可以包括：
步骤S310，以预先设置的默认道路边界线为所述基准线。
举例而言，默认道路边界线为最左侧道路边界，其位置及限定的行车坐标系XFOFYF如图4所示。其中，L1、L2分别表示车辆左侧的两条车道线，R1、R2分别表示车辆右侧的两条车道线。
步骤S320，获取关于本车的导航方向信息，切换所述基准线为所述导航方向信息示出的导航方向侧的道路边界线。
具体地，有导航方向信息时，以导航方向侧的道路边界线为行车坐标系的基准线，且有导航提示时开始切换(或保持)行车基准线。举例而言，如图5所示，导航方向信息指出导航方向为向右，则最右侧道路边界线为基准线。
再次参考图3，在优选的实施例中，切换所述基准线还可以包括：
步骤S330，在没有所述导航方向信息时，判断当前道路类型，若本车当前所在道路为匝道，则保持当前的所述基准线不变。
举例而言，如图6所示，在本车当前所在道路为匝道时，保持当前基准线，对应的行车坐标系更能保持与道路走势的一致性。
步骤S340，若本车当前所在道路为主道，切换所述基准线为所述默认道路边界线。
此情景下的基准线切换情况可同样地参考图4，默认道路边界线同样可例如为最左侧道路边界。
进一步地，对于步骤S120，其是构建行车坐标系的核心，只要确定了坐标系原点，步骤S130中的坐标轴方向及步骤S140中的最终的行车坐标系都更易于确定。因此，图7是本发明优选的实施例中计算行车坐标系原点的示意图，其给出了步骤S120中确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF的具体步骤，即如下三个步骤：
1)在所述基准线上设置间距相同的若干个基准线点。
举例而言，基准线点可通过对基准线在车辆坐标下的方程进行离散化得到，基准线点越密越好，例如间距可以为0.1m。
2)计算每一个基准线点与本车位置的欧式距离。
3)以所计算出的欧式距离最短的点作为所述行车坐标系的原点OF。
具体地，计算基准线上每一个基准线点与本车位置的欧式距离以寻找本车位置与基准线距离最小的基准线点(图7中D2对应的基准线点)，即
Figure BDA0001818579100000081
最小时，对应的坐标
Figure BDA0001818579100000082
作为行车坐标系的原点OF。
据此，基于计算出的行车坐标系的原点OF，确定道路引导线方向为行车坐标系的XF轴，并确定与XF轴遵循左手定则的方向为所述行车坐标系的YF轴，从而形成了最终的行车坐标系XFOFYF。
综上所述，本发明实施例建立了一种行车坐标系，且通过该行车坐标系可以很好的实现针对目标的区域划分，同时可得到更准确的距离信息，特别是在弯道工况下，行车坐标系中使用纵向弧长来表示道路目标等的纵向距离，相较于车辆坐标系下的直线距离，能更真实的表达本车与道路目标之间的距离。
实施例二
图8是本发明实施例二的一种行车坐标系构建系统的结构示意图，该行车坐标系构建系统与上述实施例的行车坐标系构建基于相同的发明思路。如图8所示，所述行车坐标系构建系统可以包括：基准线确定模块810，用于确定本车所在道路的一侧道路边界线为建立行车坐标系的基准线；原点确定模块820，在车辆坐标系下，确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF；坐标轴确定模块830，用于基于所述原点OF，确定道路引导线方向为所述行车坐标系的XF轴，并确定与所述道路引导线方向遵循左手定则的方向为所述行车坐标系的YF轴；以及坐标系建立模块840，用于基于所述原点OF、XF轴和所述YF轴，形成对应的行车坐标系。
在优选的实施例中，所述行车坐标系构建系统还可以包括：基准线切换模块850，用于在本车的行驶过程，切换所述基准线以调整所述行车坐标系。
在优选的实施例中，所述行车坐标系构建系统还可以包括：导航方向信息获取模块860，用于获取关于本车的导航方向信息；并且所述基准线切换模块850切换所述基准线包括：所述基准线切换模块850以预先设置的默认道路边界线为所述基准线；以及所述基准线切换模块850获取所述导航方向信息，并切换所述基准线为所述导航方向信息示出的导航方向侧的道路边界线。
在优选的实施例中，所述行车坐标系构建系统还可以包括：道路类型判断模块870，用于判断当前道路类型；并且所述基准线切换模块850切换所述基准线还包括：若本车当前所在道路为匝道，则保持当前的所述基准线不变；以及若本车当前所在道路为主道，则切换所述基准线为所述默认道路边界线。
在优选的实施例中，所述原点确定模块820包括(图中未示出)：点设置子模块，用于在所述基准线上设置间距相同的若干个基准线点；距离计算子模块，用于计算每一个基准线点与本车位置的欧式距离；以及原点确定子模块，用于以所计算出的欧式距离最短的点作为所述行车坐标系的原点OF。
需说明的是，本发明实施例的所述行车坐标系构建系统与上述实施例的所述行车坐标系构建方法的具体实施细节及效果相同或相似，在此不再赘述。
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、改进等，例如适应性改变步骤的执行顺序以及调节功能模块间的连接关系，均应包含在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施例之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (4)

1.一种行车坐标系构建方法，其特征在于，所述行车坐标系构建方法包括：
确定本车所在道路的一侧道路边界线为建立行车坐标系的基准线；
在车辆坐标系下，确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF；
基于所述原点OF，确定道路引导线方向为所述行车坐标系的XF轴，并确定与所述道路引导线方向遵循左手定则的方向为所述行车坐标系的YF轴；
基于所述原点OF、XF轴和所述YF轴，形成对应的行车坐标系；以及
在本车的行驶过程，切换所述基准线以调整所述行车坐标系，以使得所述行车坐标系能始终与道路走势保持一致；
其中，所述切换所述基准线包括：
以预先设置的默认道路边界线为所述基准线；
获取关于本车的导航方向信息，切换所述基准线为所述导航方向信息示出的导航方向侧的道路边界线；以及
在没有所述导航方向信息时，判断当前道路类型，若本车当前所在道路为匝道，则保持当前的所述基准线不变，若本车当前所在道路为主道，则切换所述基准线为所述默认道路边界线。
2.根据权利要求1所述的行车坐标系构建方法，其特征在于，所述确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF包括：
在所述基准线上设置间距相同的若干个基准线点；
计算每一个基准线点与本车位置的欧式距离；
以所计算出的欧式距离最短的点作为所述行车坐标系的原点OF。
3.一种行车坐标系构建系统，其特征在于，所述行车坐标系构建系统包括：
基准线确定模块，用于确定本车所在道路的一侧道路边界线为建立行车坐标系的基准线；
原点确定模块，在车辆坐标系下，确定本车位置与所述基准线距离最小的基准线点作为所述行车坐标系的原点OF；
坐标轴确定模块，用于基于所述原点OF，确定道路引导线方向为所述行车坐标系的XF轴，并确定与所述道路引导线方向遵循左手定则的方向为所述行车坐标系的YF轴；
坐标系建立模块，用于基于所述原点OF、XF轴和所述YF轴，形成对应的行车坐标系；
基准线切换模块，用于在本车的行驶过程，切换所述基准线以调整所述行车坐标系，以使得所述行车坐标系能始终与道路走势保持一致；
导航方向信息获取模块，用于获取关于本车的导航方向信息；以及
道路类型判断模块，用于判断当前道路类型；
其中，所述基准线切换模块切换所述基准线包括：所述基准线切换模块以预先设置的默认道路边界线为所述基准线；所述基准线切换模块获取所述导航方向信息，并切换所述基准线为所述导航方向信息示出的导航方向侧的道路边界线；以及若本车当前所在道路为匝道，则保持当前的所述基准线不变，若本车当前所在道路为主道，则切换所述基准线为所述默认道路边界线。
4.根据权利要求3所述的行车坐标系构建系统，其特征在于，所述原点确定模块包括：
点设置子模块，用于在所述基准线上设置间距相同的若干个基准线点；
距离计算子模块，用于计算每一个基准线点与本车位置的欧式距离；以及
原点确定子模块，用于以所计算出的欧式距离最短的点作为所述行车坐标系的原点OF。
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