CN111710159B - 一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法，具有包括以下步骤：步骤S1：目标车辆获取车身GPS数据和导航数据，上传至路侧单元；步骤S2：路侧单元获取交叉路口车道数据，结合车身GPS数据和导航数据，得到驶入车道和驶离车道的GPS信息，若驶入车道和驶离车道相互平行转至步骤S3，否则转至步骤S4；步骤S3：连接驶入车道和驶离车道生成虚拟辅助车道线，目标车辆根据虚拟辅助车道线行驶；步骤S4：根据车道端口的GPS信息建立线型模型，生成弧形的虚拟辅助车道线，转换到局部平面坐标系，获取转弯角度，根据虚拟辅助车道线和转弯角度行驶。与现有技术相比，本发明具有提升车辆经过交叉路口的安全性与可靠性、改善交叉路口的道路状况等优点。

Description

一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法和装置

技术领域

本发明涉及辅助驾驶技术领域，尤其是涉及一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法和装置。

背景技术

车联网是物联网在智能交通领域的重要应用，通过车载端、路侧端、边缘云、中心云等通过信息交互，将车辆、行人、障碍物、路侧信息等整合在一起大的网络中，实现智能交通。目前车联网技术正在不断发展，通过路侧和车载端传感器对周围环境的感知，汽车可以了解到丰富的周围环境信息，从而做出决策，可以极大地减少交通事故的发生。

目前很多的车联网应用并没有结合交叉路口的路侧信息来提供行车路线，绝大部分是基于车载传感器。其主要方法为，利用车载摄像头等传感器探测车辆周围环境，提取车道线信息，确定行车路线。车载摄像头传感器由于依赖图像的检测效果，易受天气、光照等因素的影响，尤其是路面积水的情况较难检测出车道线，并且交叉路口中心区域是没有车道线，从而基于车载摄像头提供交叉路口行车路线的性能就会因为传感器稳定性降低而大幅降低。

现有技术中公开了一种转弯控制方法、装置及自动驾驶车辆，通过获取参照物和自动驾驶车辆之间的距离信息，根据距离信息和参照物的位置信息识别当前弯道的车道线曲率与弯曲方向，以此来控制自动驾驶车辆的转弯执行机构的转弯动作。但是参照物存在被遮挡的情况，且转弯过程中距离信息在不断更新，需要较大的计算量对车道线曲率与弯曲方向进行计算，导致结果存在一定误差，影响驾驶体验。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的车载摄像头传感器对车道线依赖较高、参照物被遮挡导致转弯方向计算结果存在误差的缺陷而提供一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法和装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法，具有包括以下步骤：

步骤S1：目标车辆通过车载GPS传感器获取车身GPS数据和导航数据，并上传至路侧单元；

步骤S2：路侧单元(RSU)获取交叉路口车道数据，与接收到的所述目标车辆的车身GPS数据和导航数据相结合，得到目标车辆的驶入车道和驶离车道的 GPS信息，若所述驶入车道和驶离车道相互平行转至步骤S3，否则转至步骤S4；

步骤S3：连接驶入车道和驶离车道生成虚拟辅助车道线，目标车辆根据所述虚拟辅助车道线行驶，驶离交叉路口；

步骤S4：根据驶入车道和驶离车道端口的GPS信息建立线型模型，生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线，将所述虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下，结合目标车辆的车辆自身长度获取转弯角度，目标车辆实时检测车身与虚拟辅助车道线的圆心的距离，根据虚拟辅助车道线和转弯角度驶离交叉路口。

所述车身GPS数据包括目标车辆当前位置的经度、纬度、车速和航向角。

所述交叉路口车道数据包括交叉路口每个车道的端点GPS坐标和宽度。

车载GPS传感器与路侧单元RSU之间进行无线通信。

步骤S4中圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线为平滑的连续曲率轨迹，保证目标车辆在经过交叉路口时有一定的行驶速度。

所述步骤S4中生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线的步骤具体如下：

步骤S401：将驶入车道和驶离车道延长，获取第一交叉点，将驶入车道和驶离车道的端口连线，与第一交叉点和虚拟辅助车道线的圆心的连线相交，获取第二交叉点；

步骤S402：根据第一交叉点和第二交叉点代入虚拟辅助车道线所在的等腰三角形模型，计算得到虚拟辅助车道线的转弯内径和转弯外径。

所述虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下的具体步骤如下：

步骤S403：将虚拟辅助车道线和车身GPS数据映射到虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的二维直角坐标系中，计算出虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线或目标车辆的距离；

步骤S404：根据所述二维直角坐标系下虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线、目标车辆的距离，结合虚拟辅助车道线的端点及目标车辆的GPS经纬度坐标计算得到虚拟辅助车道线在二维直角坐标系下的坐标。

一种使用所述基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法的装置，包括存储器和处理器，所示车辆路径规划方法以计算机程序的形式存储于所述存储器中，并由所述处理器执行，执行时实现以下步骤：

步骤S1：目标车辆通过车载GPS传感器获取车身GPS数据和导航数据，并上传至路侧单元；

步骤S2：路侧单元获取交叉路口车道数据，与接收到的所述目标车辆的车身 GPS数据和导航数据相结合，得到目标车辆的驶入车道和驶离车道的GPS信息，若所述驶入车道和驶离车道相互平行转至步骤S3，否则转至步骤S4；

步骤S3：连接驶入车道和驶离车道生成虚拟辅助车道线，目标车辆根据所述虚拟辅助车道线行驶，驶离交叉路口；

步骤S4：根据驶入车道和驶离车道端口的GPS信息建立线型模型，生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线，将所述虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下，结合目标车辆的车辆自身长度获取转弯角度，目标车辆实时检测车身与虚拟辅助车道线的圆心的距离，根据虚拟辅助车道线和转弯角度驶离交叉路口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.可靠性。现有技术通过车载设备来感知车道线，会产生时间上的冗余，检测成本的增加，以及易受光照、天气、环境的影响导致检测效果不准确，而本发明通过车辆与路侧设备的通信，快速准确获取交叉路口的车道信息，消除检测延时等带来的误差。

2.本发明采用路侧设备提供的车道信息，路侧单元的感知范围更广，且不受交叉路口其余车辆的影响，与车辆定位设备结合，精准确定车辆驶入与驶离交叉路口的车道并生成虚拟辅助车道线，提高虚拟辅助车道线的准确率，避免出现参照物被遮挡影响转弯方向的判断与计算的情况。

3.本发明实时检测车身与虚拟辅助车道线的圆心的距离，判断车身是否位于虚拟辅助车道线内，具有较高的实时性，满足了车辆行驶的安全需求。

4.本发明驶入车道和驶离车道的位置相对灵活，不仅适用于十字交叉路口，也适用于三叉道，非直角交叉路口等情况，具有较高的适应性。

5.本发明目标车辆与路侧信息通信的信息量并不高，占用无线信道宽带小，由于无须过多的车载设备检测，而是提取路侧提供的准确车道信息，生成虚拟辅助车道线，简单高效，实用性较强。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明虚拟辅助车道线的生成流程示意图；

图3为本发明十字路口虚拟辅助车道线的等腰三角形模型的结构示意图；

图4为本发明非十字路口虚拟辅助车道线的等腰三角形模型的结构示意图；

图5为本发明虚拟辅助车道线的结构示意图；

图6为本发明目标车辆转弯角度的结构示意图。

附图标记：

1-第一交叉点；2-第二交叉点；3-虚拟辅助车道线的圆心；L1-车道线端点连线线型模型；L2-圆心线型模型；L3-驶入车道线性模型；L4-驶离车道线性模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法，提升车辆经过交叉路口的安全性与可靠性，改善交叉路口的道路状况，具有包括以下步骤：

步骤S1：目标车辆通过车载GPS传感器获取车身GPS数据和导航数据，并上传至路侧单元；

步骤S2：路侧单元(RSU)获取交叉路口车道数据，与接收到的目标车辆的车身GPS数据和导航数据相结合，得到目标车辆的驶入车道和驶离车道的GPS信息，若驶入车道和驶离车道相互平行转至步骤S3，否则转至步骤S4；

步骤S3：连接驶入车道和驶离车道生成虚拟辅助车道线，目标车辆根据虚拟辅助车道线行驶，驶离交叉路口；

步骤S4：根据驶入车道和驶离车道端口的GPS信息建立线型模型，生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线，将虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下，结合目标车辆的车辆自身长度获取转弯角度，目标车辆实时检测车身与虚拟辅助车道线的圆心的距离，根据虚拟辅助车道线和转弯角度驶离交叉路口。

车身GPS数据包括目标车辆当前位置的经度、纬度、车速和航向角。

交叉路口车道数据包括交叉路口每个车道的端点GPS坐标和宽度。

车载GPS传感器与路侧单元RSU之间进行无线通信。

步骤S4中圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线为平滑的连续曲率轨迹，保证目标车辆在经过交叉路口时有一定的行驶速度。

如图2所示，步骤S4中生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线的步骤具体如下：

步骤S401：获取虚拟辅助车道线的圆心O的坐标，根据驶入车道和驶离车道的信息，通过对两个不连续的车道的四条车道线坐标建立线性模型，得到驶入车道线性模型L3和驶离车道线性模型L4，确定第一交叉点A的坐标，得到第一交叉点A与驶入车道端点的距离AD以及第一交叉点A与驶离车道端点的距离AB；

步骤S402：建立车道线端点连线线型模型L1。如果AB<AD,确定AD线段中间一点D’，使得AD’＝AB，计算BD’中心点F的坐标，且令L＝BF,d＝AB；否则确定AB线段中间一点B’，使得AB’＝AD，计算B’D中心点F的坐标，且令L＝DF,d＝AD；

如图3和图4所示，对于十字路口或非十字路口，均可以根据虚拟辅助车道线的等腰三角形模型计算虚拟辅助车道线的转弯内径和转弯外径，具体为：

R₁＝tanθ*d

R₂＝R₁+W

其中，为驶入车道和驶离车道的1/2夹角，R₁为转弯内径，R₂为转弯外径，W为车道宽度。

虚拟辅助车道线的圆心O与第二交叉点F位于圆心线型模型L2上，且位于第一交叉点A相对的同一侧，根据相似比得到虚拟辅助车道线的圆心O的坐标，具体公式如下所示：

其中，(lon_o，lat_o)为虚拟辅助车道线的圆心O的经纬度坐标，(lon_A，lat_A)为第一交叉点A的经纬度坐标，(lon_F，lat_F)为第二交叉点F的经纬度坐标。

如图5所示，根据虚拟辅助车道线的圆心的坐标及转弯内径R₁、车道宽度W，计算得到虚拟辅助车道线，具体为：

R²＜(lat₂-lat_O)²+(lon₂-lon_O)²＜(R+W)²

其中，(lon₂，lat₂)为虚拟辅助车道线上坐标点的经纬度坐标。

虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下的具体步骤如下：

步骤S403：将虚拟辅助车道线和车身GPS数据映射到虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的二维直角坐标系中，计算出虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线或目标车辆的距离，具体为：

其中，(lon₁，lat₁)为驶入车道和驶离车道端点或目标车辆的经纬度坐标，WA、 WB、JA和JB为过程变量，R为地球半径，取值为6371004米，D为虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线或目标车辆的距离；

步骤S404：根据二维直角坐标系下虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线、目标车辆的距离，结合虚拟辅助车道线的端点及目标车辆的GPS经纬度坐标计算得到虚拟辅助车道线上的点在二维直角坐标系下的坐标，具体如下：

(x,y)＝(-D·cos(|lat₁-lat₂|),D·sin(lat₁-lat₂))，lon₁＞lon₂

(x,y)＝(D·cos(|lat₁-lat₂|),D·sin(lat₁-lat₂))，lon₁≤lon₂

其中，(x,y)为虚拟辅助车道线上坐标点在二维直角坐标系下的坐标，满足 R₁ ²＜x²+y²＜R₂ ²。

如图6所示，结合目标车辆的车辆自身长度获取转弯角度，具体公式如下：

其中，α为转弯角度，L₁为车辆自身长度。目标车辆根据收到的转弯角度与虚拟辅助车道线之后，通过实时判断车辆距离两条生成的虚拟辅助车道线的距离微调转弯角度，控制车身在虚拟辅助车道线中行驶。

一种使用基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法的装置，包括存储器和处理器，所示车辆路径规划方法以计算机程序的形式存储于存储器中，并由处理器执行，执行时实现以下步骤：

步骤S1：目标车辆通过车载GPS传感器获取车身GPS数据和导航数据，并上传至路侧单元；

步骤S2：路侧单元获取交叉路口车道数据，与接收到的目标车辆的车身GPS 数据和导航数据相结合，得到目标车辆的驶入车道和驶离车道的GPS信息，若驶入车道和驶离车道相互平行转至步骤S3，否则转至步骤S4；

步骤S3：连接驶入车道和驶离车道生成虚拟辅助车道线，目标车辆根据虚拟辅助车道线行驶，驶离交叉路口；

步骤S4：根据驶入车道和驶离车道端口的GPS信息建立线型模型，生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线，将虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下，结合目标车辆的车辆自身长度获取转弯角度，目标车辆实时检测车身与虚拟辅助车道线的圆心的距离，根据虚拟辅助车道线和转弯角度驶离交叉路口。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法，其特征在于，具有包括以下步骤：

步骤S1：目标车辆通过车载GPS传感器获取车身GPS数据和导航数据，并上传至路侧单元；

步骤S2：路侧单元获取交叉路口车道数据，与接收到的所述目标车辆的车身GPS数据和导航数据相结合，得到目标车辆的驶入车道和驶离车道的GPS信息，若所述驶入车道和驶离车道相互平行转至步骤S3，否则转至步骤S4；

步骤S3：连接驶入车道和驶离车道生成虚拟辅助车道线，目标车辆根据所述虚拟辅助车道线行驶，驶离交叉路口；

步骤S4：根据驶入车道和驶离车道端口的GPS信息建立线型模型，生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线，将所述虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下，结合目标车辆的车辆自身长度获取转弯角度，目标车辆实时检测车身与虚拟辅助车道线的圆心的距离，根据虚拟辅助车道线和转弯角度驶离交叉路口；

所述步骤S4中生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线的步骤具体如下：

步骤S401：将驶入车道和驶离车道延长，获取第一交叉点，将驶入车道和驶离车道的端口连线，与第一交叉点和虚拟辅助车道线的圆心的连线相交，获取第二交叉点；

步骤S402：根据第一交叉点和第二交叉点代入虚拟辅助车道线所在的等腰三角形模型，计算得到虚拟辅助车道线的转弯内径和转弯外径。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法，其特征在于，所述车身GPS数据包括目标车辆当前位置的经度、纬度、车速和航向角。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法，其特征在于，所述交叉路口车道数据包括交叉路口每个车道的端点GPS坐标和宽度。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法，其特征在于，所述虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下的具体步骤如下：

步骤S403：将虚拟辅助车道线和车身GPS数据映射到虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的二维直角坐标系中，计算出虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线或目标车辆的距离；

步骤S404：根据所述二维直角坐标系下虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线、目标车辆的距离，结合虚拟辅助车道线的端点及目标车辆的GPS经纬度坐标计算得到虚拟辅助车道线在二维直角坐标系下的坐标。

5.一种使用如权利要求1-4任一所述的基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法的装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所示车辆路径规划方法以计算机程序的形式存储于所述存储器中，并由所述处理器执行，执行时实现以下步骤：

步骤S1：目标车辆通过车载GPS传感器获取车身GPS数据和导航数据，并上传至路侧单元；

步骤S2：路侧单元获取交叉路口车道数据，与接收到的所述目标车辆的车身GPS数据和导航数据相结合，得到目标车辆的驶入车道和驶离车道的GPS信息，若所述驶入车道和驶离车道相互平行转至步骤S3，否则转至步骤S4；

步骤S3：连接驶入车道和驶离车道生成虚拟辅助车道线，目标车辆根据所述虚拟辅助车道线行驶，驶离交叉路口；

步骤S4：根据驶入车道和驶离车道端口的GPS信息建立线型模型，生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线，将所述虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下，结合目标车辆的车辆自身长度获取转弯角度，目标车辆实时检测车身与虚拟辅助车道线的圆心的距离，根据虚拟辅助车道线和转弯角度驶离交叉路口；

所述步骤S4中生成圆弧运动轨迹的虚拟辅助车道线的步骤具体如下：

步骤S401：将驶入车道和驶离车道延长，获取第一交叉点，将驶入车道和驶离车道的端口连线，与第一交叉点和虚拟辅助车道线的圆心的连线相交，获取第二交叉点；

步骤S402：根据第一交叉点和第二交叉点代入虚拟辅助车道线所在的等腰三角形模型，计算得到虚拟辅助车道线的转弯内径和转弯外径。

6.根据权利要求5所述的一种使用基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法的装置，其特征在于，所述车身GPS数据包括目标车辆当前位置的经度、纬度、车速和航向角。

7.根据权利要求5所述的一种使用基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法的装置，其特征在于，所述交叉路口车道数据包括交叉路口每个车道的端点GPS坐标和宽度。

8.根据权利要求5所述的一种使用基于虚拟车道线的交叉路口车辆路径规划方法的装置，其特征在于，所述虚拟辅助车道线和车身GPS数据转换到以虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的局部平面坐标系下的具体步骤如下：

步骤S403：将虚拟辅助车道线和车身GPS数据映射到虚拟辅助车道线的圆心为原点建立的二维直角坐标系中，计算出虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线、目标车辆的距离；

步骤S404：根据所述二维直角坐标系下虚拟辅助车道线的圆心与虚拟辅助车道线、目标车辆的距离，结合虚拟辅助车道线的端点及目标车辆的GPS经纬度坐标计算得到虚拟辅助车道线在二维直角坐标系下的坐标。

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