CN111785062B - 在无信号灯路口实现车路协同的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例公开了在无信号灯路口实现车路协同的方法和装置。该方法的一具体实施方式包括：获取用于轨迹规划的信息，将用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；基于规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。通过在路口智能地规划多辆汽车的行驶轨迹，取代了原有的信号灯的职能，大幅度提升路口通行效率。

Description

在无信号灯路口实现车路协同的方法和装置
技术领域
本公开的实施例涉及智能交通管理技术领域，具体涉及车路协同管理技术领域，尤其涉及在无信号灯路口实现车路协同方法和装置。
背景技术
车路协同，采用无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。
相关的在无信号灯路口实现车路协同方式通常是强行假设各车辆沿着特定路径运动或者使用特定模态运动。
发明内容
本公开的实施例提出了在无信号灯路口实现车路协同的方法和装置。
第一方面，本公开的实施例提供了一种在无信号灯路口实现车路协同的方法，该方法包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；将平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标、各个车辆通行动作类别以及各个车辆运动状态参数输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到轨迹规划信息；其中，用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；基于轨迹规划信息，驱动各个车辆行驶。
在一些实施例中，各个车辆的通行动作类别包括：各个车辆行驶至任意目标车道上所需的左转弯动作、前行动作或右转弯动作中的一种。
在一些实施例中，获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：基于障碍物的尺寸信息以及障碍物在道路上的位置信息，将障碍物以正方形的形式映射至平面坐标系中，以正方形的多个内切圆替换正方形，其中每个内切圆均与所述正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切。
在一些实施例中，获取平面坐标系中的各个车辆的坐标，包括：基于各个车辆的尺寸信息，将各个车辆以矩形的形式映射至平面坐标系中，以矩形的对称双外接圆替换矩形，得到矩形的对称双外接圆在平面坐标系中的圆心的坐标和半径，其中对称双外接圆为能够包含矩形的最小对称双外接圆。
在一些实施例中，以正方形的多个内切圆替换正方形，得到多个内切圆在平面坐标系中的圆心和半径，包括：将以正方形边长为直径，以正方形的中心为圆心的圆作为正方形的最大内切圆；将与正方形中靠近平面坐标系原点的内角相切的多个圆形作为正方形的多个小内切圆，且多个小内切圆的半径与最大内切圆的半径成等比衰减数列。
在一些实施例中，基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，包括：基于道路区域宽度信息、障碍物的坐标以及各个车辆的坐标，确定每个车辆在任一通行动作类别下不与障碍物在任一时刻t发生碰撞的第一躲避碰撞约束条件；基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域；基于车辆的坐标，确定在可通行区域内同一通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞以及不同通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞的第二躲避碰撞约束条件。
在一些实施例中，基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域，包括：基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，响应于车辆的通行动作类别为左转弯动作，确定该车辆在左转弯动作的可通行区域包括对向道路区域；和/或基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，将平面坐标系中道路区域的路口区域作为供每个车辆自由灵活行驶的可通行区域。
在一些实施例中，基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数，包括：基于各个车辆运动状态的参数，确定关于车辆运动状态参数变化的第一方程；基于各个车辆的坐标，确定关于任两个车辆之间距离的第二方程；基于各个车辆的坐标，确定关于各个车辆至平面坐标系X轴和Y轴距离的第三方程；基于第一方程、第二方程和第三方程，确定关于车辆通行状态的损失函数。
在一些实施例中，在无信号灯路口实现车路协同的方法应用于车路协同管理系统，车路协同管理系统被配置成：采用感知设备和通讯设备获取距路口预设距离内各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数；基于获取的各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数，执行如上任意一项的在无信号灯路口实现车路协同的方法，直至该车辆驶出路口预定距离为止。
第二方面，本公开的实施例提供了一种在无信号灯路口实现车路协同的方法，包括：获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；其中，获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：以平面坐标系中十字路口的中心点为坐标原点，获取与十字路口相邻的四个街区的坐标；每个街区包括：一个最大圆、与所述最大圆的外切正方形邻近所述原点的两条边相内切的多个小圆，所述最大圆的外切正方形的边平行于所述平面坐标系的坐标轴，所述多个小圆的半径与最大圆的半径成等比衰减数列；将所述用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，所述用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；基于所述规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
第三方面，本公开的实施例提供了一种在无信号灯路口实现车路协同的装置，装置包括：获取单元，被配置成获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；规划单元，被配置成将平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标、各个车辆通行动作类别以及各个车辆运动状态参数输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到轨迹规划信息；其中，用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；驱动单元，被配置成基于轨迹规划信息，驱动各个车辆行驶。
在一些实施例中，获取单元和规划单元中各个车辆的通行动作类别包括：各个车辆行驶至任意目标车道上所需的左转弯动作、前行动作或右转弯动作中的一种。
在一些实施例中，获取单元中获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：基于障碍物的尺寸信息，将障碍物以正方形的形式映射至平面坐标系中，并以正方形的多个内切圆替换正方形，其中每个内切圆均与所述正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切。
在一些实施例中，获取单元中获取平面坐标系中的各个车辆的坐标，包括：基于各个车辆的尺寸信息，将各个车辆以矩形的形式映射至平面坐标系中，并以矩形的对称双外接圆替换矩形，得到矩形的对称双外接圆在平面坐标系中的圆心的坐标和半径，其中对称双外接圆为能够包含矩形的最小对称双外接圆。
在一些实施例中，获取单元中以多个内切圆的形式替换正方形，包括：将以正方形边长为直径，以所述正方形的中心为圆心的圆作为所述正方形的最大内切圆；将与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切的多个圆形作为正方形的多个小内切圆，且所述多个小内切圆的半径与最大内切圆的半径成等比衰减数列。
在一些实施例中，规划单元中基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，由以下子单元确定：第一躲避碰撞约束条件确定子单元，基于道路区域宽度信息、障碍物的坐标以及车辆的坐标，确定每个车辆在任一通行动作类别下不与障碍物在任一时刻t发生碰撞的第一躲避碰撞约束条件；可通行区域确定子单元，基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域；第二躲避碰撞约束条件确定子单元，基于车辆的坐标，确定在可通行区域内同一通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞以及不同通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞的第二躲避碰撞约束条件。
在一些实施例中，可通行区域确定子单元中基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域，包括：基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，响应于车辆的通行动作类别为左转弯动作，确定该车辆在左转弯动作的可通行区域包括对向道路区域；和/或基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，将平面坐标系中道路区域的路口区域作为供每个车辆自由灵活行驶的可通行区域。
在一些实施例中，规划单元中，基于车辆运动状态参数和车辆坐标确定损失函数由以下子单元确定：第一方程确定子单元，基于各个车辆运动状态的参数，确定关于各个车辆运动状态参数变化的第一方程；第二方程确定子单元，基于车辆的坐标，确定关于任两个车辆之间距离的第二方程；第三方程确定子单元，基于车辆的坐标，确定关于车辆至坐标原点距离的第三方程；损失函数确定子单元，基于第一方程、第二方程和第三方程，确定关于车辆通行状态的损失函数。
在一些实施例中，在无信号灯路口实现车路协同的装置应用于车路协同管理系统，车路协同管理系统被配置成：采用感知设备和通讯设备获取距路口预设距离内各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数；基于获取的各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数，执行如上任意一项的在无信号灯路口实现车路协同的方法，直至该车辆驶出路口预定距离为止。
第四方面，本公开的实施例提供了一种在无信号灯路口实现车路协同的装置，包括：信息单元，被配置成获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；其中，获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：以平面坐标系中十字路口的中心点为坐标原点，获取与十字路口相邻的四个街区的坐标；每个街区包括：一个最大圆、与所述最大圆的外切正方形邻近所述原点的两条边相内切的多个小圆，所述最大圆的外切正方形的边平行于所述平面坐标系的坐标轴，所述多个小圆的半径与最大圆的半径成等比衰减数列；轨迹单元，被配置成将所述用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，所述用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；动作单元，被配置成基于所述规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
第五方面，本公开的实施例提供了一种服务器，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序；当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上任一实施例的方法。
第六方面，本公开的实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，程序被处理器执行时实现如上任一实施例的方法。
本公开的实施例提供的无信号灯路口实现车路协同的方法和装置，首先通过获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；然后将平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标、各个车辆通行动作类别以及各个车辆运动状态参数输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到轨迹规划信息；其中，用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；最后基于轨迹规划信息，驱动各个车辆行驶。基于道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及各个车辆通行动作类别建立的用于规划车辆行驶轨迹的模型，可以使模型输出的各个车辆的规划轨迹更加精确，各个车辆之间的行进轨迹更加灵活协调，从而避免了各个车辆在路口区域造成拥堵，最终能够大幅度提升路口通行效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本公开的一些实施例可以应用于其中的示例性系统架构图；
图2是根据本公开的在无信号灯路口实现车路协同的方法的一个实施例的流程图；
图3是根据本公开的实施例的将道路宽度信息、障碍物信息及车辆信息映射至平面坐标系中的一个应用场景的示意图；
图4是根据本公开的实施例的将障碍物以多个内切圆的形式表示的原理图；
图5是根据本公开的实施例的确定车辆的顶点处于某一凸多边形障碍物外部的原理图；
图6是根据本公开的实施例的确定各个车辆可通行区域的应用场景图；
图7是根据本公开的实施例的各个车辆在终止时刻所在区域的应用场景图；
图8是根据本公开的在无信号灯路口实现车路协同的方法中确定障碍物坐标的实施例流程图；
图9是根据本公开的在无信号灯路口实现车路协同的方法中将障碍物以多个内切圆形式表示的应用场景图；
图10是根据本公开的在无信号灯路口实现车路协同的方法中确定各个车辆坐标的实施例流程图；
图11是根据本公开的在无信号灯路口实现车路协同的方法中将车辆以对称双接圆形式表示的应用场景图；
图12是根据本公开的在无信号灯路口实现车路协同的装置的一个实施例的结构示意图；
图13是适于用来实现本公开的实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
图1示出了可以应用本公开的实施例的在无信号灯路口实现车路协同的方法或装置的示例性系统架构100。
如图1所示，系统架构100可以包括各个感知设备101、102、103，网络104、服务器105、各个车辆106、107、108和网络109。网络104用以在感知设备101、102、103和服务器105之间提供通信链路的介质。网络104可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。网络109用以在各个车辆106、107、108和服务器105之间提供通信链路的介质。网络109也可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
感知设备101、102、103通过网络104与服务器105交互，以接收或发送消息等；各个车辆106、107、108通过网络109与服务器105交互，以接收或发送消息等
感知设备101、102、103可以是具有感知各个车辆尺寸信息、各个车辆运动状态参数信息、车辆的位置信息以及各个车辆的通行动作类别的设备，包括但不限于雷达、视觉传感器、以及埋在地下的地感线圈等等。当感知设备101、102、103为软件时，可以安装在上述所列举的电子设备中。其可以实现成例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
服务器105可以是提供各种服务的服务器，例如对各个车辆提供规划轨迹的驱动指令信号的后台服务器。后台服务器可以对接收到的车辆行驶数据及道路信息数据进行分析等处理，并根据处理结果驱动各个车辆行驶。相应地，在无信号灯路口实现车路协同的装置可以设置于服务器105中。在此不做具体限定。
需要说明的是，服务器可以是硬件，也可以是软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可以实现成例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
应该理解，图1中的感知设备、网络、服务器以及车辆的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的感知设备、网络、服务器和车辆。
继续参考图2，示出了根据本公开的在无信号灯路口实现车路协同的方法的一个实施例的流程200。该在无信号灯路口实现车路协同的方法，包括以下步骤：
步骤201，获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数。
在本实施例中，在无信号灯路口实现车路协同的方法的执行主体(例如图1所示的服务器)可以从本地获取用于轨迹规划的信息，还可从其他中转设备获取。通行动作类别可以是用于表明通行意图的行驶动作。轨迹规划信息可用于表明路口区域(例如十字路口区域、丁字路口区域等)的路况信息，并可作为用于规划车辆行驶轨迹的模型的输入；轨迹规划信息可包括平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，各个车辆通行动作类别，以及各个车辆运动状态参数。
作为一个示例，可从本地获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，各个车辆通行动作类别，以及各个车辆运动状态参数。执行主体在从本地获取上述信息数据之前，可将从感知设备获取的各个车辆尺寸信息、各个车辆运动状态参数信息以及车辆的位置信息映射至平面坐标系中。其中，映射用于将路口区域的实际路况反映至平面坐标系中。
具体的，执行主体可通过有线连接的方式或者无线连接方式，从感知设备接收各个车辆的尺寸信息、运动状态参数信息以及车辆的位置信息，可从地图数据库中获取路口区域道路的宽度信息和障碍物信息；进而执行主体可以将道路宽度信息、障碍物信息及车辆信息映射至平面坐标系中，得到平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物坐标和各个车辆的坐标。
在本实施例的一些可选的实现方式中，各个车辆的通行动作类别包括：各个车辆行驶至任意目标车道上所需的左转弯动作、直行动作或右转弯动作中的一种。
作为一个示例，在十字路口区域，车辆可从东南西北4个方向(平面坐标系中X轴的正方向，X轴的负方向，Y轴的正方向以及Y轴的负方向)驶入路口区域，从每个方向驶入路口区域的车辆可以按照左转弯、直行、右弯转3种通行动作类别驶出路口并行驶至目标车道上，因此通过4个路口的所有车辆共可分为12种通行动作类别，将自西向东驶出路口的车辆按照3种通行动作类别定义为，集合A1(左转弯车辆集合)，集合A2(直行车辆集合),集合A3(右转弯车辆集合)；将自东向西驶出路口包含的3种通行动作类别定义为B1(左转弯车辆集合)，B2(直行车辆集合)，B3(右转弯车辆集合)；将自南向北驶出路口包含的3种通行动作类别定义为C1(左转弯车辆集合)，C2(直行车辆集合)，C3(右转弯车辆集合)；将自北向南驶出路口包含的3种通行动作类别定义为D1(左转弯车辆集合)，D2(直行车辆集合)，D3(右转弯车辆集合)，任一车辆的通行动作类别属于且仅属于上述12个集合中的一个。
在本实施例中，在获取平面坐标系中的障碍物的坐标时，可以基于障碍物的尺寸信息以及障碍物在道路上的位置信息，将障碍物映射至平面坐标系中，得到障碍物映射后的形状的坐标。将障碍物映射至平面坐标系中的技术，可以采用现有技术或未来发展的技术中将障碍物映射至平面坐标系中的方式来实现，本申请对此不作限定。例如，可以将障碍物以多边形的形式(例如矩形或正方形)映射至平面坐标系中。其中，假设XOY坐标系中存在Nobs个凸多边形障碍物，其中第j个障碍物包含NPj个顶点
Figure BDA0002434664370000121
不失一般性地，我们对车辆i与障碍物j之间的碰撞躲避约束进行建模(j＝1,...,Nobs)。二维平面上的碰撞一定源于顶点处，这里的顶点可以是车身顶点或凸多边形障碍物的顶点。这意味着如果能够在每一时刻限制车身矩形顶点处于障碍物多边形外部，并且限制多边形障碍物的顶点处在车身矩形外部，则碰撞一定不会发生。由于每时每刻障碍物顶点
Figure BDA0002434664370000122
车身顶点Ai(t)～Di(t)所在位置均可解析表示，至此我们只需一个能够描述“某点处于某一凸多边形外部”的约束建模方法。我们将这一问题抽象出来，专门考虑如何描述点P＝(x,y)在具有n个顶点的凸多边形Q1～Qn外部。
障碍物可以是多个凸多边形障碍物，则在平面坐标系中，第j个障碍物的顶点Q，即所有的NPj个顶点分别
Figure BDA0002434664370000131
各个顶点的坐标可基于障碍物的尺寸及障碍物的位置确定。
参考图3，图3示出了将道路宽度信息、障碍物信息及车辆信息映射至平面坐标系中应用场景图，将十字路口区域的道路宽度信息映射至平面坐标系中得到道路区域宽度信息Lroad_width(附图中简写为LW)；将矩形障碍物街区1(以下简写为Block1)，街区2(以下简写为Block2)，街区3(以下简写为Block3)，街区4(以下简写为Block4)的信息映射至平面坐标系中，得到矩形障碍物的坐标，例如Block1靠近坐标原点的顶点坐标为(-LW，LW)，Block3靠近X轴且远离原点的顶点坐标为(LW+LL，-LW)，LL为矩形障碍物的长度，同时为了直观的表明通过路口区域各个车辆的通行动作类别，图3中还示出了12种通行动作类别A1，A2，A3，B1，B2，B3，C1，C2，C3，D1，D2，D3。
返回图2，在本实施例的一些可选的实现方式中，可基于障碍物的尺寸信息以及障碍物在道路上的位置信息，将障碍物以正方形的形式映射至平面坐标系中，并以正方形的多个内切圆替换正方形，其中每个内切圆均与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切。
作为一个示例，可将轮廓为正方形的障碍物映射至平面坐标系中，也可利用数学几何运算，确定能够包含轮廓为凸多边形的障碍物的最小正方形，而后基于障碍物的尺寸信息，确定正方形在坐标系中的长度和宽度，从而得到正方形顶点坐标，以正方形的多个内切圆替换正方形，其中每个内切圆均与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切，得到的多个内切圆重新作为正方形障碍物在平面坐标系中反映。
在本实施例的一些可选的实现方式中，将以正方形的边长为直径，以正方形的中心为圆心的圆作为正方形最大内切圆；将与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切的多个圆形作为正方形障碍物的多个小内切圆，多个小内切圆的半径与最大内切圆的半径成等比衰减数列。
参考图4，图4示出了将障碍物以多个内切圆的形式表示的原理图，以Block2映射至第一象限后的正方形为例，将等比衰减数列的公比预设为0.5，以正方形的边长为直径，以正方形的中心为圆心的圆作为正方形最大内切圆；而后将与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切的，半径与最大内切圆半径成等比数列的多个圆形作为正方形障碍物的多个小内切圆。
在本实施例中，在获取各个车辆坐标时，可基于各个车辆的尺寸信息和车辆在道路上的位置信息，将各个车辆的以矩形的形式映射至平面坐标系中，得到第i辆车在某一时刻t时车辆的顶点P，即矩形轮廓四个顶点的横坐标Aix(t),Bix(t),Cix(t),Dix(t)，以及纵坐标Aiy(t),Biy(t),Ciy(t),Diy(t)。
在本实施例的一些可选的实现方式中，可以基于各个车辆的尺寸信息和车辆在道路上的位置信息，将各个车辆以矩形的形式映射至平面坐标系中，并以矩形的对称双外接圆替换矩形，得到矩形的对称双外接圆在平面坐标系中的圆心的坐标和半径，其中对称双外接圆为能够包含矩形的最小对称双外接圆。
作为一个示例，可以将对称双外接圆的两个圆心均设置于矩形的对称轴上，基于该圆心确定能够覆盖该矩形的半径，得到最小对称的双外接圆。
在上述实施例中，通过设置通行动作类别，可限定各个车辆的通行区域，将障碍物以多个内切圆的形式表示，并且将车辆以对称双外接圆形式表示，从而可将用于规划车辆行驶轨迹的模型中多边形之间的躲避碰撞约束转化为凸约束，进而能够降低用于规划车辆行驶轨迹的模型的求解复杂度，使得模型输出的各个车辆的轨迹更加精确，各个车辆之间通过路口区域的轨迹更加协调，从而能够提高各个车辆在路口区域的通行效率。
步骤202，将用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数。
在本实施例中，用于规划车辆行驶轨迹的模型包括躲避碰撞的约束条件，损失函数和车辆运动微分方程组，其中车辆运动微分方程组可以基于车辆的运动方程得到；基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及各个车辆的通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数。损失函数用于反映对于通行效率、舒适性能、安全性能的优化诉求。
在本实施例的一些可选的实现方式中，可基于道路区域宽度信息、障碍物的坐标以及车辆的坐标，确定每个车辆在任一通行动作类别下不与障碍物在任一时刻t发生碰撞的第一躲避碰撞约束条件；基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域；基于车辆的坐标，确定在可通行区域内同一通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞以及不同通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞的第二躲避碰撞约束条件。
作为一个示例，在确定第一躲避碰撞约束条件时，可采用“车辆的顶点处于某一凸多边形障碍物外部”的约束建模方法，确定约束条件，参考图5，图5示出了确定车辆顶点处于某一凸多边形障碍物外部的应用场景图，将车辆顶点P与凸多边形障碍物每两个相邻的顶点分别组成三角形，并将这些三角形的面积累加，如果面积之和大于凸多边形的面积，则点P处于凸多边形外部，否则点P处在凸多边形障碍物的某一边上或凸多边形障碍物的内部，由此可建立点P处于凸多边形障碍物外部的方程组：
Figure BDA0002434664370000161
其中SΔ代表相应三角形面积，
Figure BDA0002434664370000167
代表凸多边形面积。SΔ通过三角形顶点坐标进行求解，
以
Figure BDA0002434664370000162
为例，若三角形顶点的坐标分别为：P＝(x,y)、Qk＝(xQk,yQk)、Qk+1＝(xQ(k+1),yQ(k+1))，则根据三角形顶点的坐标以及三角形面积公式可得到：
Figure BDA0002434664370000163
对方程组求解后，得到点P处于凸多边形障碍物顶点Q1～Qn外部的一般性约束条件，PointOutOfPolygon(P,Q1...Qn)。
据此可建立第j个障碍物
Figure BDA0002434664370000164
与车身矩形AiBiCiDi的碰撞躲避约束条件：
Figure BDA0002434664370000165
由上，车辆i与所有障碍物之间的碰撞躲避约束条件可建立为：
Figure BDA0002434664370000166
并将其简写为：
Figure BDA0002434664370000168
继续参考图6，图6示出了确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域应用场景图，当车辆自西向东驶入路口时，各个车辆对应着A1、A2、A3通行动作类别。在整个运动时域[0,tf]上，以A3类为例，该通行动作类别下的车辆，始终保持在直线y＝0的下方、直线x＝0的左侧区域内，由于若该区域存在矩形障碍物Block4，因此A3类车辆额外需要躲避矩形障碍物Block4行驶，从两条直线围成的半封闭区域除去Block4矩形障碍物占据的区域即为A3类车辆的可通行区域。同理，属于A2类别的车辆始终保持在直线y＝0下方与直线y＝-Lroad_width(道路区域宽度的一半)上方的带状区域内行驶。属于A1类别车辆的可通行区域设置方式与A3类似原理相同，但是可额外将对向道路空间也作为A1类别车辆可行驶区域一部分。允许左转车辆利用对向道路可以是使左转车辆更充分地利用道路空间，提高总体通行效率。由上，A1、A2、A3类别车辆的可通行区域可分别定义为：
Figure BDA0002434664370000171
-Lroad_width≤γ≤0,γ∈{Aiy(t),Biy(t),Ciy(t),Diy(t)},t∈[0,tf],i∈A2；
Figure BDA0002434664370000172
其中，Aix(t),Bix(t),Cix(t),Dix(t)分别指第i辆车在t时刻时车辆的矩形轮廓四个顶点的横坐标；类似地，Aiy(t),Biy(t),Ciy(t),Diy(t)分别指第i辆车在t时刻时车辆的矩形轮廓四个顶点的纵坐标；VehicleOutOfPolygon(Γ,Υ)是指用于描述两个凸多边形Γ与Υ之间不发生碰撞的碰撞躲避约束条件。
作为一个示例，在确定可通行区域后，可确定第二躲避碰撞约束条件，第二躲避碰撞约束条件用于实现当各个车辆在相应可通行区域内运动的整个过程中，可通行区域重叠的车辆类别相互之间不发生碰撞，且各类别内部各车辆不发生碰撞。若将i车与j车在时刻t的躲避碰撞约束条件记为VehicleOutOfVehicle(i,j,t)，则第二躲避碰撞约束条件可为：
VehicleOutOfPolygon(Ai(t)Bi(t)Ci(t)Di(t),Aj(t)Bj(t)Cj(t)Dj(t)).
具体地，第二躲避碰撞约束条件为：
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈A1,
j∈A2∪A3∪B1∪B2∪B3∪C1∪C2∪C3∪D1∪D2∪D3；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈A2,
j∈A3∪B1∪B2∪B3∪C1∪D1∪D2；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈A3,j∈B1∪C1∪D1∪D2；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈B1,
j∈B2∪B3∪C1∪C2∪C3∪D1∪D2∪D3；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈B2,j∈B3∪C1∪C2∪C3∪D1；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈B3,j∈C1∪D1；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈C1,j∈C2∪C3∪D1∪D2∪D3；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈C2,j∈C3∪D1∪D2∪D3；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈C3,j∈D1；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈D1,j∈D2∪D3；
VehicleOutOfVehicle(i,j,t),i∈D2,j∈D3；
Figure BDA0002434664370000181
Figure BDA0002434664370000182
Figure BDA0002434664370000183
Figure BDA0002434664370000184
Figure BDA0002434664370000185
Figure BDA0002434664370000186
Figure BDA0002434664370000187
Figure BDA0002434664370000188
Figure BDA0002434664370000189
Figure BDA00024346643700001810
Figure BDA00024346643700001811
Figure BDA00024346643700001812
在一些实施例中，基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域，包括：基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，响应于车辆的通行动作类别为左转弯动作，确定该车辆在左转弯动作的可通行区域包括对向道路区域。这样可以使左转车辆更充分地利用道路空间，提高总体通行效率。
备选地或附加地，基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域，可以包括：基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，将平面坐标系中道路区域的路口区域作为供每个车辆自由灵活行驶的可通行区域。这样，将路口区域当做车辆可以自由灵活行驶的可通行区域，可以更充分的利用路口区域的空间，提高总体通行效率。
在本实施例的一些可选的实现方式中，可基于各个车辆运动状态的参数，确定关于车辆运动状态参数变化的第一方程；基于各个车辆的坐标，确定关于任两个车辆之间距离的第二方程；基于各个车辆的坐标，确定关于各个车辆至平面坐标系X轴和Y轴距离的第三方程；基于第一方程、第二方程和第三方程，确定关于车辆通行状态的损失函数。
作为一个示例，基于车辆运动状态的参数，确定关于车辆运动状态参数变化的第一方程，第一方程J舒适可以为反映通过路口区域各个车辆舒适性能的方程，则在车辆通过路口区域时，车辆的运动状态参数(例如速度、加速度、角速度、位移角)变化量小，且在起始时刻0时刻，各个车辆均开始平稳匀速行驶，以达到舒适性能。因此，第一方程J舒适可以为运动状态参数变化的方程。例如，可在路口区域设置缓冲区域，在缓冲区域内车辆改变运动状态参数，最终在通过路口区域时的起始时刻0时刻至通过路口区域后的终止时刻tf时刻，各个车辆在当前所在路段的方向以相同的速率匀速行驶，在通过路口区域时，各个车辆的加速度，角速度，位移角可均为0，则有以下方程：
[xi(0),yi(0),vj(0),aj(0),φj(0),ωj(0)]＝[xi,yi,vcommon,0,0,0],i∈{1,...,NV}；
θi(0)＝0,i∈A1∪A2∪A3；
θi(0)＝π/2,i∈B1∪B2∪B3；
θi(0)＝π,i∈C1∪C2∪C3；
θi(0)＝-π/2,i∈D1∪D2∪D3.
参考图7，图7示出了各个车辆在终止时刻所在区域的应用场景图，各车辆在终止时刻tf的有以下方程：
[vi(tf),ai(tf),φi(tf),ωi(tf)]＝[vcommon,0,0,0],i∈{1,...,NV}；
Figure BDA0002434664370000201
Figure BDA0002434664370000202
Figure BDA0002434664370000203
Figure BDA0002434664370000204
θi(tf)＝θi(0)+π/2,i∈A1∪B1∪C1∪D1；
θi(tf)＝θi(0),i∈A2∪B2∪C2∪D2；
θi(tf)＝θi(0)-π/2,i∈A3∪B3∪C3∪D3.
其中vcommon＞0是各个车辆平稳匀速行驶的速率值，(xi,yi)为第i辆车的起始位置坐标，θi(0)为第i辆以对称双外接圆形式表示的车辆在通过路口区域的起始时刻，两个圆心的连线与坐标X轴的夹角，θi(tf)为第i辆以对称双外接圆形式表示的车辆在通过路口区域的终止时刻，两个圆心的连线与坐标X轴的夹角。
作为一个示例，基于各个车辆的坐标，确定关于任两个车辆之间距离的第二方程，第二方程可以为反映车辆通过路口区域各个车辆安全性能的方程J安全，用于表明各车辆之间的距离，例如可以在路口区域设置缓冲区域，各个车辆在缓冲区域调整自己的运动状态参数，在起始时刻各个车辆均开始平稳匀速行驶，各个车辆的之间距离也达到了预设值(可通过车辆的坐标计算两车辆的距离)。
作为一个示例，基于各个车辆的坐标，确定关于各个车辆至平面坐标系X轴和Y轴距离的第三方程；第三方程可以为反映通行效率的方程，可以是在终止时刻所有达到目标车道的车辆距离平面坐标系X轴和Y轴的距离；第三方程可表明各个车辆在通过路口区域的终止时刻tf时刻，在各自的目标车道上已尽量行驶的远，即则可有以下方程：
Figure BDA0002434664370000211
[vi(tf),ai(tf),φi(tf),ωi(tf)]＝[vcommon,0,0,0],i∈{1,...,NV}；
Figure BDA0002434664370000212
Figure BDA0002434664370000213
Figure BDA0002434664370000214
Figure BDA0002434664370000215
θi(tf)＝θi(0)+π/2,i∈A1∪B1∪C1∪D1；
θi(tf)＝θi(0),i∈A2∪B2∪C2∪D2；
θi(tf)＝θi(0)-π/2,i∈A3∪B3∪C3∪D3.
其中，tf为各个车辆通过路口区域的终止时刻，第三方程能够鼓励本应能够提早达成终止时刻约束的诸多车辆继续前进。
作为一个示例，基于第一方程、第二方程和第三方程，确定关于车辆通行状态的损失函数，第三方程可以是J＝w1·J通行效率+w2·J舒适+w3·J安全,其中w1,w2,w3＞0均为权重系数。
步骤203，基于规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
在本实施例中，执行主体基于步骤202规划的轨迹信息，可将用于表明规划的轨迹信息的驱动指令信号发送至各个车辆的通讯装置上，各个车辆的处理器根据通讯装置接收的驱动指令信号控制车辆行驶。
本公开的实施例提供的无信号灯路口实现车路协同的方法，基于道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及各个车辆通行动作类别建立的用于规划车辆行驶轨迹的模型，可以使模型输出的各个车辆的规划轨迹更加精确，各个车辆之间的行进轨迹更加灵活协调，从而避免了各个车辆在路口区域造成的拥堵，能够大幅度提升路口通行效率。
在本实施例的一些可选实现方式中，在无信号灯路口实现车路协同的方法应用于车路协同管理系统，车路协同管理系统被配置成：采用感知设备和通讯设备获取距路口预设距离内各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数；基于获取的各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数，执行如上任意一项的在无信号灯路口实现车路协同的方法，直至该车辆驶出路口预定距离为止。
在本实现方式中，智能网联车辆被接管后，车路协同管理系统触发多车协同轨迹规划任务，该任务由系统的规划模块完成，从而实现在无信号灯路口实现车路协同的方法。规划模块将当前在路口范围内的所有智能网联车辆的运动行为进行重新规划，随后通过系统的通讯模块下发到各智能网联车辆予以执行。在有智能网联车辆驶离路口接管范围后，可以将该车辆从系统管控列表中清除。由此，车路协同管理系统所能实现的多车协同轨迹规划任务能够提升各智能网联车辆的通行效率。
继续参考图8，图8是根据本实施例的在无信号灯路口实现车路协同的方法中的确定障碍物坐标的一个实施例流程800。该确定障碍物坐标的方法的流程包括以下步骤：
步骤801，基于障碍物的尺寸信息以及障碍物在道路上的位置信息，将障碍物以正方形的形式映射至平面坐标系中；
在本实施例中，可基于障碍物的尺寸信息以及障碍物在道路上的位置信息将不规则障碍物以凸多边形的形式映射至平面坐标系中，得到凸多边形的各个顶点坐标，但是为了使建立的模型更加简化，可将路口区域的场景中的障碍物设置为正方形，或者根据障碍物的尺寸信息以及障碍物的位置信息，利用数学几何运算，将凸多边形障碍物映射为能够包含该凸多边形的最小正方形至平面坐标系中。
步骤802，以正方形的多个内切圆替换正方形，其中每个内切圆均与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切。
在本实施例中，在建立用于规划车辆行驶轨迹的模型时，为了将模型中的碰撞躲避约束由非凸约束转化为凸约束，可以用正方形的多个内切圆替换正方形，也可以用其他可将用于规划车辆行驶轨迹的模型中的非凸约束转化为凸约束的形状替换上述正方形，在用多个内切圆替换正方形时，每个内切圆均与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切。
在本实施例的一些可选的实现方式中，将以正方形边长为直径，以正方形的中心为圆心的圆作为所述正方形的最大内切圆；将与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切的多个圆形作为正方形的多个小内切圆，并所述多个小内切圆的半径与最大内切圆的半径成等比衰减数列。
作为一个示例，参考图9，图9示出了将障碍物以多个内切圆形式表示的应用场景图，确定正方形障碍物的最大内切圆的半径，而后以等比衰减数列的公比为0.5，作出正方形障碍物的多个内切圆，得到以多个内切圆形式表示的障碍物。
在本实施例中，将障碍物最终以多个内切圆的形式表示，可以将用于规划车辆行驶轨迹的模型中的碰撞躲避约束由非凸约束转化为凸约束，从而可简化模型的复杂度，进而降低模型求解难度，最终使得到的各个车辆的规划轨迹更加精确，提高各个车辆在路口区域的通行效率。
继续参考图10，图10是根据本实施例的在无信号灯路口实现车路协同的方法中的确定各个车辆坐标的一个实施例流程1000。该确定各个车辆坐标的方法的流程包括以下步骤：
步骤1001，基于各个车辆的尺寸信息和车辆在道路上的位置信息，将各个车辆以矩形的形式映射至平面坐标系中；
在本实施例中，可以根据车辆的尺寸信息和位置信息，将车辆以矩形的形式映射至平面坐标系中，也可根据未来汽车的形状和尺寸将汽车以可覆盖其本身的矩形形式映射至平面坐标系中。
步骤1002，以矩形的对称双外接圆替换矩形，得到矩形的对称双外接圆在平面坐标系中的圆心的坐标和半径，其中对称双外接圆为能够包含矩形的最小对称双外接圆。
在本实施例中，在建立用于规划车辆行驶轨迹的模型时，为了将模型中的碰撞躲避约束由非凸约束转化为凸约束，可以用对称双外接圆替换矩形，也可以用其他可将用于规划车辆行驶轨迹的模型中的非凸约束转化为凸约束的形状替换上述矩形，对称双外接圆可以为能够包含矩形的最小对称双外接圆。
参考图11，图11示出了将车辆以对称双接圆形式表示的应用场景图，对于车辆i的轮廓AiBiCiDi，可采用以点(xri,yri)及(xfi,yfi)为圆心、Ri为半径的圆形覆盖，由此可建立i车与j车在时刻t的躲避碰撞约束条件，即第二躲避碰撞约束条件可为：
Figure BDA0002434664370000241
将各个矩形车辆简化为对称双外接圆的形式，将正方形障碍物简化为多个内切圆的形式，最终也可简化各个车辆和障碍物之间躲避碰撞的第一躲避碰撞约束条件，在此不再赘述。
在本实施例中，将车辆最终以对称双外接圆的形式表示，可以将用于规划车辆行驶轨迹的模型中的碰撞躲避约束转化为凸约束，从而可简化模型的复杂度，进而降低模型求解难度，最终使得到的各个车辆的规划轨迹更加精确，提高各个车辆在路口区域的通行效率。
此外，本公开还提供了一种在无信号灯路口实现车路协同的方法的一个实施例，该方法实施例包括：
首先获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数。
其中，获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：以平面坐标系中十字路口的中心点为坐标原点，获取与十字路口相邻的四个街区的坐标；每个街区包括：一个最大圆、与所述最大圆的外切正方形邻近所述原点的两条边相内切的多个小圆，所述最大圆的外切正方形的边平行于所述平面坐标系的坐标轴，所述多个小圆的半径与最大圆的半径成等比衰减数列。
之后，将所述用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，所述用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数。
最后，基于所述规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
本领域技术人员应当理解，该方法实施例与图2所示的方法实施例相对应，与图2所示的方法实施例不同的是，该方法实施例进一步确定了一种基于未来街区的系列圆形式的障碍物(类似于图9中所示的内切圆形式的障碍物)，这种障碍物使得用于规划车辆行驶轨迹的模型中的碰撞躲避约束为凸约束，从而可简化模型的复杂度，进而降低模型求解难度，最终使得到的各个车辆的规划轨迹更加精确，提高各个车辆在路口区域的通行效率。
进一步参考图12，作为对上述各图所示方法的实现，本公开提供了一种在无信号灯路口实现车路协同的装置的一个实施例，该装置实施例与图2所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。
如图12所示，本实施例的在无信号灯路口实现车路协同的装置1200包括：获取单元1201、规划单元1202、驱动单元1203和生成单元1204。其中，获取单元1201配置用于将平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标、各个车辆通行动作类别以及各个车辆运动状态参数输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到轨迹规划信息；其中，用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；驱动单元1203配置用于基于轨迹规划信息，驱动各个车辆行驶。
在本实施例一些可选的实现方式中，获取单元和规划单元中各个车辆的通行动作类别包括：各个车辆行驶至任意目标车道上所需的左转弯动作、前行动作或右转弯动作中的一种。
在本实施例一些可选的实现方式中，获取单元中获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：基于障碍物的尺寸信息以及障碍物在道路上的位置信息，将障碍物以正方形的形式映射至平面坐标系中，并以正方形的多个内切圆替换正方形障碍物，其中每个内切圆均与所述正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切。
在本实施例一些可选的实现方式中，获取单元中获取平面坐标系中的各个车辆的坐标，包括：基于各个车辆的尺寸信息，将各个车辆以矩形的形式映射至平面坐标系中，并以矩形的对称双外接圆替换矩形，得到矩形的对称双外接圆在平面坐标系中的圆心的坐标和半径，其中对称双外接圆为能够包含矩形的最小对称双外接圆。
在本实施例一些可选的实现方式中，获取单元中以多个内切圆的形式替换正方形障碍物得到多个内切圆在平面坐标系中的圆心和半径，包括：将以正方形边长为直径，以正方形的中心为圆心的圆作为所述正方形的最大内切圆；将与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切的多个圆形作为正方形的多个小内切圆，且多个小内切圆的半径与最大内切圆的半径成等比衰减数列。
在本实施例一些可选的实现方式中，规划单元中基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件由以下子单元确定：第一躲避碰撞约束条件确定子单元，基于道路区域宽度信息、障碍物的坐标以及车辆的坐标，确定每个车辆在任一通行动作类别下不与障碍物在任一时刻t发生碰撞的第一躲避碰撞约束条件；可通行区域确定子单元，基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域；第二躲避碰撞约束条件确定子单元，基于车辆的坐标，确定在可通行区域内同一通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞以及不同通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞的第二躲避碰撞约束条件。
在本实施例一些可选的实现方式中，可通行区域确定子单元中基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域，包括：基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，响应于车辆的通行动作类别为左转弯动作，确定该车辆在左转弯动作的可通行区域包括对向道路区域；和/或基于第一躲避碰撞约束条件和道路区域宽度信息，将平面坐标系中道路区域的路口区域作为供每个车辆自由灵活行驶的可通行区域。
在本实施例一些可选的实现方式中，规划单元中基于车辆运动状态参数和车辆坐标确定损失函数由以下子单元确定：第一方程确定子单元，基于车辆运动状态的参数，确定关于车辆运动状态参数变化的第一方程；第二方程确定子单元，基于车辆的坐标，确定关于任两个车辆之间距离的第二方程；第三方程确定子单元，基于车辆的坐标，确定各个车辆至平面坐标系X轴和Y轴距离的第三方程；基于第一方程、第二方程和第三方程，确定关于车辆通行状态的损失函数。
在本实施例一些可选的实现方式中，在无信号灯路口实现车路协同的装置应用于车路协同管理系统，车路协同管理系统被配置成：采用感知设备和通讯设备获取距路口预设距离内各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数；基于获取的各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数，执行如上任意一项的在无信号灯路口实现车路协同的方法，直至该车辆驶出路口预定距离为止。
此外，本公开还提供了一种在无信号灯路口实现车路协同的装置的一个实施例，该装置实施例包括(图中未示出)：信息单元，被配置成获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；其中，获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：以平面坐标系中十字路口的中心点为坐标原点，获取与十字路口相邻的四个街区的坐标；每个街区包括：一个最大圆、与所述最大圆的外切正方形邻近所述原点的两条边相内切的多个小圆，所述最大圆的外切正方形的边平行于所述平面坐标系的坐标轴，所述多个小圆的半径与最大圆的半径成等比衰减数列；轨迹单元，被配置成将所述用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，所述用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；动作单元，被配置成基于所述规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
下面参考图13，其示出了适于用来实现本公开的实施例的电子设备(例如图1中的服务器)1300的结构示意图。图13示出的务器仅仅是一个示例，不应对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图13所示，电子设备1300可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)1301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1302中的程序或者从存储装置1308加载到随机访问存储器(RAM)1303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 1003中，还存储有电子设备1300操作所需的各种程序和数据。处理装置1301、ROM 1302以及RAM 1303通过总线1304彼此相连。输入/输出(I/O)接口1305也连接至总线1304。
通常，以下装置可以连接至I/O接口1305：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置1306；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置1307；包括例如磁带、硬盘等的存储装置1308；以及通信装置1309。通信装置1309可以允许电子设备1300与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图13示出了具有各种装置的电子设备1300，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图13中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置1309从网络上被下载和安装，或者从存储装置1308被安装，或者从ROM 1302被安装。在该计算机程序被处理装置1301执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述服务器所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该服务器中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；将用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；基于规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开的实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种在无信号灯路口实现车路协同的方法，包括：
获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数，其中，所述障碍物的坐标是多个内切圆在平面坐标系中的反映，所述多个内切圆是用于将所述障碍物映射至平面坐标系的正方形的内切圆，所述多个内切圆包括：与所述正方形中靠近所述平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切的多个圆形；
将所述用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，所述用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；
基于所述规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
2.根据权利要求1所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，其中，所述各个车辆的通行动作类别包括：
各个车辆行驶至任意目标车道上所需的左转弯动作、直行动作或右转弯动作中的一种。
3.根据权利要求1所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，其中，获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：
基于障碍物的尺寸信息以及障碍物在道路上的位置信息，将障碍物以正方形的形式映射至平面坐标系中；
以所述正方形的多个内切圆替换所述正方形，其中每个内切圆均与所述正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切。
4.根据权利要求1所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，其中，获取平面坐标系中的各个车辆的坐标，包括：
基于各个车辆的尺寸信息和车辆在道路上的位置信息，将各个车辆以矩形的形式映射至平面坐标系中；
以所述矩形的对称双外接圆替换所述矩形，得到所述矩形的对称双外接圆在平面坐标系中的圆心的坐标和半径，其中所述对称双外接圆为能够包含所述矩形的最小对称双外接圆。
5.根据权利要求3所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，其中，所述以所述正方形的多个内切圆替换所述正方形，包括：
将以所述正方形的边长为直径，以所述正方形的中心为圆心的圆作为所述正方形的最大内切圆；
将与正方形中靠近平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切的多个圆形作为正方形的多个小内切圆，且所述多个小内切圆的半径与最大内切圆的半径成等比衰减数列。
6.根据权利要求1所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，其中，所述基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，包括：
基于道路区域宽度信息、障碍物的坐标以及各个车辆的坐标，确定每个车辆在任一通行动作类别下不与所述障碍物在任一时刻t发生碰撞的第一躲避碰撞约束条件；
基于所述第一躲避碰撞约束条件和所述道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域；
基于各个车辆的坐标，确定在所述可通行区域内同一通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞以及不同通行动作类别下的任意两个车辆不发生碰撞的第二躲避碰撞约束条件。
7.根据权利要求6所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，其中，所述基于所述第一躲避碰撞约束条件和所述道路区域宽度信息，确定每个车辆在任一通行动作类别的可通行区域，包括：
基于所述第一躲避碰撞约束条件和所述道路区域宽度信息，响应于所述车辆的通行动作类别为左转弯动作，确定该车辆在左转弯动作的可通行区域包括对向道路区域；和/或
基于所述第一躲避碰撞约束条件和所述道路区域宽度信息，将平面坐标系中道路区域的路口区域作为供每个车辆自由灵活行驶的可通行区域。
8.根据权利要求1所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，其中，基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数，包括：
基于各个车辆运动状态的参数，确定关于各个车辆运动状态参数变化的第一方程；
基于各个车辆的坐标，确定关于任两个车辆之间距离的第二方程；
基于各个车辆的坐标，确定关于各个车辆至平面坐标系X轴和Y轴距离的第三方程；
基于所述第一方程、第二方程和第三方程，确定损失函数。
9.根据权利要求1所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，其中，所述在无信号灯路口实现车路协同的方法应用于车路协同管理系统，所述车路协同管理系统被配置成：
采用感知设备和通讯设备获取距路口预设距离内各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数；
基于获取的各个智能网联车辆的坐标、通行动作类别以及运动状态参数，执行如权利要求1-8任意一项所述的在无信号灯路口实现车路协同的方法，直至该车辆驶出路口预定距离为止。
10.一种在无信号灯路口实现车路协同的方法，包括：
获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；
其中，获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：以平面坐标系中十字路口的中心点为坐标原点，获取与十字路口相邻的四个街区的坐标；每个街区包括：一个最大圆、与所述最大圆的外切正方形邻近所述原点的两条边相内切的多个小圆，所述最大圆的外切正方形的边平行于所述平面坐标系的坐标轴，所述多个小圆的半径与最大圆的半径成等比衰减数列；
将所述用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，所述用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；
基于所述规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
11.一种在无信号灯路口实现车路协同的装置，包括：
获取单元，被配置成获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数，其中，所述障碍物的坐标是多个内切圆在平面坐标系中的反映，所述多个内切圆是用于将所述障碍物映射至平面坐标系的正方形的内切圆，所述多个内切圆包括：与所述正方形中靠近所述平面坐标系原点的内角所相邻的两条边相切的多个圆形；
规划单元，被配置成将所述平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标、各个车辆通行动作类别以及各个车辆运动状态参数输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到轨迹规划信息；其中，所述用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；
驱动单元，被配置成基于所述轨迹规划信息，驱动各个车辆行驶。
12.一种在无信号灯路口实现车路协同的装置，包括：
信息单元，被配置成获取用于轨迹规划的信息，包括：获取平面坐标系中的道路区域宽度信息、障碍物的坐标和各个车辆的坐标，获取各个车辆通行动作类别，以及获取各个车辆运动状态参数；
其中，获取平面坐标系中的障碍物的坐标包括：以平面坐标系中十字路口的中心点为坐标原点，获取与十字路口相邻的四个街区的坐标；每个街区包括：一个最大圆、与所述最大圆的外切正方形邻近所述原点的两条边相内切的多个小圆，所述最大圆的外切正方形的边平行于所述平面坐标系的坐标轴，所述多个小圆的半径与最大圆的半径成等比衰减数列；
轨迹单元，被配置成将所述用于轨迹规划的信息输入用于规划车辆行驶轨迹的模型，得到规划的轨迹信息；其中，所述用于规划车辆行驶轨迹的模型基于平面坐标系中道路区域宽度信息、障碍物的坐标、各个车辆的坐标以及通行动作类别，确定躲避碰撞的约束条件，并且基于各个车辆运动状态参数和各个车辆坐标确定损失函数；
动作单元，被配置成基于所述规划的轨迹信息，驱动各个车辆行驶。
13.一种服务器，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，其上存储有一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-10中任一所述的方法。
14.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-10中任一所述的方法。
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