CN112629541A - 一种汽车导航路径规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种汽车导航路径规划方法，包括：三维地图构建部分，收集室内环境的地磁指纹信息，建立地磁指纹坐标系，生成包含有室内环境中各楼层导航地图的三维地磁指纹地图，并标记出可用上下楼通道的坐标点；车辆实时导航部分，车辆驶入室内环境后获取车辆所在位置的地磁数据，并获取车辆所在位置在地磁指纹坐标系内的坐标，随后结合目标点在地磁指纹坐标系内的坐标规划出车辆的行驶路线。相较于单纯增加硬件设备来提升导航准确性的业内常规操作，本发明更注重于对方法逻辑的应用，方案实现成本较低，使用效果优异，应用范围广泛。

Description

一种汽车导航路径规划方法
技术领域
本发明为一种车辆路径的规划方法，具体涉及一种基于地磁信息的、针对室内环境的汽车导航路径规划方法，属于智能导航技术领域。
背景技术
路径规划是运动规划的主要研究内容之一，其主要由路径规划和轨迹规划组成，连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径，构成路径的策略称之为路径规划。近年来，伴随着我国汽车行业的蓬勃发展，各类适用于车辆的路径规划技术开始不断涌现并得到普及。
以车辆在室内环境（如室内停车场、地下车库等）中的导航为例，目前，此类针对车辆的导航主要是通过激光SLAM、视觉VSLAM、IMU惯导等技术的单独或组合使用，这类技术虽然可以在理想状态下实现针对车辆的路径规划、导航及区域限定等功能，但是在实际的应用场景中，特别是涉及到当车辆处在多层建筑物等复杂室内环境中时，此类技术的使用效果就会大打折扣。针对以上技术现状，业内研究者开始尝试使用各种技术来实现车辆在室内空间中绝对位置的定位。
地磁是一种地球自带的属性，理论上来说，只要携带有地磁传感器，就可以在任意一点获取到所对应的地磁数据，且不会增加额外的设备和费用。通过有效的算法，地磁定位可以将精度控制在1m范围，因此可以有效地实现在室内环境下对目标绝对位置的定位。综上所述，如果能够在现有技术的基础上，结合地磁信息，设计出一种全新的、针对室内环境的汽车导航路径规划方法，那么势必可以为推动整个智能导航技术领域的发展。
发明内容
鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种基于地磁信息的、针对室内环境的汽车导航路径规划方法，具体方案如下。
一种汽车导航路径规划方法，由三维地图构建部分与车辆实时导航部分构成，其中，
所述三维地图构建部分包括，收集室内环境中各位置的地磁指纹信息，针对室内环境，生成包含有室内环境中各楼层所对应的平面导航地图的三维地磁指纹地图，并标记出可用的上下楼通道的坐标点；
所述车辆实时导航部分包括，车辆驶入室内环境后获取车辆所在位置的地磁指纹信息，借助三维地磁指纹地图获取车辆所在位置的三维坐标，随后结合目标点的三维坐标规划出车辆在三维地磁指纹地图内的行驶路线。
优选地，所述三维地图构建部分包括如下步骤：
S11、绘制室内环境中各楼层的平面导航地图；
S12、收集室内环境中各位置的地磁指纹信息、使室内环境中的三维坐标点与所述地磁指纹信息相对应，建立三维地磁指纹地图，所述三维指纹地图内包含有S11中所绘制的全部所述平面导航地图，每张所述平面导航地图均与室内环境中的一楼层匹配对应；
S13、在每张所述平面导航地图上标记该楼层中可用的上下楼通道的三维坐标、用多楼层作路径规划中的垂直路径点。
优选地，所述三维地磁指纹地图可将地磁指纹信息转换为室内环境中的三维坐标（X，Y，Z），其中（X，Y）表示某一平面内的二维坐标，Z表示该平面对应的室内环境中的楼层。
优选地，所述车辆实时导航部分包括如下步骤：
S21、待车辆驶入室内环境后，获取车辆所在位置的地磁指纹信息，依据车辆所在位置的地磁指纹信息、结合所述三维地磁指纹地图，确定车辆在室内环境中的三维坐标（X1，Y1，Z1），其中，Z1表示车辆在室内环境中的楼层；
S22、在所述三维地磁指纹地图中输入目标点在室内环境中的三维坐标（X2，Y2，Z2），其中，Z2表示目标点在室内环境中的楼层；
S23、判断Z1与Z2是否相同，若相同则直接调用对应楼层的平面导航地图完成同楼层内路径规划，若不同则进行多楼层路径规划。
优选地，S23中所述多楼层路径规划包括如下步骤：
S231、在所述三维地磁指纹地图中寻找到距离车辆最近的垂直路径点（X3，Y3，Z3）；
S232、调用车辆所在楼层的平面导航地图完成车辆至所述垂直路径点（X3，Y3，Z3）之间的同楼层内路径规划；
S233、通过垂直路径、在所述三维地磁指纹地图中寻找到目标点所在楼层的垂直路径点（X4，Y4，Z4）；
S234、调用目标点所在楼层的平面导航地图完成所述垂直路径点（X4，Y4，Z4）至目标点之间的同楼层内路径规划，并最终完成由车辆至目标点之间的路径规划。
与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：
本发明所提出的一种汽车导航路径规划方法，利用地磁信息来确定车辆在室内地图中的三维坐标，依据车辆的垂直坐标确认车辆在多层建筑物等复杂室内环境中所处的楼层，并随即依据楼层自动切换对应导航地图。借助三维坐标系，车辆也可以及时获取可用的上下楼通道的坐标点，并通过上下楼通道间的连通，完成复杂室内环境中的地图拼接和路径规划，进而实现了对车辆的导航指引。
相较于单纯增加硬件设备来提升导航准确性的业内常规操作，本发明的方法更注重于对方法逻辑的应用，整个方案的实现成本较低，使用效果优异，可适用于各类复杂的室内环境、应用范围广泛。
此外，本发明还为其他路径规划方案的设计和应用开拓了一种全新的思路，为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸和深入研究，具有很高的借鉴意义。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为本发明中三维地图构建部分的流程示意图；
图2为本发明中车辆实时导航部分的流程示意图。
具体实施方式
本发明揭示了一种基于地磁信息的、针对室内环境的汽车导航路径规划方法，具体方案如下。
一种汽车导航路径规划方法，方法主要由三维地图构建部分与车辆实时导航部分构成，其中：
所述三维地图构建部分包括，收集室内环境中各位置的地磁指纹信息，针对室内环境，生成包含有室内环境中各楼层所对应的平面导航地图的三维地磁指纹地图，并标记出可用的上下楼通道的坐标点；
所述车辆实时导航部分包括，车辆驶入室内环境后获取车辆所在位置的地磁指纹信息，借助三维地磁指纹地图获取车辆所在位置的三维坐标，随后结合目标点的三维坐标规划出车辆在三维地磁指纹地图内的行驶路线。
如图1所示，所述三维地图构建部分包括如下步骤：
S11、绘制室内环境中各楼层的平面导航地图。
S12、收集室内环境中各位置的地磁指纹信息、使室内环境中的三维坐标点与所述地磁指纹信息相对应，建立三维地磁指纹地图，所述三维指纹地图内包含有S11中所绘制的全部所述平面导航地图，每张所述平面导航地图均与室内环境中的一楼层匹配对应。
此处所述三维地磁指纹地图可将地磁指纹信息转换为室内环境中的三维坐标（X，Y，Z），其中（X，Y）表示某一平面内的二维坐标，Z表示该平面对应的室内环境中的楼层。
S13、在每张所述平面导航地图上标记该楼层中可用的上下楼通道的三维坐标、用多楼层作路径规划中的垂直路径点。
如图2所示，所述车辆实时导航部分包括如下步骤：
S21、待车辆驶入室内环境后，获取车辆所在位置的地磁指纹信息，依据车辆所在位置的地磁指纹信息、结合所述三维地磁指纹地图，确定车辆在室内环境中的三维坐标（X1，Y1，Z1），其中，Z1表示车辆在室内环境中的楼层，即当Z1=Z时，则表示车辆此时位于Z楼。而当Z1出现变化时，整个后续步骤会依据Z1的实时变化调用对应楼层的平面导航地图、用于完成后续路径规划操作。
S22、在所述三维地磁指纹地图中输入目标点在室内环境中的三维坐标（X2，Y2，Z2），其中，Z2表示目标点在室内环境中的楼层。
S23、判断Z1与Z2是否相同，若相同则直接调用对应楼层的平面导航地图完成同楼层内路径规划，若不同则进行多楼层路径规划。
此处所述多楼层路径规划进一步包括如下步骤：
S231、在所述三维地磁指纹地图中寻找到距离车辆最近的垂直路径点（X3，Y3，Z3）。
S232、调用车辆所在楼层的平面导航地图完成车辆至所述垂直路径点（X3，Y3，Z3）之间的同楼层内路径规划。
S233、通过垂直路径、在所述三维地磁指纹地图中寻找到目标点所在楼层的垂直路径点（X4，Y4，Z4）。
S234、调用目标点所在楼层的平面导航地图完成所述垂直路径点（X4，Y4，Z4）至目标点之间的同楼层内路径规划，并最终完成由车辆至目标点之间的路径规划。
可以说，本发明中对于三维地磁指纹地图的建立和应用，保证了车辆在室内环境中可以准确获取三维坐标，而保证了车辆可以通过地磁指纹信息确认所处的楼层，从而自动切换导航地图，有效进行多楼层导航运动。由于初始的地磁地图带有楼层信息，并标记了对应垂直路径点，所以可以有效地完成楼层间的路径规划和导航。
下面以车辆在一个5层的商场中的行驶为例对上述方案进行说明。
1、首先通过采集每个楼层平面上的地磁指纹信息，建立三维地磁指纹地图，室内环境中的三维坐标（X，Y，Z）中带有楼层信息Z，Z为1~5，对应一层到五层。
2、标记垂直路径点（如上下楼通道）的三维坐标坐标（Xd1，Yd1，Zd1）……（Xdn，Ydn，Zdn）。
3、车辆在某一层行驶，通过地磁感应器获取自身所在位置的地磁指纹信息，通过对应算法比对将地磁指纹信息转换为车辆在室内环境中的三维坐标（Xr，Yr，Zr），其中（Xr，Yr）代表汽车在Zr层到平面坐标。
4、设置目标点在室内环境中的三维坐标（Xo，Yo，Zo）。
5、对Zr=Zo进行判断，若Zr等于Zo则表示目标点和汽车在同一楼层，则进行同楼层内路径规划；若Zr不等于Zo，则表示目标点和汽车不在同一楼层，则进行多楼层路径规划。
6、在进行多楼层路径规划时，首先确定与汽车在同一楼层且离汽车最近的上下楼路径点（Xdn,Ydn,Zdn），使用同楼层路径规划方案规划汽车到该上下楼路径点的行驶路径；通过上下楼路径点（Xdn,Ydn,Zdn）完成到与目标点同楼层的上下楼路径点（Xdm,Ydm,Zdm）的垂直路径；使用同楼层路径规划方案规划上下楼路径点（Xdn,Ydn,Zdn）到目标点（Xo，Yo，Zo）的行驶路径；最后将路径相结合，生成由车辆至目标点的完整的多楼层的规划路径。
综上所述，本发明所提出的一种汽车导航路径规划方法，利用地磁信息来确定车辆在室内地图中的三维坐标，依据车辆的垂直坐标确认车辆在多层建筑物等复杂室内环境中所处的楼层，并随即依据楼层自动切换对应导航地图。借助三维坐标系，车辆也可以及时获取可用的上下楼通道的坐标点，并通过上下楼通道间的连通，完成复杂室内环境中的地图拼接和路径规划，进而实现了对车辆的导航指引。
相较于单纯增加硬件设备来提升导航准确性的业内常规操作，本发明的方法更注重于对方法逻辑的应用，整个方案的实现成本较低，使用效果优异，可适用于各类复杂的室内环境、应用范围广泛。
此外，本发明还为其他路径规划方案的设计和应用开拓了一种全新的思路，为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸和深入研究，具有很高的借鉴意义。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
最后，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种汽车导航路径规划方法，其特征在于，由三维地图构建部分与车辆实时导航部分构成，其中，
所述三维地图构建部分包括，收集室内环境中各位置的地磁指纹信息，针对室内环境，生成包含有室内环境中各楼层所对应的平面导航地图的三维地磁指纹地图，并标记出可用的上下楼通道的坐标点；
所述车辆实时导航部分包括，车辆驶入室内环境后获取车辆所在位置的地磁指纹信息，借助三维地磁指纹地图获取车辆所在位置的三维坐标，随后结合目标点的三维坐标规划出车辆在三维地磁指纹地图内的行驶路线。
2.根据权利要求1所述的一种汽车导航路径规划方法，其特征在于，所述三维地图构建部分包括如下步骤：
S11、绘制室内环境中各楼层的平面导航地图；
S12、收集室内环境中各位置的地磁指纹信息、使室内环境中的三维坐标点与所述地磁指纹信息相对应，建立三维地磁指纹地图，所述三维指纹地图内包含有S11中所绘制的全部所述平面导航地图，每张所述平面导航地图均与室内环境中的一楼层匹配对应；
S13、在每张所述平面导航地图上标记该楼层中可用的上下楼通道的三维坐标、用多楼层作路径规划中的垂直路径点。
3.根据权利要求2所述的一种汽车导航路径规划方法，其特征在于：所述三维地磁指纹地图可将地磁指纹信息转换为室内环境中的三维坐标（X，Y，Z），其中（X，Y）表示某一平面内的二维坐标，Z表示该平面对应的室内环境中的楼层。
4.根据权利要求3所述的一种汽车导航路径规划方法，其特征在于，所述车辆实时导航部分包括如下步骤：
S21、待车辆驶入室内环境后，获取车辆所在位置的地磁指纹信息，依据车辆所在位置的地磁指纹信息、结合所述三维地磁指纹地图，确定车辆在室内环境中的三维坐标（X1，Y1，Z1），其中，Z1表示车辆在室内环境中的楼层；
S22、在所述三维地磁指纹地图中输入目标点在室内环境中的三维坐标（X2，Y2，Z2），其中，Z2表示目标点在室内环境中的楼层；
S23、判断Z1与Z2是否相同，若相同则直接调用对应楼层的平面导航地图完成同楼层内路径规划，若不同则进行多楼层路径规划。
5.根据权利要求4所述的一种汽车导航路径规划方法，其特征在于，S23中所述多楼层路径规划包括如下步骤：
S231、在所述三维地磁指纹地图中寻找到距离车辆最近的垂直路径点（X3，Y3，Z3）；
S232、调用车辆所在楼层的平面导航地图完成车辆至所述垂直路径点（X3，Y3，Z3）之间的同楼层内路径规划；
S233、通过垂直路径、在所述三维地磁指纹地图中寻找到目标点所在楼层的垂直路径点（X4，Y4，Z4）；
S234、调用目标点所在楼层的平面导航地图完成所述垂直路径点（X4，Y4，Z4）至目标点之间的同楼层内路径规划，并最终完成由车辆至目标点之间的路径规划。
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