CN113811832B - 自主载具路线的实时优化 - Google Patents

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Abstract

提供了用以改进自主载具通过高度拥挤区域的路线选择的技术。在一些实施例中，包括定时空间预留的序列的路线由路线预留系统提供给自主载具。在一些实施例中，路线预留系统检测路线改变状态(包括但不限于自主载具到达等待区域)，确定针对通过高度拥堵区域的自主载具的新路线，并将新路线发送给自主载具，以用于从等待区域导航到终点。

Description

自主载具路线的实时优化
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年5月10日提交的美国申请第16/409，563号的权益，该申请通过引用整体结合于此。
技术领域
本申请涉及自主载具路线的实时优化。
背景技术
自主载具，包括但不限于诸如无人机(UAV)的飞行器，正越来越频繁地用于各种任务。例如，自主载具通常用于完成与物流相关的任务，诸如将包裹从集中式仓库递送到各个目的地，或者重新安排仓库中的库存物品。
发明内容
提供本概述以便用简化的形式介绍下面在详细描述中进一步描述的一系列构思。本概述不旨在识别所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一些实施例中，提供了一种非暂时性计算机可读介质。该计算机可读介质上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于由一个或多个计算设备的一个或多个处理器执行，使得计算设备执行用于更新自主载具的预留路线的动作。动作包括:规划新路线以替换预留路线；将新路线发送给自主载具；和响应于从自主载具接收到新路线被接受的确认，删除与预留路线相关联的一个或多个定时空间预留。
在一些实施例中，提供了一种自主载具。自主载具包括：通信接口、一个或多个推进设备、一个或多个处理器和计算机可读介质。该计算机可读介质上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于由所述一个或多个处理器执行，使得自主载具执行动作，动作包括：操作推进设备以使自主载具穿越(traverse)预留路线；和当穿越预留路线时：经由通信接口接收更新的路线；分析更新的路线以确定更新的路线是否可接受；和响应于确定更新的路线是可接受的：经由通信接口发送对更新的路线的确认；和操作推进设备以使自主载具穿越更新的路线而不是预留路线。
附图说明
本发明的前述方面和许多伴随的优点将变得更容易理解，因为它们通过参考在结合附图时进行的以下详细描述而变得更好理解，其中：
图1A至图1B示出了根据本公开的各个方面的自主载具导航由集中式控制器分配的路线的非限制性示例实施例；
图2示出了其中预计载具行进通过高交通流瓶颈的示例实施例；
图3是示出根据本公开的各个方面的与路线预留系统的非限制性示例实施例和自主载具的非限制性示例实施例相关联的组件的框图；
图4A至图4B是示出根据本公开的各个方面优化自主载具的路线的方法的非限制性示例实施例的流程图；
图5A至图5C示出了根据本公开的各个方面的具有绕行和绕行移除的路线的示例实施例；
图6示出了根据本公开的各个方面的定时空间预留的新序列如何与现有的定时空间预留冲突的示例；以及
图7A至图7B是示出根据本公开的各个方面的用于自主载具导航优化的路线的方法的非限制性示例实施例的流程图。
具体实施方式
自主载具，包括但不限于诸如无人机(UAV)的飞行器，正越来越频繁地用于各种任务。例如，自主载具通常用于完成与物流相关的任务，诸如将包裹从集中式仓库递送到各个目的地，或者重新安排仓库中的库存物品。因为不能假设自主载具和集中式控制器之间可靠的高带宽通信的可用性(特别是当在集中式控制器的视线之外操作时)，所以路线和其他任务会在自主载具出发之前从集中式控制器发送到自主载具，并且自主载具然后可以自主地导航所分配的路线。
虽然自主载具使用各种机载传感器进行导航，但是载具(特别是飞行器)可能不包括将允许载具在导航时彼此避开的传感器或对等通信。为了增加安全性，集中式控制器可以为自主载具分配路线，使得预计在任何时间点没有两个载具处于彼此的预定安全半径内。
图1A至图1B示出了根据本公开的各个方面的自主载具导航由集中式控制器分配的路线的非限制性示例实施例。如图所示，该路线包括定时空间预留106、108、110、112的序列。每个定时空间预留是由一面积(二维)或容积(volume)(三维)的集中式控制器在预计载具102经过该面积或容积的给定时间段内跟踪的预留。集中式控制器存储定时空间预留以用于规划要分配给载具的路线，并且集中式控制器基于定时空间预留确保预计在相同时间没有两个载具在相同空间内。定时空间预留的尺寸被设计成容纳载具102和载具102周围的安全边限(margin)104两者。载具102可能不知道预留，并且可以仅被提供有通过预留空间的要自主导航的路径。
如图1A所示，当前时间是13:15:27，并且载具102在第一定时空间预留106内。当导航该路径时，载具102接下来将进入与第二定时空间预留108相关联的空间。第二定时空间预留108从13:15:00到13:17:15被预留，并且预计载具102在该时间期间经过与第二定时空间预留108相关联的空间。载具102然后将经过与从13:16:30到13:19:30预留的第三定时空间预留110相关联的空间，并且然后经过与从13:18:15到13:21:45预留的第四定时空间预留112相关联的空间。将注意到，随着序列的进行，为每个定时空间预留预留的时间段会增长。这样做是为了适应每个定时空间预留的经过时间中累积的不确定性。针对其预留定时空间预留的所示时间段是非限制性示例，并且在各种实施例中，在每个定时空间预留中预留的时间量以及时间段在定时空间预留的序列上的增加量可以不同于所示的那些。
在一些实施例中，定时空间预留的整个序列可以由集中式控制器保留，直到载具102已经完成整个路线。然而，维持针对整个路径的预留可能过于限制，因为可以假设，在定时空间预留的结束时间已经到期之后，载具102不再处于相关联的空间内，并且因此可以针对另一路线重新使用相关联的空间。图1B示出了在载具102导航路线时由集中式控制器执行的清理(cleanup)。在图1B中，当前时间是13:18:21，并且集中式控制器假设载具102处于与第三定时空间预留110相关联的空间内。因此，集中式控制器已经删除了第一定时空间预留106和第二定时空间预留108，这两个预留都不代表预计载具102未来出现的空间。诸如第四定时空间预留112的未来定时空间预留的组合和过去的定时空间预留106、108的删除允许载具102经过预计清除冲突的空间，同时最大化已经经过的空间的使用。
虽然这些技术可以有效地化解自主载具行进冲突，但是在预计载具行进通过公共路径或其他高交通流瓶颈的情况下会出现问题。图2示出了其中预计载具行进通过高交通流瓶颈的示例实施例。如图所示，载具从仓库202离开，行进通过路线，然后在靠近仓库202的等待区域204中暂停。第一载具可以在返回等待区域204之前沿着路线一行进以访问第一位置和第二位置，并且第二载具可以在返回等待区域204之前沿着路线二行进以访问第三位置、第四位置和第五位置。
仓库202可以具有有限的区域，载具在返回时必须行进通过该区域，诸如对于飞行器而言墙壁中的开口，或者对于轮式载具而言车库入口，因此返回的载具将在等待区域204中等待，直到预计用于返回仓库202的区域被清除。当如上所述组合经过由集中式控制器提供的路线的多个载具时，清楚的是，从等待区域204到仓库202的路径是显著的瓶颈。集中式控制器被配置为向每个载具提供下述路线：该路线被预计在载具正在导航路线时从起点到终点是畅通(clear)的。然而，对于路线中的每个定时空间预留，载具位置的不确定性增长。因此，从等待区域204到仓库202的定时空间预留将持续相当长的时间量。
作为非限制性示例，如果第一定时空间预留是一分钟长(即，预计载具在一分钟或更短时间内经过与第一定时空间预留相关联的空间)，并且序列中的每个定时空间预留比先前的定时空间预留长三十秒，以适应累积的位置不确定性，则仅包括十个定时空间预留的路线将具有持续五分钟三十秒的最终定时空间预留。如果路线在仓库202内具有终点，则这意味着即使将预计载具在一分钟或更短时间内经过从等待区域204到仓库202的路径，从等待区域204到仓库202的路径也将被阻断五分钟三十秒。这严重限制了系统可容纳的载具的数量。
这个问题对飞行器来说特别重要。虽然飞行器可以降落在仓库202附近的等待区域204中，同时等待到仓库202的路径畅通的机会，但是降落区域中有限的空间(特别是当容纳每个飞行器周围的安全边限时)限制了可以容纳的飞行器的数量。会期望飞行器在等待区域204中悬停而不是降落，以便飞行器可以垂直地以及水平地堆叠，以便在等待区域204中容纳更多飞行器。然而，正在悬停的飞行器将消耗电池电力，因此在不显著限制载具在路径上能够覆盖的范围的情况下，可能无法在等待区域204中悬停相当长的时间量。所期望的是用于管理定时空间预留的技术，其有助于减少载具在行进通过高交通流瓶颈之前必须在等待区域等待的时间量。
在本公开的一些实施例中，路线预留系统被增强(augment)以实时地自动优化和调整自主载具的路线。在一些实施例中，路线预留系统在自主载具导航路线之前生成包括定时空间预留的序列的路线。定时空间预留用于在指示的时间段期间从相关联的空间排除其他自主载具。在没有接收到进一步指示的情况下，这些路线充当自主载具要遵循的基线，并且应当在路线预留系统的控制下允许飞行器安全地行进通过该路线，而不会与另外的自主载具冲突。当自主载具到达高交通流瓶颈区域附近的限定区域(诸如仓库202终点)时，最终路线可以由路线预留系统确定，并被发送到自主载具以替换基线路线。由于缺乏累积的不确定性误差，最终路线可以包括更紧的预留边限，由此允许更多的自主载具经过高交通流瓶颈。
图3是示出根据本公开的各个方面的与路线预留系统的非限制性示例实施例和自主载具的非限制性示例实施例相关联的组件的框图。
路线预留系统302被配置为生成自主载具安全行进的路线，并将路线发送给自主载具。在一些实施例中，路线预留系统302包括一个或多个计算设备，诸如台式计算设备、膝上型计算设备、机架式服务器计算设备、平板计算设备、移动计算设备或被配置为提供下述组件的其他计算设备。在一些实施例中，路线预留系统302包括被配置为提供下述组件的云计算系统的一个或多个计算设备。
如图所示，路线预留系统302包括通信接口308、路线确定引擎306、改变检测引擎310和预留数据存储装置312。
在一些实施例中，路线确定引擎306被配置为规划非冲突路线以发送到自主载具。路线确定引擎306使用开始位置、终点和一个或多个航路点来确定要行进的路径，然后确定沿着该路径的不与任何其他定时空间预留重叠的定时空间预留的序列，以便确保可以安全行进该路径。
在一些实施例中，改变检测引擎310被配置成检测指示应当计算新路线并将其发送给自主载具的条件。如下面进一步详细讨论的，条件可以包括但不限于到达等待区域204、自主载具的故障条件、以及障碍物或冲突的定时空间预留的移除。
一般来说，这里使用的单词“引擎”是指包含在硬件和/或软件指令中的逻辑，其可以用编程语言编写，诸如C、C++、C#、COBOL、JAVATM、PHP、Perl、HTML、CSS、JavaScript、VBScript、ASPX、Microsoft.NETTM、Go等。引擎可以被编译成可执行程序或者用解释的编程语言编写。引擎可以从其他引擎或引擎本身调用。通常，这里描述的引擎是指可以与其他引擎合并或者可以被分成子引擎的逻辑组件。引擎可以存储在任何类型的计算机可读介质或计算机存储设备中，并且可以存储在一个或多个通用计算机上并由其执行，从而创建被配置为提供引擎的专用计算机。
通信接口308包括硬件和软件，以使得能够实现用于与自主载具通信的任何合适的通信技术。在一些实施例中，路线预留系统302的通信接口308可以是有线接口，诸如以太网、USB、火线(FireWire)或允许路线预留系统302访问局域网的其他有线通信技术。通信接口308通信耦合到的局域网可以包括一个或多个Wi-Fi接入点(或其他无线接入点)，其允许其他设备经由无线通信技术与路线预留系统302通信。局域网还可以耦合到广域网，诸如因特网。由于路线预约系统302的性质，通信接口308通常将是有线通信接口308，但是本实施例不应被视为限制性的。在一些实施例中，通信接口308可以是无线通信接口308，该无线通信接口308被配置为使用包括但不限于Wi-Fi、WiMAX、2G、3G、4G、5G、LTE或蓝牙的技术来提供无线通信。
预留数据存储装置312被配置为存储与自主载具要穿越的路线相关联的定时空间预留的序列。路线预留系统302可以访问预留数据存储装置312以确定期望的定时空间预留是否可用，并且当确定新的定时空间预留与现有的定时空间预留不冲突时，可以存储新的定时空间预留。如上所述，一旦预留的时间段的终点已经过去，路线预留系统302可以从预留数据存储装置312中删除定时空间预留。
如本领域普通技术人员所理解的，这里描述的“数据存储装置”可以是被配置为存储数据以供计算设备访问的任何合适的设备。数据存储装置的一个示例是键值存储装置。然而，可以使用能够组织和存储数据的任何其他合适的存储技术和/或设备，诸如关系数据库管理系统(RDBMS)、对象数据库等。数据存储装置的其他示例还可以包括以有组织的方式存储在计算机可读存储介质上的数据。
包括可靠的存储且是低开销的数据存储装置的一个示例是将数据存储在诸如闪存、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器等的计算机可读介质上的文件(或记录)中的文件系统或数据库管理系统。这种数据存储装置可能被自主载具304本地使用。数据存储装置的一个示例是在一个或多个计算设备上执行并可通过高速分组交换网络访问的高度可靠的高速RDBMS或键值存储装置。这种数据存储装置可能被路线预留系统302的组件使用。本领域的普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，这里描述的分离的数据存储装置可以被组合成单个数据存储装置，和/或这里描述的单个数据存储装置可以被分离成多个数据存储装置。
自主载具304被配置成从路线预留系统302接收路线，并沿着该路线自主导航。在一些实施例中，自主载具304是飞行器。在其他实施例中，可以使用能够沿着路线导航的任何其他类型的自主载具304，诸如轮式载具。如图所示，自主载具304包括通信接口316、一个或多个载具状态传感器设备318、电源320、一个或多个处理器314、一个或多个推进设备322和计算机可读介质324。
在一些实施例中，通信接口316包括硬件和软件，以使得能够实现用于与路线预留系统302通信的任何合适的通信技术。在一些实施例中，通信接口316包括多个通信接口316，每个用于适当的环境。例如，通信接口316可以包括远程无线接口，诸如4G或LTE接口，或任何其他类型的远程无线接口(例如2G、3G、5G或WiMAX)，以用于在穿越路线时与路线预留系统302通信。通信接口316还可以包括当自主载具304处于使得Wi-Fi覆盖是路线预留系统302的提供者可用的起始位置或终点附近的区域时使用的中程无线接口，诸如Wi-Fi接口。通信接口316还可以包括当自主载具304处于维护位置或者静止并等待被分配路线时使用的短程无线接口，诸如蓝牙接口。通信接口316还可以包括有线接口，诸如以太网接口或USB接口，当自主载具304处于维护位置或静止并等待被分配路线时，也可以使用该有线接口。
在一些实施例中，载具状态传感器设备318被配置成检测自主载具304的各种组件的状态，并将代表这些状态的信号发送到自主载具304的其他组件。载具状态传感器设备318的一些非限制性示例包括电池状态传感器和推进设备健康传感器。
在一些实施例中，电源320可以是用于存储和/或产生电力的任何合适的设备或系统。电源320的一些非限制性示例包括一个或多个电池、一个或多个太阳能电池板、燃料箱及其组合。在一些实施例中，推进设备322可以包括用于使自主载具304沿着路线行进的任何合适的设备。对于飞行器，推进设备322可以包括设备，诸如但不限于一个或多个马达、一个或多个螺旋桨以及一个或多个飞行控制面。对于轮式载具，推进设备322可以包括设备，诸如但不限于一个或多个马达、一个或多个车轮以及一个或多个转向机构。在一些实施例中，处理器314可以包括能够从自主载具304的其他组件接收信号并执行存储在计算机可读介质324上的指令的任何类型的计算机处理器。在一些实施例中，计算机可读介质324可以包括能够存储供处理器314访问的信息的一个或多个设备。在一些实施例中，计算机可读介质324可以包括硬盘驱动器、闪存驱动器、EEPROM及其组合中的一个或多个。
如图所示，计算机可读介质324上存储有路线数据存储装置326、路线确认引擎328和路线穿越引擎330。在一些实施例中，路线确认引擎328被配置为分析从路线预留系统302接收的路线，以确定自主载具304是否能够穿越路线，包括但不限于确定是否有足够的电力可用于完成路线，以及确定用于穿越路线的性能能力是否可用。在一些实施例中，路线穿越引擎330被配置成使推进设备322推进自主载具304通过从路线预留系统302接收的路线。路线穿越引擎330可以使用来自其他设备的信号来辅助定位和导航，如针对自主载具304的典型情况，其他设备诸如GPS传感器设备、基于视觉的导航设备、加速度计、LIDAR设备、和/或此处未进一步示出或描述的其他设备。
下文提供了关于路线预留系统302和自主载具304的功能的进一步细节。
图4A至图4B是示出根据本公开的各个方面优化自主载具的路线的方法的非限制性示例实施例的流程图。在框402，路线预留系统302的路线确定引擎306为自主载具304规划路径。在一些实施例中，路径可以被规划以从开始位置开始，并在返回终点之前通过一个或多个航路点。在一些实施例中，针对每个航路点的活动(诸如递送)也可以包括在路径中。在一些实施例中，路径规划可以涉及将针对路径的分段之间的有效直线行进的航路点排序。在一些实施例中，可以使用路线寻找算法，诸如A*、迪杰斯特拉(Dijkstra)算法、贝尔曼-福特(Bellman-Ford)算法或其他路线寻找算法，来规划点之间的特定路径。
在一些实施例中，路径的末端部分可以将载具引导到等待位置，在等待位置处，载具将在行进到默认安全终点之前等待尽可能长的时间。例如，针对飞行器的路径可以包括在等待区域204中悬停，直到预定的时间量已经过去、电池电量达到低电池阈值水平、或者已经检测到某一其他等待终止状态。一旦检测到等待终止状态，飞行器将遵循路径的剩余部分(remainder)到达降落区域。降落区域可以由一组操作人员管理，他们准备移除进入的飞行器以避免冲突。这样，即使载具没有接收到如下所述的从等待区域204到预期终点的更新路径，也给予载具自始至终安全的路线。在默认安全终点处降落应该是罕见的，因为这将发生在路线预留系统302不能向载具提供到达预期终点的更新路线的情况下。
在框404，路线确定引擎306建立与路径相关联的一个或多个定时空间预留的序列。为了建立序列，路线确定引擎306可以基于载具的能力将路径分解成预计在给定时间量内穿越的分段。在对应于开始位置的第一分段开始，路线确定引擎306确定下述时间：在该时间，与路径的第一分段相关联的空间没有被预留数据存储装置312中存储的任何其他现有的定时空间预留所预留。一旦找到时间，路线确定引擎306为该时间和空间创建定时空间预留，然后为路径的下一分段创建后续定时空间预留。如上所述，序列中的每个定时空间预留的持续时间可以在整个序列中增加，以便适应与路径上行进的载具的位置有关的增加的不确定性。在一些实施例中，如果在路径中稍后发现冲突，则可以改变所建立的定时空间预留。在一些实施例中，在建立定时空间预留的序列时，路径可以从在框402找到的最佳路径改变，以避免冲突的定时空间预留。这样的绕行可以在序列中被标记，并且如果冲突稍后被解决，则可以被移除(如下面进一步讨论的)。
在框406，路线确定引擎306将一个或多个定时空间预留的序列存储在路线预留系统302的预留数据存储装置312中，以建立预留路线。在一些实施例中，一旦定时空间预留的序列作为预留路线被存储在预留数据存储装置312中，定时空间预留就排除了其他重叠的定时空间预留。在框408，路线确定引擎经由路线预留系统302的通信接口308向自主载具304发送预留路线。自主载具304接收预留路线，并使用该预留路线作为用于行进的指令，如图7A至图7B所示以及下面进一步讨论的。
在框410，路线预留系统302的改变检测引擎310检测路线改变状态。在一些实施例中，路线改变状态是可以由路线预留系统302检测到的任何状态，其指示预留的路线可以或应该被改变。一个非限制性示例包括检测到自主载具304已经到达等待区域204、正在接近等待区域204、或者处于与其预留路线的终点紧密接近。在一些实施例中，路线预留系统302可以基于由自主载具304发送到路线预留系统302的位置遥测来检测自主载具304已经到达。在一些实施例中，路线预留系统302可以基于与等待区域204或预留路线的其他终点相关联的中程无线网络从自主载具304接收到的中程网络信号(诸如Wi-Fi信号)来检测自主载具304已经到达。
路线改变状态的另一个非限制性示例是中止状态。在一些实施例中，自主载具304可能能够检测到导致自主载具304可能无法安全完成先前预留的路线的情况的问题。例如，自主载具304可以检测推进设备322的故障或性能退化，可以检测传感器的故障，可以检测来自电源320的可用电量已经下降到可接受的水平以下，可以检测电池荷电水平已经下降到安全阈值以下，可以检测不可导航的障碍物，或者可以检测会阻止自主载具304安全完成预留路线的任何其他状态。在一些实施例中，自主载具304可以将它已经检测到中止状态的通知连同遥测信息一起无线发送到路线预留系统302。在一些实施例中，路线预留系统302可以基于不包括通知的遥测信息来确定中止状态存在。例如，路线预留系统302可以基于直接报告电池荷电水平的遥测信息来检测电池荷电水平已经下降到安全阈值以下。
路线改变状态的又一非限制性示例是在计算预留路线时不存在的紧急情况的检测。例如，路线预留系统302可以接收指示由于灾难、内乱、计划外事件或一些其他紧急情况，一定量的空域已经被宣布为临时禁飞区的信号；或者指示道路由于事故或任何其他原因而封闭的信号。在这种情况下，路线预留系统302可以尝试向载具提供避开紧急区域的新路线。
路线改变状态的另一个非限制性示例是移除对绕行的需要。如上所述，路线确定引擎306可以记录最佳路径中的绕行。这种绕行的记录也可以记录绕行的原因，因此如果绕行的原因被解决，则允许移除绕行的机会。图5A至图5C示出了根据本公开的各个方面的具有绕行和绕行移除的路线的示例实施例。如图5A所示，第一路线504从该图的顶部延伸并在该图垂直向下行进。每个垂直箭头表示第一路线504的定时空间预留。
然后，路线确定引擎306规划第二路线502，以从该图的左侧延伸并通过该图水平向右行进。第二路线502的第一定时空间预留没有任何冲突。第二路线502的第二定时空间预留与第一路线504的定时空间预留冲突。如果正在规划第二路线502的同时建立了第一路线504，则路线确定引擎306可以创建针对第二路线502的绕行以避免冲突。如图所示，最佳路线由虚线箭头506指示，而避免冲突的绕行路线由弯曲箭头508指示。在没有进一步变化的情况下，第一自主载具将沿着第一路线504垂直行进，第二自主载具将沿着第二路线502水平行进，沿着弯曲路径508绕行以避开第一路线504。
图5B示出了路线改变状态，其中已经移除了对绕行的需要。如图所示，第二路线502当前是相同的，并且仍然包括绕行508。然而，第一路线504已经被更新，使得其第二图示的定时空间预留和其第三图示的定时空间预留不再对第二路线502造成冲突。这可能由于任何原因而发生，包括但不限于响应于检测到路线改变状态而改变了第一路线502。改变检测引擎310可以被配置为检测不再需要绕行的这种状态。如下文将进一步讨论的，图5C示出了响应于移除对绕行的需要而规划新路线的示例结果。如图所示，最佳路径506已经被用于新路径，并且绕行508已经被移除(但是仅出于讨论的目的仍然以虚线示出)。
图5A至图5C中所示的箭头和曲线是仅出于讨论的目的的简化示例。在一些实施例中，由路线确定引擎306确定的路径、路线和绕行可以包括安全边限而不仅仅是线，并且可以包括通过三维空间而不是二维区域的路径。
回到图4A，在框412，路线确定引擎306基于路线改变状态为自主载具304规划新路径。在规划新路径时，新路径考虑了路线改变状态。作为非限制性示例，如果路线改变状态是自主载具304已经到达等待区域204或在等待区域204附近的检测，则新路径可以从等待区域204(或当前载具位置)直接前进到终点，而无需在等待区域204中进一步暂停。作为另一个非限制性示例，如果路线改变状态是中止状态，则新路径可以从当前载具位置前进到维护位置或其他安全降落区域，或者可以从当前载具位置通过简化路径前进，尽管存在中止状态的原因，仍然可以完成该简化路径。作为又一个非限制性示例，如果路线改变状态是移除对绕行的需要，则新路径可以返回到绕行所避免的最佳路径(如图5C所示)。类似的技术可用于规划新路径，如同在框402用于规划原始路径那样。新路径可以以这样的方式规划，该方式使得它从原始路径分支，在位置或速度上没有任何不连续性。
方法400进行到延续端子(“端子A”)。该方法从端子A(图4B)进行到框416。在框416，路线确定引擎306建立与新路径相关联的一个或多个定时空间预留的新序列，并且在框418，路线确定引擎306将一个或多个定时空间预留的新序列存储在预留数据存储装置312中以建立新路线。类似于框404，路线确定引擎306可以基于载具的能力将新路径分解成预计在给定时间量内穿越的分段，并且可以在为分段创建定时空间预留之前根据存储在预留数据存储装置312中的其他定时空间预留来确定下述时间：在该时间，与每个分段相关联的空间是空闲的。在一些实施例中，新序列的单独的定时空间预留的持续时间可能比预留路线的剩余定时空间预留的持续时间短，因为新序列不必补偿来自预留路线的较早部分的到达时间的累积的不确定性。新序列的减少的持续时间可以使得更容易避免新序列和存储在预留数据存储装置312中的其他路线之间的冲突。这对于诸如从公共等待区域204到仓库202内的终点的路径的高交通流路径尤其有用。
在建立定时空间预留的新序列时出现的一个复杂情况是，至少一些新的定时空间预留可能与现有的定时空间预留重叠。图6示出了根据本公开的各个方面的定时空间预留的新序列如何与现有的定时空间预留冲突的示例。如图所示，自主载具602与预留路线604相关联，并且当前正在预留路线604上行进。在某一点上，检测到路线改变状态，并且路线确定引擎306规划新的路径，该新的路径涉及从现有的预留路线604左转。针对新路线606的定时空间预留至少在阴影重叠区域608中与预留路线604重叠，因为对于新路线606的至少一些部分，自主载具602将在同时也是预留路线604的一部分的空间中。
如果路线确定引擎306试图避免定时空间预留之间的所有冲突，则由于重叠区域608中的冲突，规划新路线606将是不可能的。因此，在一些实施例中，如果冲突在同一自主载具602的定时空间预留之间，则路线确定引擎306在规划新路线时忽略定时空间预留之间的冲突。这种冲突将不会导致安全性降低，因为相同的自主载具602不能与自身冲突。
当建立定时空间预留的新序列时可能出现的另一个复杂情况可能是，多个自主载具同时经历路线改变状态，并且可能同时等待经由公共路径行进。例如，多个自主载具可能已经在大约相同的时间到达终点附近的等待区域204，并且可能都在等待从等待区域204行进到终点的新路线的分配。在这样的实施例中，路线确定引擎306可以使用任何合适的技术来对多个自主载具进行优先级排序。作为非限制性示例，路线确定引擎306可以使用遥测信息来确定具有最低电池荷电状态的自主载具，并且可以提供比提供给其他自主载具的新路线时间上更早的新路线。作为另一个非限制性示例，路线确定引擎306可以确定终点处期望的能力，诸如具有特定货物容量的自主载具，或者具有足以以最低限度的再充电服务于后续任务的电池荷电状态的自主载具，并且可以对具有期望能力的自主载具进行优先级排序，以具有比其他自主载具更早的路线。
在框420，路线确定引擎306经由通信接口308将新路线发送到自主载具304。在一些实施例中，到自主载具304的传输可以经由无连接协议发生。由于传输中的不确定性，以及在视线之外运行的自主载具的持久网络连接的潜在缺乏，路线确定引擎306不能确定自主载具304接收了新路线。此外，在一些实施例中，自主载具304可以单独决定是接受还是拒绝新路线。因此，在这一点上，路线确定引擎306不能确定自主载具304将沿着新路线还是原始预留路线行进，因此路线确定引擎306继续在预留数据存储装置312中存储针对预留路线的定时空间预留和针对新路线的定时空间预留两者。这确保了自主载具304将行进通过预留的空间，而不管它选择遵循哪条路线。
在框422，路线确定引擎306经由通信接口308从自主载具304接收对新路线的确认。该确认指示自主载具304已经接受了新路线，并且将沿着新路线而不是预留路线行进。在框424，响应于该确认，路线确定引擎306从预留数据存储装置312中删除与预留路线相关联的一个或多个定时空间预留。在一些实施例中，路线确定引擎306可以替代地从自主载具304接收对新路线的拒绝，指示自主载具304将替代地沿着原始预留路线行进。在这种情况下，路线确定引擎306可以从预留数据存储装置中删除与新路线相关联的一个或多个定时空间预留。
图7A至图7B是示出根据本公开的各个方面的用于自主载具导航优化的路线的方法的非限制性示例实施例的流程图。
在框702，自主载具304经由通信接口316接收预留路线。在一些实施例中，预留路线包括自主载具304要行进的路线和至少自主载具304应该开始穿越该路径的时间两者。在一些实施例中，由自主载具304接收的预留路线还可以包括定时空间预留的指示，使得自主载具304可以对其行进进行计时，以在整个预留路线上与定时空间预留一致。在框704，自主载具304将预留路线存储在自主载具304的路线数据存储装置326中。
在框706，自主载具304的路线穿越引擎330致动自主载具304的一个或多个推进设备322，以使自主载具304穿越预留路线。例如，路线穿越引擎330可以等待直到基于预留路线而确定的开始时间，然后激活自主载具304的一个或多个螺旋桨或车轮以开始穿越路线。路线穿越引擎330可以使用来自各种设备的信号来确定自主载具304的位置，并且可以使用自主载具304的位置来改变对推进设备322的控制输入，以便使自主载具304穿越路线。
在框708，自主载具304经由通信接口316发送遥测信息。遥测信息可以由路线预留系统302接收。由自主载具304发送的遥测信息可以包括这样的信息，该信息包括但不限于，空气速度、地面速度、航向、方位(bearing)、高度、位置和电池电量。遥测信息可以允许改变检测引擎310确定各种路线改变状态，诸如移除对绕行的需要。遥测信息还可以允许改变检测引擎310(或路线预留系统302的另一组件)检查自主载具304是否在与预留路线相关联的预期定时空间预留时间内运行。路线预留系统302可以使用该信息来拓宽现有的定时空间预留时间(如果自主载具304落后于或领先于现有的定时空间预留时间)，或者缩小现有的定时空间预留时间(如果自主载具304如预期那样行进并且因此降低针对未来定时空间预留的不确定性)。如果自主载具304落后于现有的定时空间预留时间，则路线预留系统302可以将其检测为路线改变状态，并且可以基于自主载具304的实际位置来规划新路线。
在可选框710，路线穿越引擎330基于由自主载具304的一个或多个载具状态传感器设备318生成的信息来检测中止条件，并且在可选框712，路线穿越引擎330经由通信接口316发送中止通知。如上所述，中止条件可以包括这样的状态：其中路线穿越引擎330已经基于该信息确定自主载具304将不能安全地完成预留路线。作为非限制性示例，路线穿越引擎330可以确定电池荷电水平太低而不能安全地到达预留路线的终点。作为另一个非限制性示例，路线穿越引擎330可以确定自主载具304的组件，诸如推进设备322，已经发生故障并且需要修理。框710和712被示为可选的，因为路线穿越引擎330在完成预留路线之前(或至少返回到等待区域204或预留路线的终点附近的其他区域)可能没有检测到中止条件。
在框714，自主载具304经由通信接口316接收新路线。接收到的新路线是路线确定引擎306响应于检测到路线改变状态而确定的新路线。方法700进行到延续端子(“端子B”)。该方法700从端子B(图7B)进行到框716。在框716，自主载具304的路线确认引擎328分析新路线以确定新路线是否可接受。在一些实施例中，路线确认引擎328可以通过确定电池荷电状态是否足以安全地完成新路线来分析新路线。在一些实施例中，路线确认引擎328可以通过确定自主载具304的性能特性(包括转弯半径、最大或最小操作高度以及最大或最小操作速度中的一个或多个)是否足以穿越新路线来分析新路线。在一些实施例中，路线确认引擎328可以分析新路线，以确保从预留路线切换到新路线不需要位置或速度上的任何不连续性。
在判定框718，基于发现新路线是否可接受来做出确定。如果发现该路线是可接受的，则判定框718的结果是“是”，并且方法700前进到框720。在框720，路线确认引擎328经由通信接口316发送对新路线的确认。该确认指示自主载具304将开始穿越新路线而不是预留路线。在框722，路线确认引擎328在路线数据存储装置326中存储新路线，而不是预留路线。在一些实施例中，路线确认引擎328可以从路线数据存储装置326中删除预留路线，因为路线穿越引擎330不再需要它。在框724，路线穿越引擎330致动一个或多个推进设备322，以使自主载具304穿越新路线。
返回到判定框718，如果发现路线不可接受，则判定框718的结果为否，并且方法700进行到可选框726。在可选框726，路线确认引擎328经由通信接口316发送对新路线的拒绝。该拒绝指示自主载具304将继续沿着预留路线而不是新路线。框726被示为可选的，因为如果没有接收到确认，则路线预留系统302可以假设新路线被拒绝，因此拒绝的发送对于安全操作可能不是必需的。发送拒绝可以允许路线预留系统302更有效地操作，因为在预留数据存储装置312中将存在更少的未使用的定时空间预留。在框728，路线穿越引擎330继续致动一个或多个推进设备322，以使自主载具304穿越预留路线。
虽然已经图示和描述了说明性实施例，但是将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变。

Claims (20)

1.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于由一个或多个计算设备的一个或多个处理器执行，使得计算设备执行用于更新自主载具的预留路线的动作，其中，所述预留路线包括一个或多个定时空间预留的序列，所述动作包括:
规划新路线以替换预留路线；
将新路线发送给自主载具；和
响应于从自主载具接收到新路线被接受的确认，删除所述一个或多个定时空间预留。
2.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中，所述自主载具是飞行器。
3.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中，所述动作还包括检测触发规划新路线的路线改变状态。
4.根据权利要求3所述的计算机可读介质，其中，所述预留路线包括在至少一个冲突的定时空间预留周围的一个或多个绕行分段，并且其中，检测触发规划新路线的路线改变状态包括检测至少一个冲突的定时空间预留已经被删除。
5.根据权利要求3所述的计算机可读介质，其中，检测触发规划新路线的路线改变状态包括检测自主载具上的故障状态。
6.根据权利要求3所述的计算机可读介质，其中，所述预留路线包括针对预留路线的终点附近的等待位置的定时空间预留，并且其中，检测触发规划新路线的路线改变状态包括检测自主载具已经到达等待位置。
7.根据权利要求6所述的计算机可读介质，其中，所述自主载具是飞行器，其中，所述等待位置是悬停位置，并且其中，规划新路线以替换预留路线包括建立从悬停位置到终点的定时空间预留的序列。
8.根据权利要求7所述的计算机可读介质，其中，所述终点在建筑物内，并且其中，建立从悬停位置到终点的定时空间预留的序列包括建立通过建筑物中的开口以到达终点的定时空间预留的序列。
9.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中，规划新路线以替换预留路线包括:
确定从当前位置经由一个或多个航路点到终点的路径；
确定对于路径不存在冲突的定时空间预留的时间；和
针对路径的分段向新路线添加一个或多个定时空间预留。
10.根据权利要求9所述的计算机可读介质，其中，确定对于路径不存在冲突的定时空间预留的时间包括：忽略与自主载具相关联的冲突的定时空间预留。
11.根据权利要求9所述的计算机可读介质，其中，确定对于路径不存在冲突的定时空间预留的时间包括：对具有冲突路径的多个自主载具进行优先级排序。
12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中，对具有冲突路径的多个自主载具进行优先级排序包括：基于多个自主载具的电池状态对具有冲突路径的多个自主载具进行优先级排序。
13.根据权利要求12所述的计算机可读介质，其中，基于电池状态对具有冲突路径的多个自主载具进行优先级排序包括：向具有最低电池荷电状态的自主载具提供最早的定时空间预留。
14.根据权利要求12所述的计算机可读介质，其中，基于电池状态对具有冲突路径的多个自主载具进行优先级排序包括：向具有与未决任务的要求相匹配的电池荷电状态的自主载具提供最早的定时空间预留。
15.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中，对具有冲突路径的多个自主载具进行优先级排序包括：基于自主载具是否包括未决任务所需的特征来对具有冲突路径的多个自主载具进行优先级排序。
16.一种自主载具，包括:
通信接口；
一个或多个推进设备；
一个或多个处理器；和
计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于由所述一个或多个处理器执行，使得自主载具执行动作，所述动作包括:
操作一个或多个推进设备以使自主载具穿越预留路线，其中，所述预留路线包括一个或多个定时空间预留的序列；和
当穿越预留路线时:
经由通信接口接收更新的路线；
分析更新的路线以确定更新的路线是否可接受；和
响应于确定更新的路线是可接受的:
经由通信接口发送对更新的路线的确认，以使得控制器删除所述预留空间的一个或多个定时空间预留；和
操作推进设备以使自主载具穿越更新的路线而不是预留路线。
17.根据权利要求16所述的自主载具，其中，所述自主载具是飞行器，并且其中，所述推进设备包括螺旋桨和飞行控制面中的至少一个。
18.根据权利要求16所述的自主载具，还包括一个或多个载具状态传感器设备，并且其中，所述动作还包括:
基于由所述一个或多个载具状态传感器设备生成的信息来检测中止条件；和
经由通信接口发送中止通知。
19.根据权利要求16所述的自主载具，其中，分析更新的路线以确定更新的路线是否可接受包括:
确定用于完成更新的路线的预测的电力使用；和
将预测的电力使用与电池荷电状态进行比较。
20.根据权利要求16所述的自主载具，其中，分析更新的路线以确定更新的路线是否可接受包括:
确定用于完成更新的路线的一个或多个载具性能特征；和
将所述一个或多个载具性能特征与自主载具的性能特征进行比较。
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