CN114299190A - 一种中精度地图交叉路口引导线优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中精度地图交叉路口引导线优化方法及系统，在交叉路口道路引导线的总弧长的两端对称间隔相等的弧长确定多个落点，且计算每一段弧长的偏转半径和偏转角度，对相邻两个落点采用圆弧进行连接，对未确定落点的弧长，采用圆弧连接两端落点，最后生成交叉路口道路优化后的引导线。本发明提出在中精度地图车道线交叉路口中车道中心线的构造方法，使得在交叉点路口内的接续线能平滑连接且具备曲率平滑变化的特性，能够解决过去中精度地图中交叉路口内直接用圆形拟合引导线导致的曲率瞬间变化的问题，改善自动驾驶过程中方向盘一步到位导致的乘客不舒适的现象。

Description

一种中精度地图交叉路口引导线优化方法及系统

技术领域

本发明涉及中精度地图制作领域，更具体地，涉及一种中精度地图交叉路口引导线优化方法及系统。

背景技术

随着自动驾驶的发展，车道线的精度对于高精度地图越来越重要，如何生成符合实际的平滑的车道拟合线是各大地图厂商的一大技术难题。

在真实路况下，交叉路口往往不具有道路区划线，但在车辆控制过程中需要引导线进行引导，因此需要构造虚拟的连接线进行此范围内数据补充。运用相切圆的方法构造出的引导线会出现曲率突然发生变化的情况，导致自动驾驶过程中方向盘“一步到位”的不舒缓现象。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种中精度地图交叉路口引导线优化方法及系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种中精度地图交叉路口引导线优化方法，包括：

基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值；

根据所述缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度；

基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点；

重复在总弧长上寻找落点，直到累积弧长达到总弧长的1/3，寻找到n个落点；

对于对称的1/3总弧长，采用同样的方式寻找到n个落点；

对于总弧长两端的n个落点中的相邻两个落点，采用圆弧进行连接，对于总弧长上未寻找落点的1/3弧长，采用圆弧进行连接，生成交叉路口道路优化后的引导线。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值，包括：

其中，L_clothoid为优化后的总弧长，L_circle为优化前的总弧长， Curvature_max为优化后的最大曲率，为最小曲率半径的倒数，R_circle为优化前的圆弧半径，

可选的，所述根据所述缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，包括：

∠m＝step_len/A；

其中，step_len为每一段弧长，step_len小于等于总弧长的1/6， R_m为第m段弧长对应的偏转半径，∠m为第m段弧长对应的偏转角度，每一段弧长均相等。

可选的，所述基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点，包括：

根据第一段弧长对应的偏转半径R1和入口向量，确定第一个圆心 O₁；根据第一个圆心O₁和第一段弧长对应的偏转角度∠1，确定总弧长上的第一个落点；

根据第二段弧长对应的偏转半径，在第一个圆心O₁和第一个落点的连线上确定第二个圆心O₂；根据第二个圆心O₂和第二段弧长对应的偏转角度∠2，确定总弧长上的第二个落点；

以此类推，确定总弧长上的第m个落点，直到在总弧长上确定n 个落点，从第一段弧长到第n段弧长的累积弧为总弧长的1/3。

根据本发明的第二方面，提供一种中精度地图交叉路口引导线优化系统，包括：

计算模块，用于基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值；根据所述缓和曲线A值和当前第m 段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度；

确定模块，用于基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点；重复在总弧长上确定落点，直到累积弧长达到总弧长的1/3，寻找到n个落点；以及对于对称的1/3总弧长，采用同样的方式确定n个落点；

生成模块，用于对于总弧长两端的n个落点中的相邻两个落点，采用圆弧进行连接，对于总弧长上未寻找落点的1/3弧长，采用圆弧进行连接，生成交叉路口道路优化后的引导线。

可选的，所述确定模块，用于基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点，包括：

根据第一段弧长对应的偏转半径R1和入口向量，确定第一个圆心 O₁；根据第一个圆心O₁和第一段弧长对应的偏转角度∠1，确定总弧长上的第一个落点；

根据第二段弧长对应的偏转半径，在第一个圆心O₁和第一个落点的连线上确定第二个圆心O₂；根据第二个圆心O₂和第二段弧长对应的偏转角度∠2，确定总弧长上的第二个落点；

以此类推，确定总弧长上的第m个落点，直到在总弧长上确定n 个落点，从第一段弧长到第n段弧长的累积弧为总弧长的1/3。

根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现中精度地图交叉路口引导线优化方法的步骤。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现中精度地图交叉路口引导线优化方法的步骤。

本发明提供的一种中精度地图交叉路口引导线优化方法及系统，在交叉路口道路引导线的总弧长的两端对称间隔相等的弧长确定多个落点，且计算每一段弧长的偏转半径和偏转角度，对相邻两个落点采用圆弧进行连接，对未确定落点的弧长，采用圆弧连接两端落点，最后生成交叉路口道路优化后的引导线。本发明提出在中精度地图车道线交叉路口中车道中心线的构造方法，使得在交叉点路口内的接续线能平滑连接且具备曲率平滑变化的特性，能够解决过去中精度地图中交叉路口内直接用圆形拟合引导线导致的曲率瞬间变化的问题，改善自动驾驶过程中方向盘一步到位导致的乘客不舒适的现象。

附图说明

图1为本发明提供的一种中精度地图交叉路口引导线优化方法流程图；

图2为传统交叉路口车道中心线和曲率空间的示意图；

图3为路程-曲率空间示意图；

图4为确定总弧长上的第一个落点的示意图；

图5为确定总弧长上的第二个落点的示意图；

图6为在总弧长上确定了n个落点的示意图；

图7为交叉路口车道中心线优化后形状和曲率空间示意图；

图8为优化前和优化后道路引导线的对比示意图；

图9为本发明一种中精度地图交叉路口引导线优化系统的结构示意图；

图10为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；

图11为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

基于背景技术，本发明旨提出在中精度地图车道线交叉路口中车道中心线的构造方法，对传统车道中心线的构造方法进行优化，使得在交叉点内的接续线能平滑连接且具备曲率平滑变化的特性。

实施例一

图1为本发明提供的一种中精度地图交叉路口引导线优化方法流程图，如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

S1，基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值。

可以理解的是，传统道路交叉点领域内使用最小二乘法做出内切圆来连接两根接续的车线，得到的交叉路口车道中心线和曲率空间可参见图2，导致交叉点内曲率突变，使得曲率随着路程变化的形状呈块状，应用此法后交叉点内的虚拟引导线曲率变化呈等腰梯形。在应用到自动驾驶引导过程中时，可以改善乘客的乘车体验，使得转弯时能够平滑转动方向盘。

其中，在计算缓和曲线A值之前，已经获得交叉路口内连接车线入口参考向量(简称入口向量)和出口参考向量(简称出口向量)以及取点的步长，也就是确定落点时的每一段弧长。

具体的，传统优化前的引导线的路程-曲率空间图像的面积是一个矩形块，随着路程，弧形曲率是不变的，本发明中，由于缓和曲线长度：圆曲线长度：缓和曲线长度＝1:1:1，在曲率空间中的基本表示为一个正梯形。

参见图3，在弧长-曲率空间中要使得面积不变，可以得到总弧长乘以最大曲率与原方法相比较会增加至1.5倍，又由于弧长明显增长、且最大曲率明显增大的特性，可以猜测估算到总弧长增长至1.2247448 倍(根号下1.5)，最大曲率也做同样的增大。

那么就可以算得在缓和曲线道路段曲率乘以累计弧长的定值，设其为A，A值的表达式为：

其中，L_clothoid为优化后的总弧长，L_circle为优化前的总弧长， Curvature_max为优化后的最大曲率，为最小曲率半径的倒数，R_circle为优化前的圆弧半径，

S2，根据所述缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度。

作为实施例，根据缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，包括：

∠m＝step_len/A；

其中，step_len为每一段弧长，m*step_len为从第一段弧长到底 m段弧长的累积弧长，其中，每一段弧长相等，均为step_len， step_len小于等于总弧长的1/6，R_m为第m段弧长对应的偏转半径，∠m为第m段弧长对应的偏转角度。

S3，基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点；重复在总弧长上寻找落点，直到累积弧长达到总弧长的1/3，寻找到n个落点；对于对称的1/3总弧长，采用同样的方式寻找到n个落点。

作为实施例，所述基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点，包括：根据第一段弧长对应的偏转半径R1和入口向量，确定第一个圆心O₁；根据第一个圆心O₁和第一段弧长对应的偏转角度∠1，确定总弧长上的第一个落点；根据第二段弧长对应的偏转半径，在第一个圆心O₁和第一个落点的连线上确定第二个圆心O₂；根据第二个圆心O₂和第二段弧长对应的偏转角度∠2，确定总弧长上的第二个落点；以此类推，确定总弧长上的第m个落点，直到在总弧长上确定n个落点，从第一段弧长到第n段弧长的累积弧为总弧长的1/3。

可以理解的是，本发明是从总弧长的入口和出口两端分别进行，在总弧长入口侧的1/3总弧长以及出口侧的1/3总弧长上寻找落点，以及每一段弧长对应的偏转半径和偏转角度。

其中，对于第一段弧长，可参考图4，根据缓和曲线A值和第一段弧长step_len，计算第一次偏转半径R1和第一次偏转角度∠1，其中：

∠1＝step_len/R₁。

根据R₁、入口和入口向量，可以在垂直方向上确定第一个圆心O₁，随后根据第一个圆心O₁和第一次偏转角度∠1，确定总弧长上的第一个落点。

寻找第二个落点时，可参见图5，根据当前累积弧长(第一段弧长加上第二段弧长)，计算第二段弧长对应的第二次偏转半径R₂和第二次偏转角度∠2，其中：

∠2＝step_len/R₂。

根据R₂，在第一个圆心O₁和第一个落点的连线上确定第二个圆心 O₂，随后根据第二个圆心O₂和第一次偏转角度∠2，确定总弧长上的第二个落点。

以此类推，确定总弧长上的第m个落点，直到在总弧长上确定n 个落点，从第一段弧长到第n段弧长的累积弧为总弧长的1/3，那么此时在总弧长入口侧的1/3总弧长上确定出了n个落点，确定的n个落点的示意图可参见图6。采用同样的方式在总弧长出口侧的1/3总弧长上确定n个落点。

S4，对于总弧长两端的n个落点中的相邻两个落点，采用圆弧进行连接，对于总弧长上未寻找落点的1/3弧长，采用圆弧进行连接，生成交叉路口道路优化后的引导线。

可以理解的是，对于交叉路口道路总弧长的入口侧1/3总弧长上的 n个落点，对于相邻两个落点，采用圆弧弧线进行连接，依次对相邻两个落点用圆弧进行连接，将n个落点连接在一起。对于出口侧1/3总弧长上的n个落点，采用同样的方式进行连接，形成入口侧和出口侧的两段弧形。对于中间未寻找落点的1/3总弧长，根据该段弧长两端的落点，计算两端切点处的旋转半径线，以两线的交点作为最后圆弧的圆心连接两个缓和曲线，生成交叉路口道路优化后的引导线，交叉路口车道中心线优化后形状和曲率空间可参见图7，最后生成交叉路口道路优化后的引导线的效果图可参见图8，使用新的构造方法构造车道引导线，使其在交叉路口内的接续线能平滑连接且具备曲率平滑变化的特性，相比过去中精度地图中交叉路口内直接用圆形拟合引导线导致的曲率瞬间变化的问题，已改善自动驾驶过程中方向盘一步到位导致的乘客不舒适的现象。

实施例二

一种中精度地图交叉路口引导线优化系统，可参见图9，该系统包括计算模块901、确定模块902和生成模块903，其中：

计算模块901，用于基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值；根据所述缓和曲线A值和当前第 m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度；

确定模块902，用于基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点；重复在总弧长上确定落点，直到累积弧长达到总弧长的1/3，寻找到n个落点；以及对于对称的1/3总弧长，采用同样的方式确定n个落点；

生成模块903，用于对于总弧长两端的n个落点中的相邻两个落点，采用圆弧进行连接，对于总弧长上未寻找落点的1/3弧长，采用圆弧进行连接，生成交叉路口道路优化后的引导线。

可以理解的是，本发明提供的一种中精度地图交叉路口引导线优化系统与前述各实施例提供的中精度地图交叉路口引导线优化方法相对应，中精度地图交叉路口引导线优化系统的相关技术特征可参考中精度地图交叉路口引导线优化方法的相关技术特征，在此不再赘述。

实施例三

请参阅图10，图10为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图10所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1010、处理器1020及存储在存储器1010上并可在处理器1020上运行的计算机程序1011，处理器1020执行计算机程序1011时实现以下步骤：基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值；根据所述缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度；基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点；重复在总弧长上寻找落点，直到累积弧长达到总弧长的1/3，寻找到n个落点；对于对称的1/3总弧长，采用同样的方式寻找到n个落点；对于总弧长两端的n个落点中的相邻两个落点，采用圆弧进行连接，对于总弧长上未寻找落点的1/3弧长，采用圆弧进行连接，生成交叉路口道路优化后的引导线。

实施例四

请参阅图11，图11为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图11所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质 1100，其上存储有计算机程序1111，该计算机程序1111被处理器执行时实现如下步骤：基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值；根据所述缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度；基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m 个落点；重复在总弧长上寻找落点，直到累积弧长达到总弧长的1/3，寻找到n个落点；对于对称的1/3总弧长，采用同样的方式寻找到n 个落点；对于总弧长两端的n个落点中的相邻两个落点，采用圆弧进行连接，对于总弧长上未寻找落点的1/3弧长，采用圆弧进行连接，生成交叉路口道路优化后的引导线。

本发明实施例提供的一种中精度地图交叉路口引导线优化方法及系统，提出在中精度地图车道线交叉路口中车道中心线的构造方法，使得在交叉点路口内的接续线能平滑连接且具备曲率平滑变化的特性，能够解决过去中精度地图中交叉路口内直接用圆形拟合引导线导致的曲率瞬间变化的问题，在应用到自动驾驶引导过程中时，可以改善乘客的乘车体验，使得转弯时能够平滑转动方向盘，改善自动驾驶过程中方向盘一步到位导致的乘客不舒适的现象。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种中精度地图交叉路口引导线优化方法，其特征在于，包括：

基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值；

根据所述缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度；

基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点；重复在总弧长上寻找落点，直到累积弧长达到总弧长的1/3，寻找到n个落点；

对于对称的1/3总弧长，采用同样的方式寻找到n个落点；

对于总弧长两端的n个落点中的相邻两个落点，采用圆弧进行连接，对于总弧长上未寻找落点的1/3弧长，采用圆弧进行连接，生成交叉路口道路优化后的引导线。

2.根据权利要求1所述的引导线优化方法，其特征在于，所述基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值，包括：

其中，Lclothoid为优化后的总弧长，L_circle为优化前的总弧长，Curvature_max为优化后的最大曲率，为最小曲率半径的倒数，R_circle为优化前的圆弧半径，

3.根据权利要求2所述的引导线优化方法，其特征在于，所述根据所述缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，包括：

∠m＝step_len/A；

其中，step_len为每一段弧长，step_len小于等于总弧长的1/6，R_m为第m段弧长对应的偏转半径，∠m为第m段弧长对应的偏转角度，每一段弧长均相等。

4.根据权利要求1所述的引导线优化方法，其特征在于，所述基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点，包括：

根据第一段弧长对应的偏转半径R1和入口向量，确定第一个圆心O₁；根据第一个圆心O₁和第一段弧长对应的偏转角度∠1，确定总弧长上的第一个落点；

根据第二段弧长对应的偏转半径，在第一个圆心O₁和第一个落点的连线上确定第二个圆心O₂；根据第二个圆心O₂和第二段弧长对应的偏转角度∠2，确定总弧长上的第二个落点；

以此类推，确定总弧长上的第m个落点，直到在总弧长上确定n个落点，从第一段弧长到第n段弧长的累积弧为总弧长的1/3。

5.一种中精度地图交叉路口引导线优化系统，其特征在于，包括：

计算模块，用于基于交叉路口道路引导线优化后的总弧长和最小曲率半径，计算出缓和曲线A值；根据所述缓和曲线A值和当前第m段弧长对应的累积弧长，计算第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度；

确定模块，用于基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点；重复在总弧长上确定落点，直到累积弧长达到总弧长的1/3，寻找到n个落点；以及对于对称的1/3总弧长，采用同样的方式确定n个落点；

生成模块，用于对于总弧长两端的n个落点中的相邻两个落点，采用圆弧进行连接，对于总弧长上未寻找落点的1/3弧长，采用圆弧进行连接，生成交叉路口道路优化后的引导线。

6.根据权利要求5所述的引导线优化系统，其特征在于，所述确定模块，用于基于第m段弧长对应的偏转半径和偏转角度，确定在总弧长上的第m个落点，包括：

根据第一段弧长对应的偏转半径R1和入口向量，确定第一个圆心O₁；根据第一个圆心O₁和第一段弧长对应的偏转角度∠1，确定总弧长上的第一个落点；

根据第二段弧长对应的偏转半径，在第一个圆心O₁和第一个落点的连线上确定第二个圆心O₂；根据第二个圆心O₂和第二段弧长对应的偏转角度∠2，确定总弧长上的第二个落点；

以此类推，确定总弧长上的第m个落点，直到在总弧长上确定n个落点，从第一段弧长到第n段弧长的累积弧为总弧长的1/3。

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如权利要求1-4任一项所述的中精度地图交叉路口引导线优化方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的中精度地图交叉路口引导线优化方法的步骤。

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