CN114839983B - 基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法 - Google Patents

基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，包括：获取道路地图形成中心线点集；将直路上的相邻点进行连接，构建出初始路径规划地图；基于集装箱运输点的箱门位置，对编号进行以箱门位置为正向或反向的映射重新编号处理，对初始路径规划地图进行第二次重构；遍历二次路径规划地图中的所有点，找到每一个点以及其相邻点，夹角为锐角的情况时，选择增设另一条道路的点，形成转弯路径的修整；利用最短路径算法构建出每两个点之间的最优路径。本发明的有益效果：采用不同的映射关系编号表示同一个结点的箱门朝向状态，建立正反向点的邻接关系，利用最短路径算法计算任务路径实现在复杂多变的集卡自动驾驶方面的路径规划。

Description

基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法
技术领域
本申请涉及无人自动驾驶技术领域，尤其涉及一种基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法。
背景技术
在港口场景中，自动驾驶需要处理运输集装箱时每个运输点的箱门朝向问题。比如运输工具去岸桥下进行装船或者卸船的时候，集装箱的箱门朝向取决于船舶的停船方向(如图一的港口布局示意图中的船头可以向上也可以向下)，还有在空箱堆场的集装箱的箱门朝向有时会发生调整。
因此对于无人驾驶而言，如何针对箱门不同向的情况并快速规划合理路径，是当前需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，考虑箱门朝向问题，针对多变的港口情况实现快速路径规划。
本申请实施例提供了一种基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，包括：
获取道路地图以及地图道路中心线的坐标点，形成中心线点集；
基于所述中心线点集设立初始原点并同时作为坐标原点，向横纵正向依次递增标号，将直路上的相邻点进行连接，构建出初始路径规划地图；
基于集装箱运输点的箱门位置，对编号进行以箱门位置为正向或反向的映射重新编号处理，对初始路径规划地图进行第二次重构，形成二次路径规划地图；
遍历二次路径规划地图中的所有点，找到每一个点以及其相邻点，对于以当前点为中心，两个相邻点与当前点的连线构成的夹角为锐角的情况时，选择增设另一条道路的点，形成转弯路径的修整；
基于修整之后的地图，利用最短路径算法构建出每两个点之间的最优路径，形成路径规划地图。
进一步地，所述道路地图中的坐标点包含有经纬度坐标，将地图数据简化，以每条车道的中心线以及端点坐标数据作为输出数据，形成所述中心线点集。
进一步地，所述包含有经纬度坐标的地图数据中基于UTM转换形成平面坐标数据，利用车道线端点获取车道中心线的端点坐标后形成包含每条车道的中心线点集。
进一步地，所述初始路径规划地图中的始标号不存在重号，在地图中每一个点对应其相邻点集合。
进一步地，所述初始路径规划地图中的路口处将距离交叉点最小转弯半径的点连接以形成转弯路径。
进一步地，所述最小转弯半径为运输车辆所能够完成的转弯最小半径。
进一步地，所述第二次重构时，将每一个点均进行不同的映射处理以使得每个点均对应一组新的编号，该编号包含一个正向编号和一个反向编号。
进一步地，所述转弯路径的修整中，对所需要修整的三个点的中心点的相邻点选取其编号中的另一个，作为新的路径。
进一步地，所述新的路径中，正向编号和反向编号的切换指示车辆需要进行倒车动作。
进一步地，在所述路径规划地图形成后，获取车辆的起始位置和目标位置，基于所述路径规划地图以及箱门的方向，输出路径。
本发明的有益效果：1.采用不同的映射关系编号表示同一个结点的箱门朝向状态，建立正向(反向)点的邻接关系，利用最短路径算法计算任务路径实现在复杂多变的集卡自动驾驶方面的路径规划；2.本发明不局限于集装箱的运输场景，也适合任意对车辆停位方向有双向要求的场景亦或者适用于为倒车入库提供路径规划的场景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的流程示意图；
图2是集装箱港口布局示意图；
图3是初始地图连接关系示意图；
图4是路口最终地图连接关系示意图；
图5是路径规划效果示意图一；
图6是路径规划效果示意图二。
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本申请所涉及的一种基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，采集道路中心线的GPS坐标点，将坐标点转换为UTM平面坐标作为地图上的结点，同时考虑每个结点箱门朝向问题，对结点进行编号，通过编号建立连接关系，并将编号作为起点和终点，基于地图进行最短路径的计算，完成路径规划。
具体地包括如下步骤：
S1:获取道路地图，该地图包含有经纬度坐标，基于UTM转换形成平面坐标数据，利用车道线端点获取车道中心线的端点坐标，将地图数据简化，以每条车道的中心线以及端点坐标数据作为输出数据，形成中心线点集。
可以理解的是：港口的道路一般为横向和纵向的道路，而且特点是横平竖直。利用GPS手持机测量道路车道线两端顶点的经纬度坐标。一般一条道路测量左右边界车道线的端点，即四个点即可。
对采集到的车道线端点经纬度坐标，进行UTM转换，得到平面坐标(每个坐标点可以用x，y来表示)。通过得到的车道线端点，计算车道的中心线端点坐标，并对计算后中心线进行插值处理，得到每条车道的中心线点集。
S2:基于中心线点集设立初始原点并同时作为坐标原点，向横纵正向依次递增标号，将直路上的相邻点进行连接，构建出初始路径规划地图。
可以理解的是：初始路径规划地图中的始标号不存在重号，在地图中每一个点对应其相邻点集合。初始路径规划地图中的路口处将距离交叉点最小转弯半径的点连接以形成转弯路径。最小转弯半径为运输车辆所能够完成的转弯最小半径。
作为一个具体的实施例，编号方式为从0开始，从下往上依次递增，从左往右依次递增，并且规定从下往上为正向，从左往右为正向。
S3:基于集装箱运输点的箱门位置，对编号进行以箱门位置为正向或反向的映射重新编号处理，对初始路径规划地图进行第二次重构，形成二次路径规划地图。
第二次重构时，将每一个点均进行不同的映射处理以使得每个点均对应一组新的编号，该编号包含一个正向编号和一个反向编号。
当然考虑到原始编号可能会与其他原始编号在二次重构后的正向编号或反向编号雷同，因此对二次重构的编号在格式上有所调整，比如右上角做标记等等方式，只是为了更加明显的区分。
S4:遍历二次路径规划地图中的所有点，找到每一个点以及其相邻点，对于以当前点为中心，两个相邻点与当前点的连线构成的夹角为锐角的情况时，选择增设另一条道路的点，形成转弯路径的修整。
在所形成的路径中，考虑到车辆驾驶的实际情况中，不可能直接完成各种位置角度的转换，有的角度下需要结合倒车的操作，以完成入库。在结合了所有路径情况之后，发现对于这种同一映射下的，夹角为锐角的路径，是需要引入倒车操作的，也就是说需要箱体掉头，因此在路径上来说，就需要将某一个相邻点的映射关系更换一下即可，作为新的路径。
因此，所形成的新的路径中，正向编号和反向编号的切换即指示车辆需要进行倒车动作。
S5:基于修整之后的地图，利用最短路径算法构建出每两个点之间的最优路径，形成路径规划地图。在路径规划地图形成后，获取车辆的起始位置和目标位置，基于所述路径规划地图以及箱门的方向，输出路径。
下面结合一个具体的实施例进行说明：
S1:采集港口道路中心线的GPS坐标点，得到的数据为经纬度。对采集到的车道线端点经纬度坐标，进行UTM转换，得到平面坐标。通过得到的车道线端点，计算车道的中心线端点坐标，并对计算后中心线进行插值处理，得到每条车道的中心线点集。
S2：对所有车道的点集坐标数据进行编，编号方式为从0开始，从下往上依次递增，从左往右依次递增，并且规定从下往上为正向，从左往右为正向。
将直路上的点相邻的点进行连接，路口处以距离交叉点最小转弯半径(运输工具能够完成转弯的最小半径)的点进行连接，建立初始地图，如图3所示。
这里只是展示一个十字路口的一半，对于另一半来说，无非是将本图旋转180度而已，其他的路口的情况基本上与这个路口一样。整个路径地图可以说只要定位到具体的路口，之后剩下的入库操作与本图完全一样，因此这里仅仅用图3就可以覆盖所有的情况。此时该路口的地图的连接表可以表示为：
结点0：邻接点编号1
结点1：邻接点编号0，2，4
结点2：邻接点编号1，3，4
结点3：邻接点编号2
结点4：邻接点编号1，2，5
结点5：邻接点编号4
S3：道路上的集装箱运输点存在于车道线的点集，由于每个运输点有箱门两个方向放置的状态，可以以正向和反向来表示。对每个点进行重新编号，本次映射关系基于奇偶数进行变换，也可以有其他较为复杂的变换。这里为了便于说明，编号方式为取奇偶数。假设初始编号为n，奇数编号为2n+1，偶数编号为2n。同时，以偶数编号表示正向点，奇数编号表示反向点来区分不同箱门朝向的坐标点。基于初始地图，重新构建地图连接关系。
正向点编号：其邻接点依旧是初始地图对应的点的邻接点的2倍。即：
结点0，映射后，编号0：邻接点编号2
结点1，映射后，编号2：邻接点编号0，4，8
结点2，映射后，编号4：邻接点编号2，6，8
结点3，映射后，编号6：邻接点编号4
结点4，映射后，编号8：邻接点编号2，4，10
结点5，映射后，编号10：邻接点编号8
反向点编号：其邻接点依旧是初始地图对应的点的邻接点的2倍再加1。即：
结点0，映射后，编号1：邻接点编号3
结点1，映射后，编号3：邻接点编号1，5，9
结点2，映射后，编号5：邻接点编号3，7，9
结点3，映射后，编号7：邻接点编号5
结点4，映射后，编号9：邻接点编号3，5，11
结点5，映射后，编号11：邻接点编号9
S4:遍历初始地图中的所有点，找到此点的相邻点(即前驱点和后继点)，计算从此点到前驱点构成的向量和从此点到后继点构成的向量之间的夹角。
从计算结果中选择夹角为锐角的点进行处理(因为锐角表明车辆无法完成转弯，比如初始地图中的结点1的邻接点为0和2时，夹角为180度，表示车辆可以直行；结点1的邻接点为0和4时，夹角为钝角，表示车辆可以转弯；而对于结点2，邻接点为1和4时，夹角为锐角，表示车辆无法转弯)；
找到要处理的点之后，再从其邻接点中选择属于另一条道路的点。此处标记要处理的点为A，从邻接点找到的点为B。比如：选择处理结点A为2，其相邻点中选择结点4为B，因为结点4与结点2不在同一条道路上。换言之，需要找到车辆的转弯途径点。
此时处理A、B各自对应的正向点(偶数点)和反向点(奇数点)的邻接关系，邻接关系如图4所示。结点2A的相邻结点中2B的编号修改为2B+1，结点2B+1的相邻结点中2A+1的点编号修改为2A。结点2B的相邻结点中2A的编号修改为2A+1，结点2A+1的相邻结点中2B+1的编号修改为2B。这样就完成了正向点之间不允许转弯，但是可以从正向点可以转弯至反向点，也可以从反向点转弯至正向点。比如，初始地图中A为2，B为4，偶数点2A为4，奇数点2B为8，经过邻接关系修改后，2A和2B+1互通，即4和9建立连接关系；同时2A+1和2B互通，即5和8建立连接关系。故最终地图的邻接关系为：
结点0，映射后，正向点编号0：邻接点编号2
结点0，映射后，反向点编号1：邻接点编号3
结点1，映射后，正向点编号2：邻接点编号0，4，8
结点1，映射后，反向点编号3：邻接点编号1，5，9
结点2，映射后，正向点编号4：邻接点编号2，6，9(原8)
结点2，映射后，反向点编号5：邻接点编号3，7，8(原9)
结点3，映射后，正向点编号6：邻接点编号4
结点3，映射后，反向点编号7：邻接点编号5
结点4，映射后，正向点编号8：邻接点编号2，5(原4)，10
结点4，映射后，反向点编号9：邻接点编号3，4(原5)，11
结点5，映射后，正向点编号10：邻接点编号8
结点5，映射后，反向点编号11：邻接点编号9
S5:建立最终地图之后，通过选择任意最短路径算法(常用的有A*算法，这里就不赘述了)，根据运输任务中的起点坐标x，y和箱门朝向映射到地图中的结点编号，再根据运输任务中的终点坐标x，y和箱门朝向映射到地图中的结点编号，完成基于最终地图上的起点到终点的最短路径计算，即可计算出合理的路径完成运输任务。
如图5所示：
运输工具起始位置为初始地图的结点0，箱门朝下，则车头朝上，故最终地图上的结点选择正向点，即结点编号为0。终点位置为初始地图的结点5，箱门朝左，则车头朝右，故最终地图上的结点选择正向点(前边步骤d已经规定正向)，即结点编号为10。则路径计算结果为：0->2->8->10。路径点都是偶数，运输工具不存在倒车的行为。
如图6所示：
运输工具起始位置为初始地图的结点0，箱门朝下，则车头朝上，故最终地图上的结点选择正向点，即结点编号为0。终点位置为初始地图的结点5，箱门朝右，则车头朝左，故最终地图上的结点选择反向点(前边步骤d已经规定正向)，即结点编号为11。则路径计算结果为：0->2->4->9->11。运输工具会在偶数点到奇数点(其他情况可能是奇数点到偶数点，总之是奇偶变化时)过程中完成倒车转弯的行为。
当然本发明不局限于集装箱的运输场景，也适合任意对车辆停位方向有双向要求的场景；也适用于为倒车入库提供路径规划的场景，奇偶数结点切换时是车辆开始倒车的时机。同时，本申请中是采用的倍数后奇偶数的映射变化，以其他线性映射也能够满足条件。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (7)

1.一种基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，其特征在于，包括：
获取道路地图以及地图道路中心线的坐标点，形成中心线点集；
基于所述中心线点集设立初始原点并同时作为坐标原点，向横纵正向依次递增标号，将直路上的相邻点进行连接，构建出初始路径规划地图；
基于集装箱运输点的箱门位置，对编号进行以箱门位置为正向或反向的映射重新编号处理，对初始路径规划地图进行第二次重构，形成二次路径规划地图；所述第二次重构时，将每一个点均进行不同的映射处理以使得每个点均对应一组新的编号，该编号包含一个正向编号和一个反向编号；
遍历二次路径规划地图中的所有点，找到每一个点以及其相邻点，对于以当前点为中心，两个相邻点与当前点的连线构成的夹角为锐角的情况时，选择增设另一条道路的点，形成转弯路径的修整；所述转弯路径的修整中，对所需要修整的三个点的中心点的相邻点选取其编号中的另一个，作为新的路径；所述新的路径中，正向编号和反向编号的切换指示车辆需要进行倒车动作；
基于修整之后的地图，利用最短路径算法构建出每两个点之间的最优路径，形成路径规划地图。
2.根据权利要求1所述的基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，其特征在于，所述道路地图中的坐标点包含有经纬度坐标，将地图数据简化，以每条车道的中心线以及端点坐标数据作为输出数据，形成所述中心线点集。
3.根据权利要求2所述的基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，其特征在于，所述包含有经纬度坐标的地图数据中基于UTM转换形成平面坐标数据，利用车道线端点获取车道中心线的端点坐标后形成包含每条车道的中心线点集。
4.根据权利要求1所述的基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，其特征在于，所述初始路径规划地图中的始标号不存在重号，在地图中每一个点对应其相邻点集合。
5.根据权利要求4所述的基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，其特征在于，所述初始路径规划地图中的路口处将距离交叉点最小转弯半径的点连接以形成转弯路径。
6.根据权利要求5所述的基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，其特征在于，所述最小转弯半径为运输车辆所能够完成的转弯最小半径。
7.根据权利要求1所述的基于地图连接关系的自动驾驶路径规划方法，其特征在于，在所述路径规划地图形成后，获取车辆的起始位置和目标位置，基于所述路径规划地图以及箱门的方向，输出路径。
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