CN114964285A - 基于动态等待区域的导航方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

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CN114964285A CN202210444308.XA CN202210444308A CN114964285A CN 114964285 A CN114964285 A CN 114964285A CN 202210444308 A CN202210444308 A CN 202210444308A CN 114964285 A CN114964285 A CN 114964285A
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Abstract

本发明提供了基于动态等待区域的导航方法、系统、设备及存储介质，该方法包括以下步骤：对每个车辆基于当前任务在场地区域的路网中的起始位置和目标位置进行导航规划，获得导航路径的计划旅行时间；至少根据车辆在每个场地区域的预设使用时长上限、被配置的任务级别以及计划旅行时间，获得车辆在每个场地区域内的最长等待时间；当车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的最长等待时间，至少基于路网热力图更新目标位置；根据更新后目标位置和车辆的当前位置，更新导航路径。本发明能够应用于港口等复杂作业环境中，实现大量无人车之间的路径协同规划，有效防止因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。

Description

基于动态等待区域的导航方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及路径规划技术领域，尤其涉及一种基于动态等待区域的导航方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
随着高新科技的迅速发展，先进的通讯、信息、计算机交通科学等多种学科融合起来，应用于改善车辆和道路交通系统中的问题。随着智能交通系统的研究，车辆导航系统(Vehicle Navigation System，简称VNS)和车队管理系统(Fleet Management System)的思想应运而生。最优路径规划问题是车辆导航系统中最基本的问题，起着关键性的作用。在交通网络中，最优路径规划广泛应用于成本最低的运输路径选择，建设和维护通信线路，运输货流的分析，城市应急救援、人员紧急疏散和城市公共交通网络的规划等诸多方面。
而港口场景作为特殊的半封闭式运输场景，相比于物流仓库或全自动化港口的全封闭式场景，所谓半封闭式，特点就是港口内的道路可能由港口内部水平运输车辆与港口外部车辆同时共享路权并完成运输任务的场景。目前，在港口水平运输流程中，在某些特定区域又限制车辆数量的要求。比如在锁站区域通常限制每个锁站有一辆车进行作业，一辆车执行等待任务。其他将要进入锁站的车辆则不允许进入锁站区域。在岸桥区域，由于安全性要求，针对无人驾驶车辆，每次只允许3至4辆车进入特定岸桥区域下执行装卸作业。
而如果针对特定的区域内车辆进入限制情况，通常的流程是让车辆在前一个区域进行等待，直到下一个区域操作完成才可以将车辆放行。使用这样的策略在较小的码头的日常运营中不会对效率产生过多影响。然而针对拥有多个泊位，且纵深较大的码头而言，车辆在两个不同区域间穿行所消耗的时间将变得十分严重。为了解决这一问题，如何动态有效的在港口区域中选择车辆等待位是一个复杂的开放问题。
有鉴于此，本发明提供了一种基于动态等待区域的导航方法、系统、设备及存储介质。
需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供基于动态等待区域的导航方法、系统、设备及存储介质，克服了现有技术的困难，能够应用于港口等复杂作业环境中，实现大量无人车之间的路径协同规划，有效防止因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。
本发明的实施例提供一种基于动态等待区域的导航方法，包括以下步骤：
S110、对每个车辆基于当前任务在场地区域的路网中的起始位置和目标位置进行导航规划，获得导航路径的计划旅行时间；
S120、至少根据所述车辆在每个场地区域的预设使用时长上限、被配置的任务级别以及计划旅行时间，获得所述车辆在每个所述场地区域内的最长等待时间；
S130、当所述车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的所述最长等待时间，至少基于路网热力图更新目标位置；
S140、根据更新后所述目标位置和所述车辆的当前位置，更新所述导航路径。
优选地，所述场地区域至少包括通行类区域和用于装卸货的作业类区域，所述通行类区域的预设使用时长上限大于所述作业类区域的预设使用时长上限。
优选地，在步骤S120中，获得所述最长等待时间t的公式为：
Figure BDA0003615198930000031
其中，W为每个区域的最长等待时间；
TL为所述车辆的预设任务优先级别，TL值约大任务优先级越高，TL的取值范围是1至20；
ET为每个车辆执行当前任务的计划旅行时间；
n为当前路网中的车辆总数；
W＝P×Q，P为加权系数，P的取值范围是0.1至0.5，Q为所述预设使用时长上限。
优选地，所述场地区域为港口区域，所述港口区域的作业类区域包括：岸桥作业等待区、锁站作业等待区、堆场作业等待区、空箱堆场作业等待区，所述岸桥作业等待区的预设使用时长上限为8分钟，所述锁站作业等待区的预设使用时长上限为5分钟，所述堆场作业等待区的预设使用时长上限为8分钟，所述空箱堆场作业等待区的预设使用时长上限为8分钟；
所述港口区域的通行类区域为行驶道路区，所述行驶道路区的预设使用时长上限为15分钟。
优选地，在步骤S130中，当所述车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的所述最长等待时间，基于路网热力图遍历所述路网中的等待车位，获得每个车位所在位置的热力值，将所述热力值低于预设阈值，且距离低于预设阈值的至少一等待车位，作为更新后的目标位置。
优选地，在步骤S130中，包括以下步骤：
S131、判断是否满足所述车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的所述最长等待时间，并且，所述车辆的当前任务对应的所述目标位置还未解锁，若是，则执行步骤S133，若否，则返回步骤S131；
S133、基于路网热力图遍历所述路网中的等待车位，获得每个车位所在位置的热力值；
S134、获得所述热力值低于预设阈值的等待车位的集合；
S135、获得所述集合中距离车辆当前位置的间距低于预设阈值的至少一等待车位，作为更新后的目标位置。
优选地，在步骤S131之后、步骤S133之前，还包括：
步骤S132、实时更新所述路网热力图。
优选地，所述步骤S133包括：
S1331、将现有路网中每个道路下挂的车道作为基础通行路径，并且基于所述道路之间的连接关系以及所述车道之间的相邻关系，建立车道级路网；
S1332、实时更新路网中每个所述车道的势能值，当任一所述车道有一车辆进入、接近或被规划为导航路径，则所述车道势能值对应增加A、B或C，且A＞B＞C；
S1333、所述等待车位的热力值等于所述等待车位所在的所述车道的热力值。
优选地，所述路网中的等待车位分别沿着所述场地区域的非路口区域的行驶道路区的所述车道上间隔排布，所述等待车位的长度大于等于所述车辆的长度，在每条所述车道中，所述等待车位的长度方向平行于所述车道的行驶方向，同一条车道的相邻车所述等待车位之间的间距大于所述车辆的所需的变道距离。
本发明的实施例还提供一种基于动态等待区域的导航系统，用于实现上述的基于动态等待区域的导航方法，基于动态等待区域的导航系统包括：
导航规划模块，对每个车辆基于当前任务在场地区域的路网中的起始位置和目标位置进行导航规划，获得导航路径的计划旅行时间。
更新触发模块，至少根据所述车辆在每个场地区域的预设使用时长上限、被配置的任务级别以及计划旅行时间，获得所述车辆在每个所述场地区域内的最长等待时间。
动态等待模块，当所述车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的所述最长等待时间，至少基于路网热力图更新目标位置。
导航更新模块，根据更新后所述目标位置和所述车辆的当前位置，更新所述导航路径。
本发明的实施例还提供一种基于动态等待区域的导航设备，包括：
处理器；
存储器，其中存储有处理器的可执行指令；
其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行上述基于动态等待区域的导航方法的步骤。
本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现上述基于动态等待区域的导航方法的步骤。
本发明的基于动态等待区域的导航方法、系统、设备及存储介质，能够应用于港口等复杂作业环境中，实现大量无人车之间的路径协同规划，有效防止因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明的基于动态等待区域的导航方法的流程图。
图2是本发明的基于动态等待区域的导航方法中步骤S130的具体流程步骤示意图。
图3是本发明的基于动态等待区域的导航方法的实施场景的示意图。
图4是本发明的基于动态等待区域的导航系统的结构示意图。
图5是本发明的基于动态等待区域的导航设备的结构示意图。以及
图6是本发明一实施例的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本申请所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用系统，本申请中的各项细节也可以根据不同观点与应用系统，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。
在本申请的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的表示中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了明确说明本申请，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。
在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
当说某器件在另一器件“之上”时，这可以是直接在另一器件之上，但也可以在其之间伴随着其它器件。当对照地说某器件“直接”在另一器件“之上”时，其之间不伴随其它器件。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本发明中用来表示各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等表示。再者，如同在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。
虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本申请所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的内容相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。
图1是本发明的基于动态等待区域的导航方法的流程图。如图1所示，本发明的实施例提供一种基于动态等待区域的导航方法，包括以下步骤：
S110、对每个车辆基于当前任务在场地区域的路网中的起始位置和目标位置进行导航规划，获得导航路径的计划旅行时间。
S120、至少根据车辆在每个场地区域的预设使用时长上限、被配置的任务级别以及计划旅行时间，获得车辆在每个场地区域内的最长等待时间。
S130、当车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的最长等待时间，至少基于路网热力图更新目标位置。
S140、根据更新后目标位置和车辆的当前位置，更新导航路径。
本发明通过动态获取对每个场地区域的最长等待时间，若当前车辆所在的场地区域的最长等待时间耗尽时，则调度该车辆前往目的地或转换更加靠近目的地的等待区等待，从而实现了在港口区域中动态地选择车辆等待位，有效规避了因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。
在一个优选实施例中，场地区域至少包括通行类区域和用于装卸货的作业类区域，通行类区域的预设使用时长上限大于作业类区域的预设使用时长上限，但不以此为限。
在一个优选实施例中，在步骤S120中，获得最长等待时间t的公式为：
Figure BDA0003615198930000081
其中，W为每个区域的最长等待时间。
TL为车辆的预设任务优先级别，TL值约大任务优先级越高，TL的取值范围是1至20。在一个优选例中，TL的取值范围是1至10。
ET为每个车辆执行当前任务的计划旅行时间。
n为当前路网中的车辆总数。
W＝P×Q，P为加权系数，P的取值范围是0.1至0.5，Q为预设使用时长上限。在一个优选例中，P为1/6，但不以此为限。
在一个优选实施例中，场地区域为港口区域，港口区域的作业类区域包括：岸桥作业等待区、锁站作业等待区、堆场作业等待区、空箱堆场作业等待区，岸桥作业等待区的预设使用时长上限为8分钟，锁站作业等待区的预设使用时长上限为5分钟，堆场作业等待区的预设使用时长上限为8分钟，空箱堆场作业等待区的预设使用时长上限为8分钟。港口区域的通行类区域为行驶道路区，行驶道路区的预设使用时长上限为15分钟，但不以此为限。
在一个优选实施例中，在步骤S130中，当车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的最长等待时间，基于路网热力图遍历路网中的等待车位，获得每个车位所在位置的热力值，将热力值低于预设阈值，且距离低于预设阈值的至少一等待车位，作为更新后的目标位置，但不以此为限。
图2是本发明的基于动态等待区域的导航方法中步骤S130的具体流程步骤示意图。如图2所示，在步骤S130中，包括以下步骤：
S131、判断是否满足车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的最长等待时间，并且，车辆的当前任务对应的目标位置还未解锁，若是，则执行步骤S132，若否，则返回步骤S131。
步骤S132、实时更新路网热力图。
S133、基于路网热力图遍历路网中的等待车位，获得每个车位所在位置的热力值。
S134、获得热力值低于预设阈值的等待车位的集合。
S135、获得集合中距离车辆当前位置的间距低于预设阈值的至少一等待车位，作为更新后的目标位置。
在一个优选实施例中，步骤S133包括：
S1331、将现有路网中每个道路下挂的车道作为基础通行路径，并且基于道路之间的连接关系以及车道之间的相邻关系，建立车道级路网。
S1332、实时更新路网中每个车道的势能值，当任一车道有一车辆进入、接近或被规划为导航路径，则车道势能值对应增加A、B或C，且A＞B＞C。
S1333、等待车位的热力值等于等待车位所在的车道的热力值，但不以此为限。
在一个优选实施例中，路网中的等待车位分别沿着场地区域的非路口区域的行驶道路区的车道上间隔排布，等待车位的长度大于等于车辆的长度，在每条车道中，等待车位的长度方向平行于车道的行驶方向，同一条车道的相邻车等待车位之间的间距大于车辆的所需的变道距离，但不以此为限。
本发明的实施过程主要包括：
(1)车辆到达时间估计
在车队级规划过程中，港口整体水平运输车辆是一个动态的流动的场景。不同车辆针对不同的作业场景，在不同的时间维度上对于港口道路承载力影响不同。一辆停在十字路口中心的卡车应当被首先排除，而停在边缘非工作区的车辆则容忍度更高。在港口的布局设计上，一般的理念是将车辆数量设计到最大以满足极限情况下的作业要求。当车辆数达到某一区域的极限时，需要对这一区域进行流量控制，限制后续车辆进入该区域的权限。
这些区域可能是动态的，也可能是静态的。
静态区域通常是岸桥，场桥作业区，锁站等待区等。
动态区域可能遍布港口全部位置。
动态限制区域的选择应当考虑车辆到达目的地时间。针对这一时间进行估计需要通过针对全局车辆路径规划的结果以及等待时间的结果进行考虑。
针对车辆到达时间的估计步骤如下：
Step 1.获取车辆的路径规划结果
Step 2.将每个车辆的路径规划进行分割，分成交叉与无交叉
Step 3.针对每个无交叉段落进行速度规划，并根据速度估计结果计算通行时间
Step 4.针对交互区域计算车辆的交互叠层关系以及等待关系，计算车辆的等待时间以及通行时间
Step 5.将上述时间进行整合，根据路径长度以及段落个数进行时间拼接，得出总体结果
(2)港区势能计算
在生成车道级路网后需要将地图动态化，即对于地图的各车道上车辆以及车辆未来是否进过的热度进行动态的监控。形成一张势能关系图，在路径规划过程中考虑势能关系的情况下进行规划。
具体的步骤为：将路网上的车道进行热度划分，当车辆进入该车道时，该车道的热度加10，当车辆离开该车道时车道的热度减20。当车辆规划的道路在车道上时，车道的热度加3，当车辆马上要到达车道时，车道的热度加7.
使用上述参数进行路径规划得到了较好的结果。
(3)动态等待区选择
3.1动态等待区的分类
在港口环境中，根据等待区的功能不同区分定义不同等待区的行为，下表说明了不同等待区的对应功能和特性：
Figure BDA0003615198930000101
Figure BDA0003615198930000111
根据上表中等待区的种类划分，可以设置港口内不同等待区的调整时长以及判断值。
3.3动态等待区的最长等待时间
而根据不同的判断值可以得出港口内等待区最长等待时间t(unit:s)的计算公式：
Figure BDA0003615198930000112
其中，t为不同区域的最长等待时间；
TL为任务优先级，是一个1-10的值，TL值约大任务优先级越高；
ET为车辆当前任务的计划旅行时间；
n为路网中当前的车辆总数(包括行驶状态和停车状态的所有车辆)；
W的设定值为等待或旅行时间的六分之一；
例如：
区域 W(单位:秒)
STS 30
Apron 10
Yard 30
Empty 30
Corridor 60
使用上述方法进行计算可以得出每一个等待区的最长等待时间。
当等待区的最长等待时间耗尽时，车辆应当被调度前往目的地或转换更加靠近目的地的等待区等待。
3.3动态等待区选择算法
在区域限制场景中，将等待区分为动态与静态两种。在港口环境下，一般会部署一些静态等待区，例如车辆停车场，充电区，装卸等待位等。而静态区域的进入或离开通常需要满足一定规则，也就是说车辆不会每次必须可以进入静态等待区，即使计划进入等待也需要考虑静态等待区的空闲位。因此需要考虑动态等待区的选择。
港口内动态等待区的选择满足以下几个步骤：
Step 1.首先选择动态等待区生成位置。
动态等待区的创建和生成需要考虑港口的整体布局。首先要避开路口区域，由于港口道路设计特殊性，每一个路口的等待阻塞都可能会引起连锁反应；
其次要避开作业车道以及作业车道相邻道路。在港口作业规范中，作业车道以及相邻车道之间应当被清空用于作业以及作业完成后的变道切出条件；
最后要避开道路上原有的拥堵区域。
Step 2.维护动态等待区中车辆的数量以及进出条件
根据第4章的计算结果可以将等待区标记为不同的热力区间，以此判断等待区的选取优先级。
将可选区域分割成前后间隔的等待区块，根据车辆控制转弯半径，两个等待区块前后应当间隔10m。
Step 3.持续维护动态等待区的等待时长情况
在动态等待区的持续维护上，考虑等待区的平均等待时长以及占用时长，针对等待与占用时长较长的等待区应当考虑增加等待区的范围。而针对占用时间较短的等待区，应当考虑减少等待区范围或直接删除等待区。
为测试算法的可行性，构造了一系列测试地图并在这些地图上进行算法验证。其中，地图1拥有64个节点，地图2拥有450个节点，地图3拥有80000多个节点。
针对不同地图，我们的算法将随机选取地图上的两点作为车辆的起点和终点，并迭代10000次，计算每次寻路结果的计算时间并取平均值。以下是针对单次计算(单车系统)的计算结果。
Figure BDA0003615198930000131
从单车系统结果中可以看出，本文的算法在大地图上表现出较高的收敛速度，当节点数增大后，平均计算时间仍然在一个可以接受的范围内。同时算法的迭代次数也在一个较为合理的区间内。
针对动态等待区生成计算时间，本文的计算结果如下：
Map 1 Map 2 Map 3
2ms 5ms 12ms
本文从岸桥效率出发，统计每小时岸桥的作业数以此来观察整个港口的运行效率。
使用本文的动态等待区对港口运营的效率影响：
Map 1 Map 2 Map 3
使用本文算法 NA 30 29.73
未使用本文算法 NA 24.23 17.52
从数据上看，使用本文的等待区算法对港口实际效率提升较大，越大的场景，提升效率越明显。
图3是本发明的基于动态等待区域的导航方法的实施场景的示意图。如图3所示，在一个港区的集装箱堆放区域，包括了三个作业类区域21、22、23(集装箱堆放以及装卸区域)和连通各个作业类区域21、22、23的各条道路组合形成通行类区域1，共有20辆集卡在港区内行驶。其中，当前车辆10的任务是自起始位置行驶到作业类区域23中搬运集装箱，但是由于作业类区域23的作业位置全满，造成了作业类区域23附近的车辆的堵塞、排长队等待，如果当前车辆10此刻，继续前往作业类区域23，只能加重堵塞的情况，恶化路网通行情况，形成死锁。路网中的等待车位分别沿着场地区域的非路口区域的行驶道路区的车道上间隔排布，等待车位的长度大于等于车辆的长度，在每条车道中，等待车位的长度方向平行于车道的行驶方向，同一条车道的相邻车等待车位之间的间距大于车辆的所需的变道距离，但不以此为限。
而通过本发明的步骤，首先，对每个车辆基于当前任务在场地区域的路网中的起始位置和目标位置进行导航规划，获得导航路径的计划旅行时间。
然后，当前车辆10在通行类区域1内的最长等待时间t为：
Figure BDA0003615198930000141
其中，W为每个区域的最长等待时间。
TL为车辆的预设任务优先级别，TL值约大任务优先级越高，TL的取值范围是1至20。在一个优选例中，TL的取值范围是1至10。
ET为每个车辆执行当前任务的计划旅行时间。
n为当前路网中的车辆总数。
W＝1/6×Q，作业类区域21、22、23的预设使用时长上限均为5分钟，通行类区域1的预设使用时长上限均为10分钟，通过计算，获得当前车辆10在通行类区域1内的最长等待时间t＝8分钟。而当前车辆10在通行类区域1的时间累计超过对应的最长等待时间，触发后续的基于路网热力图更新目标位置。
在一种情况下，若当前车辆10在当前场地区域的时间累计超过对应的最长等待时间，并且，当前车辆10的当前任务对应的目标位置已经解锁(作业类区域23具有空闲的作业位)，则当前车辆10立刻向作业类区域23行驶，以便尽早完成任务。
在另一种情况下，若当前车辆10在当前场地区域的时间累计超过对应的最长等待时间，并且，当前车辆10的当前任务对应的目标位置还未解锁(作业类区域23依旧没有空闲的作业位)，实时更新路网热力图。将现有路网中每个道路下挂的车道作为基础通行路径，并且基于道路之间的连接关系以及车道之间的相邻关系，建立车道级路网。实时更新路网中每个车道的势能值，当任一车道有一车辆进入、接近或被规划为导航路径，则车道势能值对应增加A、B或C，且A＞B＞C。等待车位的热力值等于等待车位所在的车道的热力值。实时更新路网中每个车道的势能值；当车道有一车辆进入，则车道势能值增加A；当一车辆进入基于车道的预设邻近范围内，则车道势能值增加B；当一车辆的导航规划经过车道，则车道势能值增加C；当车道有一车辆离开，则车道势能值减少D，D＝A+B+C。其中，A＝B+C，且A≥2C。
获得热力值低于预设阈值的等待车位的集合。获得集合中距离车辆当前位置的间距最小的等待车位12，作为更新后的目标位置。根据更新后目标位置(等待车位12)和当前车辆10的当前位置，更新导航路径13。例如：基于车道级路网获得总距离最短的若干车道级备选路径，将车道级备选路径根据经过车道的势能值总和进行排序，将经过车道的势能值总和最小的车道级备选路径作为车道级导航路径13。
本发明通过动态获取对每个场地区域的最长等待时间，若当前车辆所在的场地区域的最长等待时间耗尽时，则调度该车辆前往目的地或转换更加靠近目的地的等待区等待，从而实现了在港口区域中动态地选择车辆等待位，有效规避了因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。
图4是本发明的基于动态等待区域的导航系统的结构示意图。如图4所示，本发明的基于动态等待区域的导航系统5，包括：
导航规划模块51，对每个车辆基于当前任务在场地区域的路网中的起始位置和目标位置进行导航规划，获得导航路径的计划旅行时间。
更新触发模块52，至少根据车辆在每个场地区域的预设使用时长上限、被配置的任务级别以及计划旅行时间，获得车辆在每个场地区域内的最长等待时间。
动态等待模块53，当车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的最长等待时间，至少基于路网热力图更新目标位置。
导航更新模块54，根据更新后目标位置和车辆的当前位置，更新导航路径。
本发明的基于动态等待区域的导航系统，能够应用于港口等复杂作业环境中，实现大量无人车之间的路径协同规划，有效防止因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。
本发明实施例还提供一种基于动态等待区域的导航设备，包括处理器。存储器，其中存储有处理器的可执行指令。其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行的基于动态等待区域的导航方法的步骤。
如上，本发明的基于动态等待区域的导航设备能够应用于港口等复杂作业环境中，实现大量无人车之间的路径协同规划，有效防止因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。
所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。
图5是本发明的基于动态等待区域的导航设备的结构示意图。下面参照图5来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图5显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。
其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。
存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。
存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现的基于动态等待区域的导航方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
如上所示，该实施例的计算机可读存储介质的程序在执行时，能够应用于港口等复杂作业环境中，实现大量无人车之间的路径协同规划，有效防止因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。
图6是本发明的计算机可读存储介质的结构示意图。参考图6所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，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。
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、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。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(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。
计算机可读存储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，其中承载了可读程序代码。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。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、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。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，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设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
综上，本发明的基于动态等待区域的导航方法、系统、设备及存储介质，能够应用于港口等复杂作业环境中，实现大量无人车之间的路径协同规划，有效防止因为某一作业区拥堵排队后，造成全局堵塞、死锁的发生，大大提升车队整体运输效率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
S110、对每个车辆基于当前任务在场地区域的路网中的起始位置和目标位置进行导航规划，获得导航路径的计划旅行时间；
S120、至少根据所述车辆在每个场地区域的预设使用时长上限、被配置的任务级别以及计划旅行时间，获得所述车辆在每个所述场地区域内的最长等待时间；
S130、当所述车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的所述最长等待时间，至少基于路网热力图更新目标位置；
S140、根据更新后所述目标位置和所述车辆的当前位置，更新所述导航路径。
2.根据权利要求1所述的基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，所述场地区域至少包括通行类区域和用于装卸货的作业类区域，所述通行类区域的预设使用时长上限大于所述作业类区域的预设使用时长上限。
3.根据权利要求1所述的基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，在步骤S120中，获得所述最长等待时间t的公式为：
Figure FDA0003615198920000011
其中，W为每个区域的最长等待时间；
TL为所述车辆的预设任务优先级别，TL值约大任务优先级越高，TL的取值范围是1至20；
ET为每个车辆执行当前任务的计划旅行时间；
n为当前路网中的车辆总数；
W＝P×Q，P为加权系数，P的取值范围是0.1至0.5，Q为所述预设使用时长上限。
4.根据权利要求3所述的基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，所述场地区域为港口区域，所述港口区域的作业类区域包括：岸桥作业等待区、锁站作业等待区、堆场作业等待区、空箱堆场作业等待区，所述岸桥作业等待区的预设使用时长上限为8分钟，所述锁站作业等待区的预设使用时长上限为5分钟，所述堆场作业等待区的预设使用时长上限为8分钟，所述空箱堆场作业等待区的预设使用时长上限为8分钟；
所述港口区域的通行类区域为行驶道路区，所述行驶道路区的预设使用时长上限为15分钟。
5.根据权利要求1所述的基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，在步骤S130中，当所述车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的所述最长等待时间，基于路网热力图遍历所述路网中的等待车位，获得每个车位所在位置的热力值，将所述热力值低于预设阈值，且距离低于预设阈值的至少一等待车位，作为更新后的目标位置。
6.根据权利要求5所述的基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，在步骤S130中，包括以下步骤：
S131、判断是否满足所述车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的所述最长等待时间，并且，所述车辆的当前任务对应的所述目标位置还未解锁，若是，则执行步骤S133，若否，则返回步骤S131；
S133、基于路网热力图遍历所述路网中的等待车位，获得每个车位所在位置的热力值；
S134、获得所述热力值低于预设阈值的等待车位的集合；
S135、获得所述集合中距离车辆当前位置的间距低于预设阈值的至少一等待车位，作为更新后的目标位置。
7.根据权利要求1所述的基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，在步骤S131之后、步骤S133之前，还包括：
步骤S132、实时更新所述路网热力图。
8.根据权利要求7所述的基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，所述步骤S133包括：
S1331、将现有路网中每个道路下挂的车道作为基础通行路径，并且基于所述道路之间的连接关系以及所述车道之间的相邻关系，建立车道级路网；
S1332、实时更新路网中每个所述车道的势能值，当任一所述车道有一车辆进入、接近或被规划为导航路径，则所述车道势能值对应增加A、B或C，且A＞B＞C；
S1333、所述等待车位的热力值等于所述等待车位所在的所述车道的热力值。
9.根据权利要求8所述的基于动态等待区域的导航方法，其特征在于，所述路网中的等待车位分别沿着所述场地区域的非路口区域的行驶道路区的所述车道上间隔排布，所述等待车位的长度大于等于所述车辆的长度，在每条所述车道中，所述等待车位的长度方向平行于所述车道的行驶方向，同一条车道的相邻车所述等待车位之间的间距大于所述车辆的所需的变道距离。
10.一种基于动态等待区域的导航系统，其特征在于，所述系统包括：
导航规划模块，对每个车辆基于当前任务在场地区域的路网中的起始位置和目标位置进行导航规划，获得导航路径的计划旅行时间；
更新触发模块，至少根据所述车辆在每个场地区域的预设使用时长上限、被配置的任务级别以及计划旅行时间，获得所述车辆在每个所述场地区域内的最长等待时间；
动态等待模块，当所述车辆在当前场地区域的时间累计超过对应的所述最长等待时间，至少基于路网热力图更新目标位置；
导航更新模块，根据更新后所述目标位置和所述车辆的当前位置，更新所述导航路径。
11.一种基于动态等待区域的导航设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至9中任一项所述的基于动态等待区域的导航方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现权利要求1至9中任一项所述的基于动态等待区域的导航方法的步骤。
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