CN115727866A - 用于交叉路口的道路边缘检测的基于几何的模型 - Google Patents

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CN115727866A CN202211070908.0A CN202211070908A CN115727866A CN 115727866 A CN115727866 A CN 115727866A CN 202211070908 A CN202211070908 A CN 202211070908A CN 115727866 A CN115727866 A CN 115727866A
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Abstract

一种导航车辆通过交叉路口的系统、地图服务器和方法。地图服务器包括远程处理器和通信设备。远程处理器确定进入交叉路口的第一道路的第一道路边缘和进入交叉路口的第二道路的第二道路边缘。远程处理器构建将第一道路边缘上的第一点连接到第二道路边缘上的第二点的交叉路口边缘。通信设备将交叉路口边缘传送给车辆。车辆上的车辆处理器使用交叉路口边缘来导航车辆通过交叉路口。

Description

用于交叉路口的道路边缘检测的基于几何的模型
技术领域
本主题公开涉及在地图中构建道路边缘，尤其涉及用于在地图中为交叉路口构建道路边缘的系统和方法。
背景技术
检测道路边缘对于创建引导自主车辆沿着道路行驶的车辆路径是不可或缺的。交叉路口是道路网络的组成部分，可以有许多不同的配置，使得道路和车道边缘检测的任务具有挑战性。虽然航空影像可用于道路边缘推断，但褪色的道路标记、低质量的图像和/或树叶、建筑物或其他物体的存在所造成的遮挡会妨碍在交叉路口从该来源检测道路边缘。此外，虽然众包车辆数据可用于检测道路边缘，但这种方法需要昂贵的地图匹配工作，并且容易出现噪声和数据稀疏的问题。因此，希望能够基于对交叉路口附近的道路边缘的了解来构建地图中所示的交叉路口处的道路边缘。
发明内容
在一示例性实施例中，公开了一种导航车辆通过交叉路口的方法。在远程处理器处确定进入交叉路口的第一道路的第一道路边缘。在远程处理器处确定进入交叉路口的第二道路的第二道路边缘。在远程处理器处构建将第一道路边缘上的第一点连接到第二道路边缘上的第二点的交叉路口边缘。交叉路口边缘被传送给车辆，以使用交叉路口边缘导航车辆通过交叉路口。
除了本文描述的一个或多个特征之外，基于第一道路边缘和第二道路边缘之间的交叉配置和交叉角度，确定交叉路口边缘的标称转弯半径。该方法还包括基于交叉角度和标称转弯半径确定切线距离。该方法还包括使用切线距离确定第一道路边缘上的第一点相对于交叉点的位置和第二道路边缘上的第二点相对于交叉点的位置。该方法还包括使用从第一点延伸的第一径向线和从第二点延伸的第二径向线来确定交叉路口边缘的转弯中心。该方法还包括通过基于旋转角度内插交叉路口径向线以与第一点和第二点重合来确定交叉路口边缘。交叉路口可以包括水平弯道和车道转换中的至少一个。
在另一示例性实施例中，公开了一种用于车辆导航的地图服务器。地图服务器包括处理器和通信设备。处理器配置为确定进入交叉路口的第一道路的第一道路边缘，确定进入交叉路口的第二道路的第二道路边缘，以及构建将第一道路边缘上的第一点连接到第二道路边缘上的第二点的交叉路口边缘。通信设备配置为将交叉路口边缘传送给车辆，以使用交叉路口边缘导航通过交叉路口。
除了本文描述的一个或多个特征之外，处理器还配置为基于第一道路边缘和第二道路边缘之间的交叉配置和交叉角度来确定交叉路口边缘的标称转弯半径。处理器还配置成基于交叉角度和标称转弯半径来确定切线距离。处理器还配置为使用切线距离确定第一道路边缘上的第一点相对于交叉点的位置和第二道路边缘上的第二点相对于交叉点的位置。处理器还配置成使用从第一点延伸的第一径向线和从第二点延伸的第二径向线来确定交叉路口边缘的转弯中心。处理器还配置成通过基于旋转角度内插交叉路口径向线以与第一点和第二点重合来确定交叉路口边缘。交叉路口可以包括水平弯道和车道转换中的至少一个。
在又一示例性实施例中，公开了一种用于导航车辆的系统。该系统包括远程处理器和车辆处理器。远程处理器配置为确定进入交叉路口的第一道路的第一道路边缘，确定进入交叉路口的第二道路的第二道路边缘，并构建将第一道路边缘上的第一点连接到第二道路边缘上的第二点的交叉路口边缘。车辆处理器配置为使用交叉路口边缘来导航车辆通过交叉路口。
除了这里描述的一个或多个特征之外，远程处理器还配置为基于第一道路边缘和第二道路边缘之间的交叉配置和交叉角度来确定交叉路口边缘的标称转弯半径。远程处理器还配置为基于交叉角度和标称转弯半径确定切线距离，并使用切线距离确定第一道路边缘上的第一点相对于交叉点的位置和第二道路边缘上的第二点相对于交叉点的位置。远程处理器还配置成使用从第一点延伸的第一径向线和从第二点延伸的第二径向线来确定交叉路口边缘的转弯中心。远程处理器还配置成通过基于旋转角度内插交叉路口径向线以与第一点和第二点重合来确定交叉路口边缘。交叉路口可以包括水平弯道和车道转换中的至少一个。
当结合附图时，从以下详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下详细描述中，详细描述参考附图，其中：
图1示出了说明性实施例中的车辆；
图2示出了在说明性地图中提供的交叉路口的航拍图像；
图3示出了具有将道路边缘延伸到交叉路口的延长线的航拍图像；
图4示出了与交叉路口相关的标称转弯半径；
图5示出了航拍图像中曲率点和切点的位置；
图6示出了由曲率点和切点确定的转弯中心PO；
图7示出了绘制在航拍图像上的交叉路口边缘；
图8示出了使用图2-7中概述的几何模型生成交叉路口边缘的方法的流程图；
图9示出了以直角相交的两条道路的四分支交叉路口的示意地图；
图10示出了使用绘制到图9的地图中的点和本文公开的方法构建的道路边缘；
图11示出了第一道路和第二道路之间的T形交叉路口的示例性地图；以及
图12示出了使用绘制到图11的地图中的点和本文公开的方法完成的道路边缘。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
根据示例性实施例，图1示出了用于导航车辆102的系统100。系统100包括车辆102和与车辆102通信的远程服务器104。在各种实施例中，远程服务器104是地图服务器。地图服务器包括远程处理器106、存储器存储设备108和服务器通信设备110。存储器存储设备108存储包括地图特征的地图。远程处理器利用来自存储器存储设备108的地图，并使用本文公开的方法从地图构建地图特征，该地图特征可被车辆102用于导航目的。具体而言，远程处理器106可以填充地图中缺失的道路边缘，特别地，远程处理器106可以填充地图中缺失的道路边缘，特别是在地图中所示的交叉路口处。服务器通信设备110将地图或地图特征传送给车辆102。
车辆102至少包括控制器112和车辆通信设备116。车辆通信设备116通过服务器通信设备110与远程服务器104通信。控制器112接收地图或地图特征，并基于地图或地图特征导航车辆102通过其环境和周围。控制器112包括车辆处理器118，用于使用地图或地图特征导航车辆。车辆处理器118可以控制车辆的各种系统，比如转向系统、制动系统、推进系统等。
图2示出了在说明性地图中提供的交叉路口的航拍图像200。航拍图像200包括两条道路之间的交叉路口和可用于生成交叉路口边缘的已知道路边缘。航拍图像200或地图包括在交叉路口206相交的第一道路202和第二道路204。第一道路202包括延伸至交叉路口206的第一道路边缘208。第二道路204包括延伸至交叉路口206的第二道路边缘210。可以从提供航拍图像200的地图服务器(例如远程服务器104)提供第一道路边缘208和第二道路边缘210。第一道路边缘208和第二道路边缘210被绘制用于说明性场景，其中车辆102在交叉路口206从第一道路202右转到第二道路204上。在替代实施例中，道路边缘和交叉路口边缘可被选择用于由车辆102进行的任何合适的转弯或操纵。如图2所示，交叉路口边缘在航拍图像200中不可用。交叉路口边缘的缺失可能是由各种原因造成的，比如遮挡、褪色的道路标记、低图像质量等。这里描述的方法使用第一道路边缘208和第二道路边缘210填充交叉路口边缘。
围绕交叉点206画圆212。圆212表示相对于交叉点206的感兴趣区域。通常，圆212以交叉路口206为中心，并且被画得足够大以包括交叉路口206以及第一道路202和第二道路204的至少一部分。圆212与第一道路边缘208和第二道路边缘210都相交。圆212在第一周界点P1处与第一道路边缘208相交，在第二周界点P2处与第二道路边缘210相交。
图3示出了具有将道路边缘延伸到交叉路口中的延长线的航拍图像200。通过选择沿着第一道路边缘208的两个点(例如，第一周界点P1和沿着第一道路边缘208的另一个点)，可以绘制、形成或构建将第一道路边缘208延伸到交叉路口206中的第一延长线302。类似地，通过选择第二道路边缘210上的两个点(例如，第二周界点P2和沿着第二道路边缘210的另一个点)，可以绘制将第二道路边缘210延伸到交叉路口206中的第二延长线304。第一延长线302和第二延长线304相交于交叉点306(PI)。第一延长线302和第二延长线304在交叉点PI处形成交叉角度Δ。当车辆102从沿第一道路202行驶转向沿第二道路204行驶时，它转过交叉角度Δ。
一旦确定了交叉点PI，就可以找到表示圆弧半径的标称转弯半径R。标称转弯半径R可以是常数值，也可以作为交叉角度Δ的函数来计算，如关系式(1)所示：
Figure BDA0003826933910000051
当交叉角度Δ是基本90度角时，标称转弯半径是标准化值(即6.1米)。对于90°±5°的角度范围之外的交叉角度，可以使用式(1)的第二行所示的方程计算标称转弯半径。
图4示出了相对于交叉路口206的标称转弯半径R。垂直于第一道路边缘208绘制的线AB和垂直于第二道路边缘210绘制的线CB将相交以形成四边形ABC(PI)。从简单的几何图形可以看出，角度ABC与交叉角度Δ相同。因此，标称转弯半径R通过方程(1)获得，交叉角度Δ可用于确定切线距离T，如方程(2)所示：
Figure BDA0003826933910000052
切线距离T用于确定曲率点PC的位置和切点PT的位置。
图5示出了航拍图像中曲率点PC和切点PT的位置。曲率点PC沿着第一延长线302(或第一道路边缘208)定位，并且与交叉点PI相隔切线距离T。切点PT沿着第二延长线304(或第二道路边缘210)定位，并且与交叉点PI相隔切线距离T。
图6示出了由曲率点PC和切点PT确定的转弯中心PO。一旦确定了PC和PT的位置，从曲率点PC垂直于第一延长线302(或第一道路边缘208)绘制第一径向线602，并且从切点PT垂直于第二延长线304(或第二道路边缘210)绘制第二径向线604。第一径向线602和第二径向线604相交于转弯中心PO。可以从点PO绘制参考线606，参考线606可以用于基于第一径向线602和第二径向线604来确定在交叉路口边缘中画出的角度。参考线606可以是航拍图像200内的东西线。
图7示出了绘制在航拍图像200上的交叉路口边缘702。航拍图像200示出了第一径向线602和第二径向线604相对于参考线606的相应角度。在参考线606和第一径向线602之间画出第一角度θ0。在参考线606和第二径向线604之间画出第二角度θN。相交径向线704在第一角度θ0到第二角度θN之间旋转，以画出交叉路口边缘702。相交径向线704的长度随着旋转角度θn而变化，以满足边界条件。例如，当θn＝θ0时，则Rn＝R0，当θn＝θN时，则Rn＝RN。当交叉路口边缘702由方程(3)和(4)参数化时，这些边界条件得到满足：
Figure BDA0003826933910000061
和
Figure BDA0003826933910000062
其中，0<＝n<＝N。交叉路口边缘702形成在与转弯中心PO相对的径向线Rn的末端。使用方程(3)和(4)执行用于构建交叉路口边缘702的插值。
图8示出了使用图2-7中概述的几何模型生成交叉路口边缘的方法的流程图800。
在框802，沿着第一道路边缘208选择两个点，并用于绘制第一延长线302。此外，沿着第二道路边缘210选择两个点，并用于绘制第二延长线304。假定第一延长线302基于从第一道路边缘208选择的两个点的坐标，第一延长线由合适的线性方程描述。类似地，第二延长线304由合适的线性方程描述。
在框804，计算或定位第一延长线302和第二延长线304之间的交叉点PI。然后，使用第一延长线302和第二延长线304的方程，在交叉点PI处找到交叉角度Δ。在框806，确定交叉路口的标称转弯半径R。标称转弯半径R可以是标准值，也可以是计算值。使用标称转弯半径和交叉角度来确定切线距离T。
在框808，使用切线距离和交叉点PI来确定连接点。第一连接点沿着第一道路边缘，并且在本文中也称为曲率点(PC),其在交叉路口边缘702中标记曲线的起点。第一连接点沿着第一延长线302与交叉点P1相隔切线距离T。第二连接点沿着第二道路边缘，并且在本文中也称为切点(PT),其在交叉路口边缘702中标记曲线的终点。第二连接点沿着第二延长线304与交叉点P1相隔切线距离T。第一径向线602在第一连接点处垂直于第一延长线302延伸。第二径向线604在第二连接点处垂直于第二延长线304延伸。
在框810，找到转弯中心(PO)作为第一径向线602和第二径向线604的交叉点。在框812，相对于参考线606确定第一径向线和第二径向线的极坐标。在各种实施例中，参考线606是东西线。第一径向线602的第一长度RN在转弯中心PO和第一连接点PC之间测量，第一角度θN在参考线606和第一径向线602之间测量。类似地，在转弯中心PO和第二连接点PT之间测量第二长度R0，并且在参考线606和第二径向线604之间测量第二角度θ0。
在框814，使用框812中确定的极坐标和参数化方程(3)和(4)来创建交叉路口边缘702。在框816，从交叉路口边缘702、第一道路边缘208和第二道路边缘210创建曲线的边缘点。
图9示出了以直角相交的两条道路的交叉路口的说明性航拍图像900。为交叉路口的每条道路绘制第一周界点P1和第二周界点P2以及曲率点PC和切点PT。图10示出了包括道路边缘(1001、1002、1003、1004)的航拍图像1000，道路边缘是使用来自图9的说明性航拍图像900的点和本文公开的方法构建的。
图11示出了第一道路1102和第二道路1104之间的T形交叉路口的说明性航拍图像1100。第一道路1102终止于第二道路1104，形成一个T形交叉路口。为交叉路口的每个道路边缘绘制第一周界点P1和第二周界点P2以及曲率点PC和切点PT。图12示出了包括道路边缘(1201、1202)的航拍图像1200，该道路边缘是使用绘制到图11的说明性航拍图像1100中的点和这里公开的方法完成的。
尽管这里公开的确定交叉路口边缘的方法被示为在航拍图像或地图上执行，但该方法可以在不需要航拍图像或众包车辆数据的情况下执行。在一实施例中，可以接收第一道路边缘和第二道路边缘的方程，并且可以使用第一道路边缘和第二道路边缘来执行用于确定交叉路口边缘的计算。在替代实施例中，可以提供包括第一道路边缘和第二道路边缘的地图，然后可以从地图中提取这些边缘，并且独立于地图使用这些边缘来确定交叉路口边缘。在不需要航空影像或众包车辆数据的情况下确定交叉路口边缘显著降低了计算能力和时间。
尽管关于进入交叉路口的道路讨论了构建指示边缘的方法，但这并不意味着对本发明的限制。在各种实施例中，该方法可用于填充不遵循容易定义的轨迹的道路边缘中的间隙。例如，该方法可用于确定沿道路的水平曲线或车道转换，比如从双车道道路到单车道。
虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且等同物可以替代其元件。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种导航车辆通过交叉路口的方法，包括：
在远程处理器处确定进入交叉路口的第一道路的第一道路边缘；
在远程处理器处确定进入交叉路口的第二道路的第二道路边缘；
在远程处理器处构建将第一道路边缘上的第一点连接到第二道路边缘上的第二点的交叉路口边缘；以及
将交叉路口边缘传送给车辆，以使用交叉路口边缘导航车辆通过交叉路口。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述第一道路边缘和第二道路边缘之间的交叉配置和交叉角度来确定所述交叉路口边缘的标称转弯半径，以及基于所述交叉角度和标称转弯半径来确定切线距离。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括使用所述切线距离确定所述第一道路边缘上的第一点相对于交叉点的位置和所述第二道路边缘上的第二点相对于交叉点的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括使用从所述第一点延伸的第一径向线和从所述第二点延伸的第二径向线来确定所述交叉路口边缘的转弯中心。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括通过基于旋转角度内插交叉路口径向线以与所述第一点和第二点重合来确定所述交叉路口边缘。
6.一种用于车辆导航的地图服务器，包括：
处理器，其配置为：
确定进入交叉路口的第一道路的第一道路边缘；
确定进入交叉路口的第二道路的第二道路边缘；以及
构建将第一道路边缘上的第一点连接到第二道路边缘上的第二点的交叉路口边缘；以及
通信设备，其配置为将交叉路口边缘传送给车辆，以使用交叉路口边缘导航通过交叉路口。
7.根据权利要求6所述的地图服务器，其中，所述处理器还配置成基于所述第一道路边缘和第二道路边缘之间的交叉配置和交叉角度来确定所述交叉路口边缘的标称转弯半径，并且基于所述交叉角度和标称转弯半径来确定切线距离。
8.根据权利要求7所述的地图服务器，其中，所述处理器还配置成使用所述切线距离确定所述第一道路边缘上的第一点相对于交叉点的位置和所述第二道路边缘上的第二点相对于交叉点的位置。
9.根据权利要求8所述的地图服务器，其中，所述处理器还配置成使用从所述第一点延伸的第一径向线和从所述第二点延伸的第二径向线来确定所述交叉路口边缘的转弯中心。
10.根据权利要求9所述的地图服务器，其中，所述处理器还配置成通过基于旋转角度内插交叉路口径向线以与所述第一点和第二点重合来确定所述交叉路口边缘。
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