[發明專利]一種基于GIS的無人地面車輛自主行駛輔助系統

有效

• 申請號: 201510093286.7
• 申請日: 2015-03-02
• 公開（公告）號: CN104819724B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 王美玲;張葉青;潘允輝;楊強榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C21/32
• 分類號: G01C21/32;G01C21/34
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安

技術領域

本發明涉及一種基于GIS的無人地面車輛自主行駛輔助系統，屬于無人地面車輛技術領域和GIS領域。

背景技術

無人地面車輛(包括無人駕駛車輛，移動機器人等)是未來交通系統與未來作戰系統兩大體系的重點研究對象，其研究成果對于人類社會的進步具有舉足輕重的意義。由于無人地面車輛具有自動操控和高度智能化的特點，因此往往可以到達有人駕駛車輛難以到達或對人類十分危險的地域，并完成人類難以直接完成的工作。近年來，隨著無人地面車輛在深空探測、國防建設、防爆救災等領域的應用，如何在未知環境下進行安全快速的自主行駛也日益得到人們的關注，并成為了無人地面車輛研究的重點和難點。在未知的環境中行駛，如何使用傳感器數據真實客觀地對行駛環境進行描述、存儲，如何根據行駛需要快速準確地對環境描述進行檢索、調用，如何結合車輛運動屬性與環境信息確定車輛的運動行為決策是無人地面車輛要解決的關鍵問題。

為無人地面車輛構建實時的局部地圖是解決上述問題的有效辦法。局部地圖的構建過程就是獲取所處環境空間模型的過程。平面地圖的構建的主流方法是概率方法。無人地面車輛具有概率運動模型以及不確定性感知模型，通過融合這兩種模型的概率分布行駛，便可對車輛進行定位。可靠的特征提取方法與減少計算成本是地圖構建中的關鍵問題。

發明內容

為了解決上述傳統地圖構建中存在的問題，本發明提供一種基于GIS的無人地面車輛自主行駛輔助系統，使無人地面車輛有選擇地調用環境數據，并對環境數據進行認知描述，形成行駛行為決策，實現車輛在未知環境中的自主行駛，解決了無人地面車輛在未知環境下的自主行駛問題。

基于GIS的無人地面車輛自主行駛輔助系統，包括GIS數據庫模塊、道路模型構建模塊和路徑規劃模塊；其中：

GIS數據庫模塊通過整合空間數據信息和構建數據庫來完成，所述的空間數據信息的整合即將采集到的空間數據構成不同的數據集，按照數據管理方式逐級分層，并進行整合得到最終所需要的電子地圖，是整個系統的數據基礎；

道路模型構建模塊依據無人地面車輛的運動學特性建立帶有路口距離屬性的雙線路口模型：首先以雙線形式為基礎構建模型，即道路的正向行駛和逆向行駛以不同的線數據集來構成，對不同的線數據集賦予不同的權重，使得在規劃行駛路徑的時候不會產生逆向行駛或是在有禁則道路中違規行駛，即模型以城市道路的行車規則為原則進行構建；其次，將直線替換為以預定步長為間隔的很多個路點，在無人地面車輛行駛的過程中，不斷給無人地面車輛發送前方路點坐標，指引其前行；最后在模型中添加路口距離屬性，在構建的電子地圖中，利用路口距離屬性來與無人地面車輛進行通信，通知其在到達當前路口的斑馬線外沿時表明已經進入路口，直至行駛到下一個斑馬線外沿表示駛出本路口，輔助無人地面車輛對路口的精確識別；

路徑規劃模塊給出全局靜態路徑規劃和局部動態路徑規劃；其依據給定任務點的坐標信息，關聯所經道路的路口點并進行道路匹配，最終生成途徑任務點的最短路徑，并對路口點及路段賦上狀態信息，完成路徑規劃的初始化，屬于全局靜態路徑規劃；若檢測到前方道路有禁行標志或阻塞無法通行，則需要對道路寬度進行判斷選擇相應的局部動態規劃策略，使得無人地面車輛能夠繼續行駛。此模塊用于為無人地面車輛提供行駛的路點坐標和對應的屬性信息。

所述的GIS數據庫模塊針對無人地面車輛應用對地理信息系統的數據庫進行屬性設計，結合無人地面車輛搭載的傳感器數據，以更全面的先驗信息輔助無人地面車輛的自主行駛。

所述的GIS即地理信息系統用于采集、管理、分析和表達地理空間數據，并用于地理環境模型的構建。

其中道路模型構建時考慮無人地面車輛的運動特性，將路口處的直線軌跡以圓弧軌跡來替代，進行圓滑處理，優化無人地面車輛在路口轉彎的行駛軌跡。

本發明的有益效果：

1、本發明在GIS數據庫的構建中針對無人地面車輛的應用對地理信息系統的數據庫進行了屬性添加，然而傳統的地理信息系統并不適用于無人地面車輛的導航應用。傳統的地理信息系統只使用了GPS提供的車輛定位信息，而無人地面車輛搭載了多種用于環境感知的傳感器(如激光雷達，攝像頭等)，其信息在導航中并未得到充分利用；相對于傳統地理信息系統只使用GPS提供的車輛定位信息的局限性，本發明則充分利用先驗信息，結合無人地面車輛搭載的傳感器數據，更好的輔助無人地面車輛自主行駛；