[發明專利]一種基于改進動態窗口法的無人地面車輛路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202110478482.1
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113156964A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 許卓明;張莉霞
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于改進動態窗口法的無人地面車輛路徑規劃方法，包括下列步驟：

步驟S1：根據無人地面車輛所處的位置和環境構建一個柵格地圖，并在其中設置全局路徑的起點和終點；

步驟S2：根據已構建的柵格地圖與全局路徑的起點經緯度和終點經緯度，使用A-Star算法進行全局路徑規劃，獲得一條全局路徑以及該全局路徑中的前后共n個轉折點，n≥1；

步驟S3：依次將全局路徑的起點、前后共n個轉折點和全局路徑的終點共n+2個位置中的每兩個相鄰位置作為一條局部路徑的起點和終點，形成n+1條局部路徑；

步驟S4：依次對所述n+1條局部路徑重復地使用改進的動態窗口法進行局部路徑規劃，以完成無人地面車輛的路徑規劃。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中使用改進的動態窗口法進行局部路徑規劃，包括如下步驟S41至S43：

步驟S41：根據無人地面車輛的最大最小速度約束、動力學約束與安全約束得到無人地面車輛的速度空間，其中限定了無人地面車輛行駛的線速度和角速度的取值范圍；

步驟S42：根據t時刻的經緯度和方位角使用無人地面車輛的平面運動學方程計算出t+1時刻的經緯度和方位角，所述無人地面車輛的速度空間中線速度和角速度的不同取值形成了多條不同的無人地面車輛的模擬行駛軌跡；

步驟S43：使用評價函數對每條無人地面車輛的模擬行駛軌跡進行評價計算，從中選出評價函數值最大的模擬行駛軌跡作為無人地面車輛的最優行駛軌跡。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟S42中的平面運動學方程，進一步包括：

給定無人地面車輛行駛的線速度v和角速度ω，令x_t、y_t分別表示無人地面車輛在t時刻的經度與緯度，θ_t表示無人地面車輛在t時刻的方位角，x_t+1、y_t+1分別表示無人地面車輛在t+1時刻的經度與緯度，θ_t+1表示無人地面車輛在t+1時刻的方位角，Δt為t+1時刻與t時刻之間的時間間隔，所述平面運動學方程由下列公式定義：

4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟S43中的評價函數，進一步包括：

設v和ω分別為無人地面車輛行駛的線速度和角速度，所述評價函數用G(v，ω)表示，它的值等于下列五個部分的值的總和：方位角評價子函數head(v，ω)、障礙物距離評價子函數dist(v，ω)、速度評價子函數vel(v，ω)、變化角評價子函數change(v，ω)、目標距離評價子函數gdist(v，ω)分別經歸一化處理后再各自乘以一個權重系數，更具體地講，設n_head(v，ω)、n_dist(v，ω)、n_vel(v，ω)、n_change(v，ω)、n_gdist(v，ω)依次分別表示上述五個評價子函數的值經歸一化處理后的值，超參數α、β、γ、η、μ依次分別為上述五個評價子函數的權重系數，則評價函數G(v，ω)的值由下列公式計算得到：

G(v，ω)＝α·n_head(v，ω)+β·n_dist(v，ω)+γ·n_vel(v，ω)+η·n_change(v，ω)+μ·n_gdist(v，ω)，式中，head(v，ω)用于度量無人地面車輛的模擬行駛軌跡末端的朝向與該末端到局部路徑的終點的方向之間的角度偏差，按本技術領域中慣用方法計算；dist(v，ω)用于度量無人地面車輛的模擬行駛軌跡上的位置與障礙物之間的最近距離，按本技術領域中慣用方法計算；vel(v，ω)用于度量無人地面車輛的模擬行駛軌跡所對應的線速度，按本技術領域中慣用方法計算；change(v，ω)用于度量無人地面車輛的模擬行駛軌跡末端的朝向與該末端到局部路徑的起點的方向之間的角度偏差，gdist(v，ω)用于度量無人地面車輛的模擬行駛軌跡末端與局部路徑的終點之間的距離；

進一步地，設θ_t為無人地面車輛的模擬行駛軌跡末端的方位角，θ_o為局部路徑的起點的方位角，則change(v，ω)＝180-|θ_t-θ_o|；

進一步地，設x_i、y_i分別為無人地面車輛的模擬行駛軌跡末端的經度與緯度，x_j、y_j分別為局部路徑的終點的經度與緯度，L為局部路徑的起點到局部路徑的終點的距離，則gdist(v，ω)由下列公式定義：