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自主車輛路徑規(guī)劃和全局軌跡跟蹤控制

自主導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展已經(jīng)應(yīng)用在智能交通系統(tǒng)中。無人駕駛車輛實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，首先需要為無人駕駛車輛提供一個(gè)路網(wǎng)，之后進(jìn)行路徑規(guī)劃及優(yōu)化。目前，運(yùn)用在無人駕駛車輛上的自主導(dǎo)航系統(tǒng)多由專門的服務(wù)商提供，價(jià)格昂貴且功能有限。研究了無人駕駛車輛討的路徑規(guī)劃和全局路徑跟蹤控制，給出具體解決方法并通過驗(yàn)證。

自主導(dǎo)航過程可分為兩個(gè)階段：路網(wǎng)檢測和設(shè)計(jì)最短路徑。進(jìn)行路網(wǎng)檢測時(shí)，首先借助于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商如谷歌、必應(yīng)提供的免費(fèi)地圖（圖1）。使用分割彩色圖像的多通道統(tǒng)計(jì)地形特征法對(duì)得到的道路地圖進(jìn)行過濾（圖2）。由于所得到的道路地圖分辨率太低且含有無法消除的注釋，使用滾球法對(duì)道路地圖進(jìn)行處理并利用后處理方法進(jìn)行修飾，得到道路地圖（圖3）。路網(wǎng)中要包含各道路段和交叉點(diǎn)，通過重疊制圖得到最終路網(wǎng)（圖4）。進(jìn)行最短路徑設(shè)計(jì)時(shí)，為使自主導(dǎo)航更加便捷，將路網(wǎng)中的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，即通用墨卡托坐標(biāo)，給出轉(zhuǎn)換公式。最短路徑的設(shè)計(jì)在二維歐式空間中進(jìn)行，常用的尋求最短路徑方法為Dijkstra、BFS和RRT算法。將Dijkstra算法與寬度優(yōu)先搜索算法結(jié)合作為設(shè)計(jì)最短路徑的優(yōu)化算法，先依據(jù)出發(fā)點(diǎn)與目標(biāo)位置構(gòu)建一個(gè)離散有向圖并構(gòu)造一個(gè)成本函數(shù)，然后將最短路徑問題轉(zhuǎn)化為最低成本的問題。

分析了無人駕駛車輛非完整車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)，假設(shè)車輛在一個(gè)平坦路面?；诰€速度和角速度信息并借助李雅普諾夫優(yōu)化控制理論實(shí)現(xiàn)全局路徑跟蹤控制。對(duì)提出的算法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，該算法不需要高分辨率地圖，通過使用簡單的道路地圖檢測算法減少路網(wǎng)檢測的耗時(shí)，這適合長時(shí)間工作的無人駕駛車輛。

刊名：Advanced Robotics（英）

刊期：2015年第8期

作者：Somphong Thanok et al

編譯：王迪