自動(dòng)駕駛路徑規(guī)劃

演講人：日期：自動(dòng)駕駛路徑規(guī)劃目錄CONTENTS自動(dòng)駕駛技術(shù)概述路徑規(guī)劃基本原理與方法局部路徑規(guī)劃技術(shù)詳解全局路徑規(guī)劃技術(shù)探討多傳感器融合在路徑規(guī)劃中應(yīng)用復(fù)雜場(chǎng)景下路徑規(guī)劃挑戰(zhàn)與解決方案01自動(dòng)駕駛技術(shù)概述自動(dòng)駕駛是指車(chē)輛能夠在沒(méi)有人類駕駛員的情況下，通過(guò)先進(jìn)的傳感器、控制系統(tǒng)和算法等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航和駕駛的功能。自動(dòng)駕駛定義隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)也在不斷進(jìn)步。目前，自動(dòng)駕駛技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從部分自動(dòng)化到完全自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變，并在交通出行、物流配送等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。自動(dòng)駕駛發(fā)展自動(dòng)駕駛定義與發(fā)展

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)組成感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)負(fù)責(zé)感知車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境信息，包括道路、障礙物、交通信號(hào)等。感知系統(tǒng)通常包括雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器。決策系統(tǒng)決策系統(tǒng)根據(jù)感知系統(tǒng)提供的信息，結(jié)合車(chē)輛的狀態(tài)和目標(biāo)，做出相應(yīng)的駕駛決策，如加速、減速、轉(zhuǎn)向等。控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策系統(tǒng)的指令，控制車(chē)輛的行駛軌跡和速度等參數(shù)，確保車(chē)輛能夠按照預(yù)定的路徑和速度行駛。02010403實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航提高行駛安全性提升乘坐舒適性實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)路徑規(guī)劃在自動(dòng)駕駛中作用路徑規(guī)劃是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過(guò)路徑規(guī)劃，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠生成從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑，并控制車(chē)輛按照該路徑行駛。路徑規(guī)劃能夠考慮道路狀況、障礙物、交通信號(hào)等因素，生成安全、可行的行駛路徑，從而提高車(chē)輛的行駛安全性。路徑規(guī)劃可以優(yōu)化車(chē)輛的行駛軌跡和速度，減少急加速、急剎車(chē)等不舒適的操作，提升乘坐舒適性。路徑規(guī)劃作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，能夠與其他車(chē)輛、交通信號(hào)等進(jìn)行協(xié)同，提高整個(gè)交通系統(tǒng)的效率和安全性。02路徑規(guī)劃基本原理與方法在自動(dòng)駕駛中，路徑規(guī)劃的起點(diǎn)通常是車(chē)輛的當(dāng)前位置，終點(diǎn)是目的地位置。確定起點(diǎn)和終點(diǎn)路徑規(guī)劃需要考慮道路上的障礙物，如其他車(chē)輛、行人、建筑物等，并確保規(guī)劃的路徑能夠安全避開(kāi)這些障礙物。障礙物檢測(cè)與避免為了提高乘坐舒適性和行駛效率，路徑規(guī)劃還需要對(duì)初步生成的路徑進(jìn)行平滑和優(yōu)化處理。路徑平滑與優(yōu)化路徑規(guī)劃問(wèn)題描述該算法是一種用于解決最短路徑問(wèn)題的經(jīng)典算法，適用于靜態(tài)路網(wǎng)中的路徑規(guī)劃。Dijkstra算法A*算法是一種啟發(fā)式搜索算法，通過(guò)引入啟發(fā)式函數(shù)來(lái)指導(dǎo)搜索方向，從而加速路徑規(guī)劃過(guò)程。A*算法快速隨機(jī)樹(shù)（RRT）算法是一種適用于高維空間和復(fù)雜約束的路徑規(guī)劃算法，通過(guò)隨機(jī)采樣和樹(shù)狀擴(kuò)展來(lái)搜索可行路徑。RRT算法人工勢(shì)場(chǎng)法是一種模擬物理場(chǎng)中受力情況的路徑規(guī)劃方法，通過(guò)構(gòu)建引力場(chǎng)和斥力場(chǎng)來(lái)引導(dǎo)車(chē)輛沿著勢(shì)能下降的方向行駛。人工勢(shì)場(chǎng)法常見(jiàn)路徑規(guī)劃算法介紹路徑長(zhǎng)度是評(píng)價(jià)路徑規(guī)劃算法性能的重要指標(biāo)之一，通常希望得到的路徑盡可能短。路徑長(zhǎng)度規(guī)劃時(shí)間是指算法生成路徑所需的時(shí)間，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，規(guī)劃時(shí)間越短越好。規(guī)劃時(shí)間安全性是評(píng)價(jià)路徑規(guī)劃算法性能的另一重要指標(biāo)，算法需要確保生成的路徑不會(huì)與障礙物發(fā)生碰撞。安全性平滑性是指路徑的連續(xù)性和曲率變化情況，平滑性好的路徑可以提高乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性。平滑性算法性能評(píng)價(jià)指標(biāo)03局部路徑規(guī)劃技術(shù)詳解原理Dijkstra算法采用貪心策略，每次從未訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)中選取距離起點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)，并更新該節(jié)點(diǎn)與起點(diǎn)的最短距離，直到終點(diǎn)被訪問(wèn)或所有節(jié)點(diǎn)都被訪問(wèn)過(guò)。優(yōu)點(diǎn)能夠找到全局最短路徑，適用于權(quán)重非負(fù)的圖。缺點(diǎn)時(shí)間復(fù)雜度較高，不適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)或動(dòng)態(tài)環(huán)境。應(yīng)用在自動(dòng)駕駛路徑規(guī)劃中，Dijkstra算法可用于計(jì)算從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最短路徑，適用于靜態(tài)環(huán)境中的路徑規(guī)劃。Dijkstra算法原理及應(yīng)用A*算法原理及應(yīng)用原理A*算法是一種啟發(fā)式搜索算法，通過(guò)引入啟發(fā)式函數(shù)來(lái)估計(jì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到終點(diǎn)的代價(jià)，從而指導(dǎo)搜索方向，加速搜索過(guò)程。應(yīng)用在自動(dòng)駕駛路徑規(guī)劃中，A*算法可用于快速搜索可行路徑，尤其適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境中的實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃。優(yōu)點(diǎn)結(jié)合了Dijkstra算法和最佳優(yōu)先搜索的優(yōu)點(diǎn)，既能找到最短路徑，又能通過(guò)啟發(fā)式函數(shù)加速搜索過(guò)程。缺點(diǎn)啟發(fā)式函數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)算法性能影響較大，需要根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整?；陬A(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)障礙物避讓。通過(guò)預(yù)測(cè)障礙物的運(yùn)動(dòng)軌跡，提前規(guī)劃避讓路徑，確保自動(dòng)駕駛車(chē)輛安全通過(guò)。策略一基于協(xié)同式避讓。通過(guò)與其他車(chē)輛或交通參與者的協(xié)同，共同規(guī)劃避讓路徑，提高道路通行效率。策略四基于速度調(diào)整的避讓。根據(jù)障礙物的速度和位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整自動(dòng)駕駛車(chē)輛的速度，避免與障礙物發(fā)生碰撞。策略二基于換道或停車(chē)的避讓。當(dāng)障礙物無(wú)法避免時(shí)，考慮換道或停車(chē)等待，確保行車(chē)安全。策略三動(dòng)態(tài)障礙物避讓策略04全局路徑規(guī)劃技術(shù)探討包括柵格地圖、特征地圖、拓?fù)涞貓D等多種表示方法，用于描述道路網(wǎng)絡(luò)、障礙物等信息。地圖表示方法對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如地圖平滑、障礙物膨脹、道路網(wǎng)絡(luò)提取等，以提高路徑規(guī)劃的效率和準(zhǔn)確性。預(yù)處理技術(shù)地圖表示方法與預(yù)處理技術(shù)03基于采樣的路徑規(guī)劃優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)在于能夠處理高維空間和復(fù)雜約束，缺點(diǎn)在于結(jié)果不穩(wěn)定且可能不是最優(yōu)解。01概率路圖法（PRM）通過(guò)隨機(jī)采樣在構(gòu)型空間中構(gòu)建路圖，并利用圖搜索算法找到可行路徑。02快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(shù)法（RRT）從起點(diǎn)開(kāi)始，通過(guò)隨機(jī)采樣逐步擴(kuò)展樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，直到達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)或滿足終止條件?；诓蓸臃椒ㄈ致窂揭?guī)劃拓?fù)涞貓D強(qiáng)調(diào)地圖元素之間的連通關(guān)系，適用于大規(guī)模路網(wǎng)的路徑規(guī)劃。幾何地圖提供精確的地理位置和形狀信息，適用于局部路徑規(guī)劃和導(dǎo)航。融合方法將拓?fù)涞貓D和幾何地圖相結(jié)合，利用各自的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)更高效、準(zhǔn)確的路徑規(guī)劃。例如，可以先利用拓?fù)涞貓D進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，再利用幾何地圖進(jìn)行局部路徑調(diào)整和導(dǎo)航。拓?fù)涞貓D和幾何地圖融合方法05多傳感器融合在路徑規(guī)劃中應(yīng)用傳感器類型及功能介紹用于檢測(cè)車(chē)輛周?chē)恼系K物，測(cè)量障礙物的距離、速度和角度。通過(guò)攝像頭捕捉道路圖像，識(shí)別車(chē)道線、交通信號(hào)燈、交通標(biāo)志等。提供高分辨率的三維環(huán)境信息，用于構(gòu)建車(chē)輛周?chē)h(huán)境的精確地圖。檢測(cè)車(chē)輛周?chē)慕嚯x障礙物，常用于泊車(chē)輔助系統(tǒng)。雷達(dá)傳感器視覺(jué)傳感器激光雷達(dá)傳感器超聲波傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與配準(zhǔn)將不同傳感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間和空間上的對(duì)齊，確保數(shù)據(jù)的一致性。傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、去噪和校準(zhǔn)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。多源信息融合算法采用加權(quán)平均、卡爾曼濾波、貝葉斯估計(jì)等方法，將多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到更準(zhǔn)確、全面的環(huán)境感知信息。多傳感器數(shù)據(jù)融合策略環(huán)境感知路徑規(guī)劃實(shí)時(shí)決策與調(diào)整與控制系統(tǒng)協(xié)同融合后數(shù)據(jù)在路徑規(guī)劃中應(yīng)用利用融合后的傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)感知車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境，包括道路狀況、障礙物信息、交通流等。在車(chē)輛行駛過(guò)程中，根據(jù)實(shí)時(shí)感知到的環(huán)境變化，對(duì)路徑規(guī)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保車(chē)輛的行駛安全?；诃h(huán)境感知信息，結(jié)合車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型和行駛目標(biāo)，規(guī)劃出安全、舒適的行駛路徑。將規(guī)劃好的路徑傳遞給車(chē)輛控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自主駕駛。06復(fù)雜場(chǎng)景下路徑規(guī)劃挑戰(zhàn)與解決方案復(fù)雜的交通狀況01城市道路中經(jīng)常出現(xiàn)的擁堵、交通事故、行人穿越等情況，要求自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠快速做出反應(yīng)，規(guī)劃出安全、高效的行駛路徑。多樣的道路類型02城市道路包括主干道、次干道、支路、巷道等多種類型，每種道路類型都有其特定的行駛規(guī)則和交通流量特點(diǎn)，需要自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具備強(qiáng)大的適應(yīng)能力。密集的交通設(shè)施03城市道路兩側(cè)分布著大量的交通設(shè)施，如紅綠燈、路牌、交通標(biāo)志等，這些設(shè)施對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的感知和決策能力提出了更高的要求。城市道路環(huán)境下挑戰(zhàn)123高速公路上車(chē)輛行駛速度較快，要求自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具備更高的控制精度和穩(wěn)定性，以確保車(chē)輛能夠安全、穩(wěn)定地行駛。高速度行駛高速公路上行駛往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，這對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的耐久性和可靠性提出了更高的要求。長(zhǎng)時(shí)間的駕駛?cè)蝿?wù)高速公路上偶爾會(huì)出現(xiàn)交通事故、道路維修等突發(fā)狀況，要求自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠快速感知并做出反應(yīng)，以避免危險(xiǎn)。突發(fā)的交通狀況高速公路環(huán)境下挑戰(zhàn)山區(qū)和鄉(xiāng)村道路地形復(fù)雜，存在大量的彎道、坡道、橋梁、隧道等，要求自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具備強(qiáng)大的地形適應(yīng)能力和精確的控制能力。復(fù)雜的道路地形山區(qū)和鄉(xiāng)村道路兩側(cè)交通設(shè)施相對(duì)較少，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要更多地依賴自身的感知和決策能力。有限的交通設(shè)施山區(qū)和鄉(xiāng)村道路上交通狀況較為不確定，可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)物穿越、落石等突發(fā)狀況，要求自動(dòng)駕駛系統(tǒng)具備更高的安全性能。不確定的交通狀況山區(qū)和鄉(xiāng)村道路環(huán)境下挑戰(zhàn)城市道路優(yōu)化策略針對(duì)城市道路的復(fù)雜性和多樣性，可以采用高精度地圖、實(shí)時(shí)交通信息等技術(shù)手段，提高自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的感知和決策能力，優(yōu)化行駛路徑。高速公路優(yōu)化策略針對(duì)高速公路的高速度和長(zhǎng)時(shí)