自动驾驶---OpenSpace之Hybrid A*规划算法

本文详细介绍了自动驾驶中的OpenSpace规划,特别是Hybrid A*算法。OpenSpace规划解决开放、非结构化环境中的路径规划问题,涉及可行驶区域生成、路径搜索与选择、轨迹优化等步骤。Hybrid A*算法结合了A*和车辆运动学模型,以生成更符合实际行驶特性的路径。文章还讨论了算法的关键组件,如代价函数、Voronoi势场和Reeds Shepp曲线,并展望了OpenSpace规划在复杂环境中的应用前景。

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1 背景

        笔者在上周发布的博客《自动驾驶---低速场景之记忆泊车》中,大体介绍了记忆泊车中的整体方案,其中详细阐述了planning模块的内容,全局规划及局部规划(会车)等内容,包括使用的算法,但是没有深入详细地展开讲述OpenSpace规划算法,因此在本篇博客中,详细讲解该部分内容。

        OpenSpace规划主要涉及到自动驾驶车辆在开放、非结构化环境中的路径规划问题。这种规划对于没有固定参考线的场景特别重要,比如自主泊车、路边停车,城区路口掉头等。

        在OpenSpace规划中,算法的核心是根据感知信息和感兴趣区域(ROI)来生成和选择最佳的行驶路径。感知信息主要包括周围动静态障碍物的位置、速度等信息,而ROI则包含了地图信息,比如道路边界、车位边界等。

        OpenSpace规划算法的基本流程如下:

  1. 生成可行驶区域:根据感知数据和地图信息,算法首先会确定车辆可以安全行驶的区域。这通常涉及到对道路边界、障碍物位置等信息的解析和处理。
  2. 路径搜索与
### Apollo OpenSpace 模块代码实现细节 #### 1. 开放空间规划器概述 Apollo 的开放空间规划器 (Open Space Planner) 是自动驾驶路径规划中的一个重要组成部分,主要用于处理复杂环境下的自由空间导航。该模块基于 Hybrid A* 算法以及优化求解方法来生成平滑、安全的轨迹[^2]。 #### 2. 代码结构分析 在 Apollo 项目的 GitHub 存储库中,`r3.0.0` 版本提供了完整的源代码支持。以下是与 `OpenSpace` 模块相关的文件及其功能描述: - **核心算法实现在目录** 文件位置:`modules/planning/open_space/` 此处包含了主要的功能逻辑,例如状态空间表示、代价函数定义以及优化求解过程。 - **Hybrid A*** 文件名:`hybrid_a_star.cc` 和 `hybrid_a_star.h` 这些文件实现了经典的 Hybrid A* 算法,用于离散化连续的状态空间并寻找可行路径[^2]。 - **OSQP 解算器集成** 文件名:`osqp_wrapper.cc` 和 `osqp_wrapper.h` 使用了 OSQP(Operator Splitting Quadratic Program)作为二次规划求解工具,确保生成的轨迹满足动力学约束条件。注意,在 Apollo 中使用的 OSQP 库版本应为 0.6.0 或更高版本[^3]。 ```cpp // Example of calling the OSQP solver from within Apollo's codebase. c_int osqp_setup(OSQPWorkspace** workp, const OSQPData* data, const OSQPSettings* settings); ``` #### 3. 关键技术点解析 - **状态空间建模** 自动驾驶车辆的状态通常由位置 `(x,y)`、航向角 `θ` 及速度 `v` 组成。通过构建三维网格图,可以有效地搜索最优路径。 - **碰撞检测机制** 利用了精确边界框计算方式评估候选轨迹是否会与其他障碍物发生冲突。 - **目标函数设计** 考虑到舒适性和安全性等因素,最终的目标函数可能包含如下项: - 行驶距离最短; - 加速度变化最小; - 避免剧烈转向操作等。 以上各部分共同构成了一个高效可靠的自主驾驶规划方案。 #### 4. 下载与编译指导 为了获取最新版代码,请访问官方仓库链接 [Apollo Source Code](https://github.com/ApolloAuto/apollo/tree/r3.0.0)[^1] 并按照文档说明完成依赖配置和本地部署工作流程设置。 ---
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