浅谈曲线坐标系SL

【自动驾驶】19.自动驾驶各个坐标系 WGS84 : 世界坐标系,即经纬高坐标系(经度(longitude),纬度(latitude)和高度(altitude)LLA坐标系 UTM: 世界坐标系 ENU: 世界坐标系,东北天 ENU 和 UTM 的区别: ENU局部坐标系采用三维直角坐标系来描述地球表面,实际应用较为困难,因此一般使用简化后的二维投影坐标系来描述。 UTM: 在众多二维投影坐标系中,统一横轴墨卡托(The Universal Transverse Mercator,UTM)坐标系是一种应用较为广泛的一种。 UTM坐标系 阅读详情
AI摘要

本文介绍了SL坐标系(frenetframe)的概念及其与XY坐标系之间的转换方法。SL坐标系适用于结构化道路上行驶的情况,更贴近实际需求。文章详细解释了如何从SL坐标系映射到XY坐标系,并给出了逆过程的说明。

       SL坐标系也叫做frenet frame,以道路中心线为参考,S表示道路中心线的方向,L表示与道路中心线垂直的方向。
在结构化道路上行驶的时候,SL坐标系比XY坐标系更加贴合实际需求。 SL坐标系到XY坐标系
因为很多信息是全局的,所以要投影到世界坐标系,例如红绿灯位置,参考的是XY世界坐标系。
在给定SL坐标系时,每一个点的S坐标本身对应一个(x-r,y-r)坐标,根据该点的横向偏移距离,可以求出给定点在世界坐标系中的XY位置,如下图所示。其中theta是参考线的方向,也就是切线方向。如果XY与S方向平行的话,轨迹的曲率还满足图中所示的关系。


XY坐标系到SL坐标系
因为SL坐标系并不是唯一的,XY会在曲线上产生很多投影,投影点是经过XY坐标,且垂直于曲线的线段与曲线的交点,如下图所示,XY就有两个投影点。通常情况下会增加一些限制,例如投影距离不能超曲率值。需要注意的是,掉头的时候还是需要特殊处理的。

  

Frenet坐标系 or Cartesian坐标系? 在自动驾驶领域,道路边界是一个不得不处理的约束,很多情况下,非线性的道路边界也是最难处理的约束。此外,现实中的车辆大多数时候都是沿着道路中心线行驶的,所以在Frenet坐标系中,车辆的运动可以直接解耦为纵向运动和横向运动,实现了降维的效果,这是在Cartesian坐标系中是很难实现的。工程应用中,参考线通常是以一系列离散坐标点的形式表示的,只有离散点处(x,y)的信息来自传感器,其他的heading/kappa/dkappa信息都是据此推导而来的,这些信息的连续性或平滑性,依赖于相邻参考点之间的连接处理。 阅读详情

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