智能驾驶进阶5——规划技术

无人车运动规划技术概览
本文探讨无人车运动规划的基础知识,涵盖规划方法如RRT、Lattice、A*等,以及如何处理动态障碍物、融入交通规则、保证实时计算等问题。深入解析汽车模型建立,特别是bicycle model,以及如何在复杂环境中生成平滑路径。

基础知识概述

  1. 规划本质是一个搜索问题(寻找目标函数),比如给一个函数,找一个最优解。
  2. 无人车的搜索问题是给一个当前状态,求接下去运动的最优解。在机器学习中可以被定义为一个寻找映射的过程。
  3. 目标函数定义无人车运动的优良性。
  4. 运动规划分为三个领域
    (1)robotic fields:RRT、A*、D*lite、Lattice Planning
    (2)控制理论:MPC、LQR
    (3)AI:reinforcement learning(通过搜索算法找出一个运动可以优化运动功能)、end to end imitation learning(直接寻找方式)
  5. 把运动规划问题转化为路径寻找问题,简化问题。
  6. 运动规划难点:
    (1)处理动态障碍物
    (2)融入交通规则
    (3)实时计算(面对突发情况)
    (4)保证无人车按照规划路径行驶(使用一个动态模型)
  7. 运动规划的两部分信息:
    (1)动态信息。包括感知模块获得的信息和从定位模块获得的信息。
    (2)静态信息。主要通过高精地图获得。
  8. 车辆状态、交通灯信息、障碍物以及障碍物预测的轨迹、路由、高精度地图都是规划模块所获得的信息。轨迹不仅仅是要怎么走,而是随着时间这条路应该怎么走。要知道速度才知道随时间位置在哪里,要保证速度、路径规划都是平滑的。
  9. non-information search——A*——D*——加入运动学模型——加入动力学模型——得出一个trajectory(技术轨道,一串点怎么随着时间运动)

路由选择
BFS广度优先搜索、DFS深度优先搜索,这两种搜索算法都是无信息搜索,我们不知道目的地与出发点之间的信息。

A算法、D算法

无人车只能部分观察环境,不能看到较远处的障碍物。A要求全知环境,对目的地和出发点的信息了解全面,在导航运用较多。无人车的这种部分已

### 智能驾驶路径规划技术综述 #### 路径规划的重要性 在自动驾驶领域,路径规划是一项核心功能,它决定了车辆如何从起点到达终点。路径规划不仅涉及几何学上的轨迹设计,还需要考虑动态环境下的安全性、舒适性和效率。为了实现这些目标,路径规划通常分为全局路径规划和局部路径规划两部分。 #### 全局路径规划 全局路径规划主要负责计算从起始位置到目的地的大致路线。该阶段利用地图数据(如高精地图)和其他先验信息完成静态路径的设计。常见的算法包括A*算法、Dijkstra算法及其变体。例如,在复杂的城市环境中,A*算法因其高效性和灵活性而被广泛采用[^2]。 ```python def a_star(start, goal, graph): open_set = {start} came_from = {} g_score = defaultdict(lambda: float('inf')) g_score[start] = 0 f_score = defaultdict(lambda: float('inf')) f_score[start] = heuristic_cost_estimate(start, goal) while open_set: current = min(open_set, key=lambda node: f_score[node]) if current == goal: return reconstruct_path(came_from, current) open_set.remove(current) for neighbor in graph.neighbors(current): tentative_g_score = g_score[current] + dist_between(current, neighbor) if tentative_g_score < g_score[neighbor]: came_from[neighbor] = current g_score[neighbor] = tentative_g_score f_score[neighbor] = g_score[neighbor] + heuristic_cost_estimate(neighbor, goal) if neighbor not in open_set: open_set.add(neighbor) return None ``` 上述代码展示了经典的 A* 算法框架,适用于离散空间中的路径寻找问题。 #### 局部路径规划 局部路径规划则专注于实时调整车辆行驶轨迹以应对突发状况障碍物的存在。此环节更多依赖传感器输入的数据流处理能力和快速反应机制。常用的局部路径规划方法有: - **势场法 (Potential Field Method)**:将机器人视为受力粒子,在吸引力与排斥力共同作用下移动至目标点。 - **模型预测控制 (Model Predictive Control, MPC)**:通过求解最优控制序列来指导下一时刻的动作选择,尤其适合非线性动力系统的建模分析[^3]。 #### 综合考量因素 无论是全局还是局部层面的路径规划方案都需要综合权衡多种约束条件,比如时间成本最小化的同时也要保障乘员体验感良好;规避碰撞风险之外还需兼顾交通法规遵从度等问题。此外,随着人工智能技术的发展,强化学习等新型范式也被引入进来尝试解决更加复杂的场景挑战[^1]。 #### 当前趋势与发展前景 目前来看,融合多源异构传感信息的世界模型构建成为推动智能驾驶进步的关键突破口之一。借助深度神经网络强大的特征提取能力,可以更精准地捕捉周围环境变化规律进而辅助做出合理决策。与此同时,自然语言处理领域的最新成果也为增强人机交互界面友好程度开辟了新途径——允许乘客直接下达口语化的导航指令而不是局限于固定选项列表之中。 ---
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