智能车辆越野环境路径规划

发布时间：2017-07-08 08:23

  本文关键词：智能车辆越野环境路径规划

  更多相关文章： 越野环境 路径规划 高安全性 维诺图 可行路径单元集

【摘要】：移动机器人自从19世纪60年代问世以来,得到了研究者们的广泛关注。特别是随着计算机的应用和传感技术的发展,移动机器人逐渐从实验室开始走向社会生活,应用于农业生产、海洋开发、社会服务等各个领域。而随着技术的进步和不断增长的减少人员伤亡的需求,无人车在军事领域的应用也逐渐得到了各国的高度重视,许多国家纷纷加大了对军用无人作战平台的研究力度。90年代后,自主式车辆技术及其他关键技术有突破性进展,使自主式无人车得到了快速发展,美、俄、英、法等国已经开展了不同水平的无人车辆研发计划。与运行在城市结构化环境中的移动机器人不同,军用无人作战平台的运行环境大都是非结构化的越野环境。越野环境路面情况复杂,地形多样,包括陡坡、凹坑、水体等各类障碍,这给无人车辆的运行带来巨大的挑战。首先在环境建模方面,如何正确地识别环境中这些危险的路面区域是一个基本的问题。其次在路径规划方面,如何在已有环境模型的基础上,正确规划一条适合车辆行驶的安全最优路径,并且满足实时性需求也是一个令人关注的问题。在现有的关于无人车路径规划技术的研究中,绝大部分都基于平面环境,并大都采取路径长度最短或时间最短为最优标准。在越野环境中,复杂的地形情况使得继续采用平面环境简单的路径最优标准将无法获得令人满意的结果。本文针对智能车在越野环境中的应用需求,简要分析了无人车环境建模的方法。并且在环境模型准确获取的基础上重点阐述路径规划的解决方法。在环境建模方面,针对陡坡、凹坑、水体等各类路面障碍的地形特点,利用三维激光雷达数据建立环境的栅格地图。在该栅格地图的基础上,采用全局规划与局部规划相结合的路径规划策略进行路径搜索。全局规划中,针对环境庞大而使得搜索算法收敛缓慢的问题,提出使用维诺图提取全局路网,大大减小算法的搜索空间;同时针对路网搜索过程中可能出现的最优性失效问题,引入维诺不平度地图充分考虑路网周围区域的路面情况,从而保证算法能够找到真正有利于车辆行驶的全局路径。局部规划跟踪全局路径,为保证局部规划在跟踪时具有更大灵活性,基于全局路径提取了安全走廊;为保证局部规划结果的可执行性,采用单车模型生成可行路径单元集进行路径组合;为进一步提高局部规划应对动态障碍物的快速反应能力,采用动态窗口法缩小规划考虑范围。通过全局加局部的规划策略,使得车辆能避开环境中危险的路面区域,同时高效地进行局部跟踪,实现无人车在越野环境安全、有效地行驶。通过仿真实验,证明了该方法能够快速的在越野环境中生成一条全局安全路径,同时局部规划能够正确生成可行路径并引导车辆进行精确跟踪,从而保证了车辆能够安全准确的到达目标点,很好的解决了无人车辆在越野环境中的路径规划问题。
【关键词】：越野环境 路径规划 高安全性 维诺图 可行路径单元集
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-36
• 1.1 无人作战平台的研究背景及研究现状12-22
• 1.1.1 无人作战平台的研究背景12-13
• 1.1.2 美国无人作战平台的研究现状13-17
• 1.1.3 欧洲无人作战平台的研究现状17-20
• 1.1.4 无人作战平台国内研究现状20-22
• 1.2 环境建模方法介绍22-25
• 1.2.1 可视图法22-23
• 1.2.2 栅格法23-24
• 1.2.3 拓扑法24
• 1.2.4 构型空间法24-25
• 1.3 路径规划方法简介25-34
• 1.3.1 图搜索法26-27
• 1.3.2 人工势场法27-30
• 1.3.3 随机地图法30-32
• 1.3.4 智能化算法32-34
• 1.4 本文研究的主要工作34-36
• 1.4.1 本文研究的目的和意义34
• 1.4.2 本文研究的主要内容和方法34-36
• 第2章 越野环境建模36-42
• 2.1 三维激光雷达介绍36-38
• 2.1.1 激光雷达的测量模型37-38
• 2.2 越野环境地形要素检测38-41
• 2.2.1 坡面障碍检测38-39
• 2.2.2 凹障碍检测39-40
• 2.2.3 水体障碍检测40-41
• 2.3 本章总结41-42
• 第3章 基于维诺图的全局路径规划42-55
• 3.1 维诺图简介43-47
• 3.1.1 维诺图定义及其应用43-45
• 3.1.2 维诺图的生成方法45-47
• 3.2 维诺路网47-49
• 3.3 路网搜索的缺陷49-50
• 3.4 维诺不平度地图50-53
• 3.5 基于安全性的搜索代价函数53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 基于可行路径单元集的局部路径规划55-72
• 4.1 全局路径的跟踪55-61
• 4.1.1 Pure-pursuit跟踪方法55-58
• 4.1.2 安全走廊58-61
• 4.2 可行路径单元集61-69
• 4.2.1 单车模型61-64
• 4.2.2 基本集与扩展集64-69
• 4.3 动态窗口法69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第5章 仿真实验72-92
• 5.1 仿真平台介绍72-76
• 5.2 全局规划实验76-83
• 5.2.1 维诺不平度地图实验77-79
• 5.2.2 全局规划对比实验79-82
• 5.2.3 全局规划实验总结82-83
• 5.3 局部规划实验83-90
• 5.3.1 规划程序与Vrep仿真环境的对接83-85
• 5.3.2 动态窗口局部规划85-90
• 5.3.3 局部规划总结90
• 5.4 本章总结90-92
• 第6章 总结与展望92-95
• 6.1 本文的研究成果92-93
• 6.2 本文的研究创新点93
• 6.3 未来工作展望93-95
• 参考文献95-101
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单101-102
• 致谢102

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