[发明专利]一种基于优化维诺图的高安全裕度全局路径规划方法

权利要求书

1.一种基于优化维诺图的高安全裕度全局路径规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1:加载预先生成的全局二值化栅格地图；

S2:对步骤S1输入的环境障碍物栅格地图应用维诺图算法生成初始的维诺路网；

S3:对步骤S2生成的初始维诺路网的所有节点进行判断，识别出至少具有3个邻居节点的节点，将该节点作为交通枢纽节点，构建第一层稀疏环境拓扑图；

S4:基于步骤S2生成的初始维诺路网节点数据库对步骤S3生成的交通枢纽节点之间进行路径查找，寻找与枢纽节点直接相邻、相通的邻居枢纽节点，得到相邻交通枢纽节点之间的路径信息，构建第二层相邻、相通交通枢纽节点间路径信息图；

S5:对步骤S4得到的相邻枢纽节点间的路径信息进行剪枝和3次准均匀B样条曲线平滑处理，去除相邻交通枢纽节点间的冗杂节点，得到平滑的路径；

S6:基于步骤S5平滑后的相邻交通枢纽节点间路径信息进一步进行自适应长度路径点插值，至此得到完整分层优化建模后的维诺路网；

S7:基于步骤S6生成的分层优化建模后的维诺路网进行起点与终点间的全局路径搜索，初步得到相应的路径点序列信息；

S8:对步骤S7初步搜索得到的路径点序列信息进行贝塞尔曲线平滑处理，最终的得到高安全裕度的、平滑的全局路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于优化维诺图的高安全裕度全局路径规划方法，其特征在于，步骤S1中具体包括以下过程：

(1-1)通过当前主流的基于激光雷达的SLAM建图定位算法和占据栅格地图构建算法生成全局障碍占据栅格图，依据概率阈值进一步处理成全局二值化栅格地图；

(1-2)加载生成的全局二值化栅格地图到规划模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于优化维诺图的高安全裕度全局路径规划方法，其特征在于，步骤S2中具体包括以下过程：

(2-1)基于步骤S1的二值化栅格图，生成障碍连通域；

(2-2)基于障碍连通域,提取障碍的质心点，得到质心点集C＝{P_i∣i＝1,2,3,…,n}，P_i表示多边形障碍的质心点，然后利用质心点集C来构建三角网(Delaunay)，最后利用质心点连接的相同的三角形边的关系，得到当前多边形障碍要素的邻居对集合Pair_i＝{(A_i,A_j)∣i≠j,i＝1,2,…,n,j＝1,2,…,n}，A_i表示要素编号为i的障碍要素，A_j表示A_i的邻居要素；

(2-3)在计算出每个障碍要素的邻居对之后，需要根据邻居要素间的距离对邻居对进行分类，以便根据不同策略进行边界点的内插；

(2-4)将各连通域边缘离散，根据离散边缘点集构建维诺图，得到由维诺顶点构成的路网节点集；

(2-5)根据顶点共边关系将每个路网节点与邻接点关联，得到原始地图维诺路网结构体node。

4.根据权利要求1所述的一种基于优化维诺图的高安全裕度全局路径规划方法，其特征在于，步骤S3中具体包括以下过程：

(3-1)遍历步骤S2生成的维诺路网结构体的所有节点，统计每个节点的邻居节点数量；

(3-2)如果该节点邻居节点数量大于等于3，将该节点作为交通枢纽节点，存储到新的交通枢纽节点结构体中。

5.根据权利要求1所述的一种基于优化维诺图的高安全裕度全局路径规划方法，其特征在于，步骤S4中具体包括以下过程：

(4-1)设定距离阈值，对于步骤S3得到的交通枢纽节点结构体，基于初始的维诺路网结构体，应用Dijkstra路径规划算法查找距离阈值范围内的交通枢纽节点之间的路径序列点；

(4-2)为了辨识交通枢纽节点的邻节点，如果搜到的路径序列点中包含有其他交通枢纽节点，意味着从起始交通枢纽节点到目标交通枢纽节点之间的路径经过了其他的交通枢纽节点，故该起始交通枢纽节点与目标交通枢纽节点之间不构成邻居关系；

(4-3)反之，如果构成邻居关系，则存贮该交通枢纽节点和对应之间的路径信息，作为第二层的枢纽节点之间路网信息，最终生成分层交通枢纽节点路网。