試論無人駕駛汽車路徑規劃

王孟濤 張妍

摘 要 隨著計算機信息技術與智能技術的快速發展，汽車無人駕駛技術也得到了大幅度進步，無人駕駛技術是一種智能化技術的代表，主要體現在遙感和自動控制技術上。無人駕駛技術可以避免駕駛員疲勞的問題，避免人工操作的失誤，提升能源利用率，是未來智能技術的代表。無人駕駛技術中汽車路徑的規劃和研究至關重要，本文首先對無人駕駛路徑規劃進行了闡述，從具體技術層面進行了探討。

關鍵詞 無人駕駛;汽車駕駛;路徑規劃

無人駕駛汽車中路徑的規劃是其主要研究的技術之一，備受關注，無人駕駛汽車在路徑規劃中環境十分復雜，受到多種因素的影響，隨機性較強，因此，路徑規劃工作至關重要，要采取適合的設備和技術進行路徑設計與規劃，進而為無人駕駛汽車的上市或使用提供科學的依據。

1 無人駕駛汽車路徑規劃概述

無人駕駛汽車的核心功能主要在于路徑規劃，主要利用感知技術和控制技術，路徑規劃的作用是承上啟下，主要目標在于在復雜的道路環境下，設計出和規劃出最安全可靠的路徑。無人駕駛汽車的路徑規劃分為全局和局部兩種，全局規劃指的是宏觀的規劃，路徑規劃要符合周邊環境和汽車駕駛實際道路，局部路徑規劃一般是指一段路程的起點到終點的規劃過程。無人駕駛汽車路徑規劃方式有很多種，例如柵格法、人工勢場法、可視圖法、人工智能算法等。

無人駕駛汽車路徑規劃是十分重要的環節，路徑規劃的目的是汽車無人駕駛過程中可以繞過障礙物，實現安全運行，規劃出一條最合理，最節省能源，且安全可靠的自動駕駛路線，可以滿足多種條件的智能技術。全局路徑規劃不是很復雜，主要利用拓撲級地圖，局部路徑規劃通過傳感器感知交通信息，實現車道保持、動態避障等功能。無人駕駛汽車路徑規劃對于算法要求較高，對局傳感器、算法的效率和處理器的運算能力都要求較高，不僅考慮空間序列還考慮時間序列。對于路徑規劃，現在有很多中相對成熟的算法，可以保證汽車安全駕駛，但根據傳感器實時探測局部環境進行路徑規劃還處于研究階段。

2 無人駕駛汽車路徑規劃分析

2.1 路徑設計分析

為了規劃出最合理的路徑，一般我們會結合道路情況、周邊環境、道路質量、車輛情況等等綜合分析，無人駕駛汽車路徑規劃其實是目標優化的問題，在復雜環境和路況下，如何為無人駕駛汽車規劃出最安全合理的路徑是十分必要的。一般可以通過建立一個模型來綜合考量上面提到的因素，要找到決定目標的變量，從成本、時間、能源等角度多重考慮，一般是最短路徑，但不等同于一定結果是最短路徑。目前，避免常見的路徑規劃計算方法有常Dijkstra 算法、Floyd 算法、SPFA算法、最佳優先算法（BFS）、A*算法，其中 Floyd 算法使用較為普遍，計算較為周密，運行效率較高。Floyd 算法是一種利用動態規劃的方法，適用于任何節點的路徑規劃計算，雖然與Dijkstra 算法類似，但時間要求較高，在以距離為變量的背景下，這類計算方法十分適用。

2.2 路徑規劃模型建立

（1）建立模型

假設道路環境中，一條道路中有n個路口，每個路口與其余路口相連，這里需要使用到兩個概念，距離矩陣D和路徑矩陣P，都是n×n的矩陣。距離矩陣D中的d（i，j）表示i，j 路口間的距離，其中i=（1，2，3，...，n），j=（1，2，3，...，n）：路徑矩陣P中的 path（i，j）代表 i 通往j經過的路口，其中i=（1，2，3，...，n），j=（1，2，3，...，n）：路徑矩陣P分析中發現，現有路徑方案僅有直通兩個路口，i→j，并沒有過渡路口，這是不成立的。因此要至少引入一個過渡路口k，即i→k→j才引入了中轉。在沒引入新路口后，刷新原有路徑矩陣D與離矩 P的信息，如此迭代n次后，得到最終任意兩點間最短間距。

Floyd 算法分為以下步驟：（1）根據數據得到初始距離矩陣D與路徑矩陣P，其中 d（i，j）為已知i與j路口最短距離，path（i，j）為從 i→j經過路口;（2）更新信息。引入新路口k，如果 d（i，k）+d（k，j） <d（i，j），則d（i，j）= d（i，k）+d（k，j），path（i，j）=path（i，k）;

（3）如果 d（i，j）<0，則停止，否則 k=k+1 后返回第二步繼續進行迭代，直至 k=n。

2.3 路徑規劃考量因素

本論文模型中假設道路網絡為LNNet，行車道路節點為N，行車道路集合為L。無人駕駛汽車從出發點出發，經過N個節點和L條不同的道路后到達終點，在實際計算和規劃中要考慮道路中是否有交通紅綠燈，要考慮道路的長度、道路類型、道路車道數量，道路類型主要可以分為高速公路、國道、主干道、縣級道路、市區道路等。在無人駕駛汽車路徑規劃中要遵守我國的交通法，還有一些軟性約束條件，包括道路堵車情況，行車道路的紅綠燈情況，選擇處罰值最低和最安全可靠的路徑。

2.4 動態路徑規劃

在無人駕駛汽車路徑規劃中要做好動態道路規劃，要綜合考慮路口通行規則和行車路線變化規則，行駛中的汽車需要變更路線時要遵守以下規則：（1）在下個節點路口左轉時必須行駛到最左邊;（2）下個節點路口要右轉時必須從行駛車道最右邊轉彎。（3）下一個節點路口需直行時允許行駛在任一車道。（4）車輛前方有另一輛車，且行車速度較慢，阻塞時此車更改車道可能性為25%。其中，如在下個路口需轉彎時，則不能在當前更改車道。

參考文獻

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