CN117433539B - 一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的方法及装置，所述方法包括如下步骤：构建场地测试中目标物的外形轮廓并标注出目标物质心点以及目标物作用点；利用目标物运行轨迹基础元素进行组合，规划目标物的目标物运行轨迹；其中，所述目标物运行轨迹基础元素包括直线元素、弧线元素、触发点、轨迹关联点和偏航角；建立局部坐标系；基于所述局部坐标系，将各目标物运行轨迹依据各目标物的轨迹关联点和偏航角与局部坐标系原点的关系进行多目标物轨迹组合并分布于局部坐标系中。本发明解决了智能网联汽车场地测试中多目标物运行轨迹无法有效协同导致试验效率底下的问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能网联汽车场地测试技术领域，尤其涉及一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的方法及装置。
背景技术
多目标物协同轨迹规划用于智能网联汽车场地测试中所涉及到的多目标物复杂场景的实现。例如通过多目标物协同轨迹规划，可以在试验前预设试验中所需假人、假踏板车等目标物按照规划的轨迹运动。
现有的多目标物场景轨迹规划时，一般为场景中所涉及的目标物各自进行的运动场景规划相互之间缺乏关联。在使用过程中发现，多目标物间各自进行轨迹规划的方式，由于在实际目标物运动过程中各目标物间缺乏整体有效的规划，或规划***各自成体系，导致在实际运动过程中目标物的运行轨迹和规划存在一定程度上的偏差，由此导致试验成功率低、试验效率低下甚至会导致在多目标物运动过程由于此偏差而导致的碰撞事故频发的情况发生。
发明内容
针对上述背景技术中指出的技术问题，本发明实施例提供一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的方法及装置。
为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案如下：
一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的方法，包括如下步骤：
步骤1：构建场地测试中目标物的外形轮廓并标注出目标物质心点以及目标物作用点；
步骤2：利用目标物运行轨迹基础元素进行组合，规划目标物的目标物运行轨迹；其中，所述目标物运行轨迹基础元素包括直线元素、弧线元素、触发点、轨迹关联点和偏航角；
步骤3：建立局部坐标系；
步骤4：基于所述局部坐标系，将各目标物运行轨迹依据各目标物的轨迹关联点和偏航角与局部坐标系原点的关系进行多目标物轨迹组合并分布于局部坐标系中。
其中，还包括步骤5：通过软件仿真，采集各目标物按照规划的目标物运行轨迹进行运行生成的仿真数据，通过仿真数据分析，评估各目标物轨迹规划是否合理。
其中，步骤1具体包括：
绘制目标物实际外形在俯视方向上的投影轮廓线作为外形轮廓；
在绘制的外形轮廓俯视方向上所投影面积的几何中心点处标注为目标物质心点；
在绘制的外形轮廓上标注出目标物实际运动过程中与其余目标物相互作用的点为目标物作用点，目标物作用点与局部坐标系相关联，是在目标物的外形轮廓上相对目标物质心点的偏移点。
其中，步骤3具体包括：
控制目标物运动至预设的试验目标起始位置，建立试验所使用的局部坐标系原点，并采样原点的经度、纬度以及高程数据；
控制目标物向预设的试验目标终点位置方向沿直线运行，到达预设的试验目标终点位置后，采样终点的经度、纬度以及高程数据；
通过原点的经度、纬度以及高程数据和终点的经度、纬度以及高程数据，计算出目标物运动方向的偏航角，以预设的试验目标起始位置为原点，目标物从预设目标终点位置沿直线运行至预设的试验目标起始位置的方向，建立局部坐标系的Y3轴，同时沿Y3轴顺时针方向旋转90°的方向为局部坐标系的X3轴，完成局部坐标系的建立。
相应地，还提供了一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的装置，包括目标物外形轮廓构建单元、目标物运行轨迹规划单元、局部坐标系建立单元以及局部坐标系同步单元；
所述目标物外形轮廓构建单元用于构建场地测试中目标物的外形轮廓并标注出目标物质心点以及目标物作用点；
所述目标物运行轨迹规划单元用于利用目标物运行轨迹基础元素进行组合，规划目标物的目标物运行轨迹；其中，所述目标物运行轨迹基础元素包括直线元素、弧线元素、触发点、轨迹关联点和偏航角；
所述局部坐标系建立单元用于建立局部坐标系；
所述局部坐标系同步单元用于基于所述局部坐标系，将各目标物运行轨迹依据各目标物的轨迹关联点和偏航角与局部坐标系原点的关系进行多目标物轨迹组合并分布于局部坐标系中。
其中，还包括软件仿真单元，所述软件仿真单元用于通过软件仿真，采集各目标物按照规划的目标物运行轨迹进行运行生成的仿真数据，通过仿真数据分析，评估各目标物轨迹规划是否合理。
其中，所述目标物外形轮廓构建单元，具体用于：
绘制目标物实际外形在俯视方向上的投影轮廓线作为外形轮廓；
在绘制的外形轮廓俯视方向上所投影面积的几何中心点处标注为目标物质心点；
在绘制的外形轮廓上标注出目标物实际运动过程中与其余目标物相互作用的点为目标物作用点，目标物作用点与局部坐标系相关联，是在目标物的外形轮廓上相对目标物质心点的偏移点。
其中，所述局部坐标系建立单元，具体用于：
控制目标物运动至预设的试验目标起始位置，建立试验所使用的局部坐标系原点，并采样原点的经度、纬度以及高程数据；
控制目标物向预设的试验目标终点位置方向沿直线运行，到达预设的试验目标终点位置后，采样终点的经度、纬度以及高程数据；
通过原点的经度、纬度以及高程数据和终点的经度、纬度以及高程数据，计算出目标物运动方向的偏航角，以预设的试验目标起始位置为原点，目标物从预设目标终点位置沿直线运行至预设的试验目标起始位置的方向，建立局部坐标系的Y3轴，同时沿Y3轴顺时针方向旋转90°的方向为局部坐标系的X3轴，完成局部坐标系的建立。
与现有技术相比，本发明能够以提出一种新型多目标物协同轨迹规划的方法，通过统一坐标系，多目标物轨迹规划以及仿真验证等手段，解决了智能网联汽车场地测试中多目标物运行轨迹无法有效协同导致试验效率底下的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的构建目标物的外形轮廓方法示意图；
图3是本发明实施例提供的规划目标物运行轨迹方法示意图；
图4是本发明实施例提供的局部坐标系建立方法示意图；
图5是本发明实施例提供的局部坐标系同步方法示意图；
图中，11、目标物的外形轮廓；12、目标物质心点；13、目标物作用点；14、目标物惯导定位点；2、目标物运行轨迹；21、直线元素；22、弧线元素；23、触发点；24、轨迹关联点；25、偏航角；3、局部坐标系；31、UTM坐标系；32、中间坐标系；33、偏向角；34、测试车行进方向；41、局部坐标系关联点；42、偏移点。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的方法，包括如下步骤：
步骤1：构建场地测试中目标物的外形轮廓11并标注出目标物质心点12以及目标物作用点13以及目标物惯导定位点14，如图2所示。
步骤2：利用目标物运行轨迹基础元素进行组合，规划目标物的目标物运行轨迹2；其中，所述目标物运行轨迹基础元素包括直线元素21、弧线元素22、触发点23、轨迹关联点24和偏航角25；如图3所示。
其中，所述目标物运行轨迹2由直线元素21和弧线元素22进行选择组合，同时在实际使用中又分别由加速度段、匀速段以及减速段三部分组成。
步骤3：建立局部坐标系3；其中，通过轨迹关联点24和偏航角25来约束当前目标物运行轨迹在局部坐标系3中的位置。其中，通过设备获取当前测试场地的位置坐标及运动方向等信息与运动轨迹相关联。
步骤4：基于所述局部坐标系3，将各目标物运行轨迹2依据各目标物的轨迹关联点24和偏航角25与局部坐标系原点的关系进行多目标物轨迹组合并根据目标物的运行轨迹上的轨迹关联点24的局部坐标和偏航角25与局部坐标系3进行匹配分布于局部坐标系3中。
优选地，所述方法还包括步骤5：通过软件仿真，采集各目标物按照规划的目标物运行轨迹2进行运行生成的仿真数据，通过仿真数据分析，评估各目标物轨迹规划是否合理。
优选地，所述方法还包括步骤六，评估完各目标物轨迹规划合理性后，可将各目标物轨迹下发至实际设备上进行实验，实验完成后，可将采集到的实际运行数据与仿真运行数据进行对比分析。
优选地，步骤1具体包括：
绘制目标物实际外形在俯视方向上的投影轮廓线作为外形轮廓；
在绘制的外形轮廓俯视方向上所投影面积的几何中心点处标注为目标物质心点12；
在绘制的外形轮廓上标注出目标物实际运动过程中与其余目标物相互作用的点为目标物作用点13，目标物作用点13与局部坐标系3相关联，是在目标物的外形轮廓11上相对目标物质心点12的偏移点。
所述目标物惯导定位点14，是目标物实际安装的惯导定位位置点，理论上需要将其和目标物质心点12重合，但是实际使用过程中会存在一定的偏差，因此需要通过计算上的偏移来纠正目标物惯导定位点14和目标物质心点12的偏差以及偏置到所需的作用点13位置上。
优选地，步骤3具体包括：控制目标物运动至预设的试验目标起始位置，建立试验所使用的局部坐标系3原点，并采样原点的经度、纬度以及高程数据；
控制目标物向预设的试验目标终点位置方向沿直线运行，到达预设的试验目标终点位置后，采样终点的经度、纬度以及高程数据；
通过原点的经度、纬度以及高程数据和终点的经度、纬度以及高程数据，计算出目标物运动方向的偏航角25，以预设的试验目标起始位置为原点，目标物从预设目标终点位置沿直线运行至预设的试验目标起始位置的方向，建立局部坐标系3的Y3轴，同时沿Y3轴顺时针方向旋转90°的方向为局部坐标系3的X3轴，完成局部坐标系3的建立。
需要说明的是，如图4所示，提供了一种局部坐标系建立方法，包括如下：
首先，将测试车开到所需的坐标原点位置A点，点击设置局部坐标系3的原点(0，0)，测试车上的组合惯导输出WGS84坐标系下该点的经度、纬度坐标以及高程数据参数，通过公式转为UTM坐标系31的坐标，以该点为原点建立中间坐标系32，其中，中间坐标系32的X2轴平行于UTM坐标系31的X1轴，中间坐标系32的Y2轴平行于UTM坐标系31的Y1轴，然后测试车沿着所需的行进方向34直线向前运行一段距离到达B点，设置为局部坐标系3的Y3轴且Y3轴正方向指向B点，将组合惯导输出的该点的经度、纬度坐标以及高程数据参数转为中间坐标系32下的坐标，根据A和B两点在中间坐标系32下的坐标可直接推导出局部坐标系3的Y3轴正方向与中间坐标系32的Y2轴正方向(正北方向)的逆时针方向的夹角为θ，θ为偏向角33，进而确定中间坐标系32与局部坐标系3之间的转换关系(两坐标系的Z轴始终朝外)。所以车辆行驶到任意点，均可将车辆上的组合惯导输出的经度、纬度坐标以及高程数据转为局部坐标系3下的坐标，至此完成局部坐标系3的建立。
将上述建立的局部坐标系3中的坐标原点位置在WGS84坐标系下的经度、纬度、高程参数以及局部坐标系3的Y3轴的偏向角33，同步给当前***内部所有设备，至此完成局部坐标系3的同步。
具体地，如图5为多目标物运动的复杂交通场景，设备1表示为测试车，设备2、设备3分别为不同的目标物，可分别代表行走的成年男女或儿童男女，运动的自行车、电动车、摩托车、汽车等目标物的任意两种。
设局部坐标系3的原点为多目标物轨迹协同过程中的局部坐标系关联点41，不同目标物的局部坐标系关联点41位置不同，可以与局部坐标系的局部坐标系关联点41重合，也可以在局部坐标系3进行偏移形成偏移点42，偏移点42包含当前局部坐标系下的位置坐标和当前设备的偏航角25，此偏航角25定义为以局部坐标系3的X3轴正向为0°、逆时针旋转为正方向。
在局部坐标系3中每个设备依据其偏航角25和关联点41可定位其各自位置，并可依照各设备规划的轨迹确定其各自的起点位置，定义在整个***中由设备1触发其他设备的进行相应的动作，故此在设备1的轨迹规划中还存在着触发点43的信息。
至此，多目标物的轨迹协同完成。
需要说明的是，在轨迹规划中会使用到和实际使用到的设备物理参数相关联，在实际使用过程中需要根据不同的设备进行相应的参数配置工作，特此在本发明中提供了一种设备数据参数自定义配置方法用于便捷、快速的进行参数变更。
数据由传输阶段和解析阶段两个阶段所组成。
在数据传输阶段时由采集设备将数据以数据包的方式发送至上位机软件接收端，数据包格式如下表1所示：
表1
在数据解析阶段时，上位机软件接收端接收到数据包后按照数据包长度截取数据包并使用数据包校验码对数据包的完整性进行校验，如果数据完整性未通过校验则舍弃该包数据，当数据完整性校验通过后保留当前该包数据。对于保留的数据的解析规则则是根据在上位机软件中编辑的数据规则进行数据解析，解析规则如下表2所示：
表2
| 字段 | 说明 |
| 命令标识 | 定义命令标识内容 |
| 消息类型标志 | 定义消息类型标志内容 |
| 消息类型 | 定义消息类型内容 |
| 开始字节 | 定义解析开始字节信息 |
| 结束字节 | 定义解析结束字节信息 |
| 比特右移 | 定义解析比特右移信息 |
| 与运算 | 定义解析与运算信息 |
| 数据类型 | 定义解析字节的数据类型信息 |
| 单位 | 定义解析后对应单位信息 |
| 小数点 | 定义解析小数点位置信息 |
| 偏移 | 定义解析数据偏移信息 |
| 英文名称 | 定义解析参数对应英文名称 |
| 中文名称 | 定义参数对应中文名称 |
| 参数类型 | 定义参数类型信息是数值还是状态值 |
根据命令标识区分当前数据包应遵循的解析规则；消息类型标志用以区分数据包的发送类型是周期性消息还是非周期性消息；消息类型用来区分当前数据包中数据的类型；开始字节与结束字节表明需要解析的数据在当前数据包中的位置；比特右移用于解析比特类数据使用，若非比特类数据则使用空的状态即可；与运算也是用于在比特类数据中使用，若非比特类数据则使用空的状态即可；数据类型包括比特类数据、字节类数据、双字类数据、浮点型数据以及双精度浮点型数据；单位、小数点、中英文名称用于显示解析后数据的样式；偏移量用于在当前数据基础上进行统一偏移使用；参数类型定义了当前数据的是数值类数据还是状态类数据。
另外，设备按照规划的轨迹运动过程后的数据可以用来评价当前设备的运动状态优良或评价当前轨迹设计是否合理，可采用如下历史数据分析方法：
数据分类、数据图形化展示、同一时刻下关联数据的计算，在试验完成并将数据保存后，首先需要对要分析的数据进行分类设置，然后既可通过图形化方式查看数据是否在要求阈值范围内、是否在关键时刻下的需求等，同时还可以通过提前编写好的计算脚本计算出所需关键是时刻下相关参数的计算结果。
相应地，还提供了一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的装置，包括目标物外形轮廓构建单元、目标物运行轨迹2规划单元、局部坐标系3建立单元以及局部坐标系3同步单元；
所述目标物外形轮廓构建单元用于构建场地测试中目标物的外形轮廓11并标注出目标物质心点12以及目标物作用点13；
所述目标物运行轨迹2规划单元用于利用目标物运行轨迹2基础元素进行组合，规划目标物的目标物运行轨迹2；其中，所述目标物运行轨迹2基础元素包括直线元素21、弧线元素22、触发点23、轨迹关联点24和偏航角25；
所述局部坐标系3建立单元用于建立局部坐标系3；
所述局部坐标系3同步单元用于基于所述局部坐标系3，将各目标物运行轨迹2依据各目标物的轨迹关联点24和偏航角25与局部坐标系3原点的关系进行多目标物轨迹组合并分布于局部坐标系3中。
其中，还包括软件仿真单元，所述软件仿真单元用于通过软件仿真，采集各目标物按照规划的目标物运行轨迹2进行运行生成的仿真数据，通过仿真数据分析，评估各目标物轨迹规划是否合理。
其中，所述目标物外形轮廓构建单元，具体用于：
绘制目标物实际外形在俯视方向上的投影轮廓线作为外形轮廓；
在绘制的外形轮廓俯视方向上所投影面积的几何中心点处标注为目标物质心点12；
在绘制的外形轮廓上标注出目标物实际运动过程中与其余目标物相互作用的点为目标物作用点13，目标物作用点13与局部坐标系3相关联，是在目标物的外形轮廓11上相对目标物质心点12的偏移点。
其中，所述局部坐标系3建立单元，具体用于：
控制目标物运动至预设的试验目标起始位置，建立试验所使用的局部坐标系3原点，并采样原点的经度、纬度以及高程数据；
控制目标物向预设的试验目标终点位置方向沿直线运行，到达预设的试验目标终点位置后，采样终点的经度、纬度以及高程数据；
通过原点的经度、纬度以及高程数据和终点的经度、纬度以及高程数据，计算出目标物运动方向的偏航角25，以预设的试验目标起始位置为原点，目标物从预设目标终点位置沿直线运行至预设的试验目标起始位置的方向，建立局部坐标系3的Y3轴，同时沿Y3轴顺时针方向旋转90°的方向为局部坐标系3的X3轴，完成局部坐标系3的建立。
最后应当说明的是：上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。
Claims (4)
1.一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：构建场地测试中目标物的外形轮廓并标注出目标物质心点以及目标物作用点；具体包括：
绘制目标物实际外形在俯视方向上的投影轮廓线作为外形轮廓；
在绘制的外形轮廓俯视方向上所投影面积的几何中心点处标注为目标物质心点；
在绘制的外形轮廓上标注出目标物实际运动过程中与其余目标物相互作用的点为目标物作用点，目标物作用点与局部坐标系相关联，是在目标物的外形轮廓上相对目标物质心点的偏移点；
步骤2：利用目标物运行轨迹基础元素进行组合，规划目标物的目标物运行轨迹；其中，所述目标物运行轨迹基础元素包括直线元素、弧线元素、触发点、轨迹关联点和偏航角；所述触发点用于测试车触发其余目标物进行相应的动作；
步骤3：建立局部坐标系；
步骤4：基于所述局部坐标系，将各目标物运行轨迹依据各目标物的轨迹关联点和偏航角与局部坐标系原点的关系进行多目标物轨迹组合并分布于局部坐标系中；
其中，步骤3具体包括：
控制目标物运动至预设的试验目标起始位置，建立试验所使用的局部坐标系原点，并采样原点的经度、纬度以及高程数据；
控制目标物向预设的试验目标终点位置方向沿直线运行，到达预设的试验目标终点位置后，采样终点的经度、纬度以及高程数据；
通过原点的经度、纬度以及高程数据和终点的经度、纬度以及高程数据，计算出目标物运动方向的偏航角，以预设的试验目标起始位置为原点，目标物从预设目标终点位置沿直线运行至预设的试验目标起始位置的方向，建立局部坐标系的Y3轴，同时沿Y3轴顺时针方向旋转90°的方向为局部坐标系的X3轴，完成局部坐标系的建立。
2.根据权利要求1所述的汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的方法，其特征在于，还包括步骤5：通过软件仿真，采集各目标物按照规划的目标物运行轨迹进行运行生成的仿真数据，通过仿真数据分析，评估各目标物轨迹规划是否合理。
3.一种汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的装置，其特征在于，包括目标物外形轮廓构建单元、目标物运行轨迹规划单元、局部坐标系建立单元以及局部坐标系同步单元；
所述目标物外形轮廓构建单元用于构建场地测试中目标物的外形轮廓并标注出目标物质心点以及目标物作用点；具体用于：
绘制目标物实际外形在俯视方向上的投影轮廓线作为外形轮廓；
在绘制的外形轮廓俯视方向上所投影面积的几何中心点处标注为目标物质心点；
在绘制的外形轮廓上标注出目标物实际运动过程中与其余目标物相互作用的点为目标物作用点，目标物作用点与局部坐标系相关联，是在目标物的外形轮廓上相对目标物质心点的偏移点；
所述目标物运行轨迹规划单元用于利用目标物运行轨迹基础元素进行组合，规划目标物的目标物运行轨迹；其中，所述目标物运行轨迹基础元素包括直线元素、弧线元素、触发点、轨迹关联点和偏航角；所述触发点用于测试车触发其余目标物进行相应的动作；
所述局部坐标系建立单元用于建立局部坐标系；
所述局部坐标系同步单元用于基于所述局部坐标系，将各目标物运行轨迹依据各目标物的轨迹关联点和偏航角与局部坐标系原点的关系进行多目标物轨迹组合并分布于局部坐标系中；
所述局部坐标系建立单元，具体用于：
控制目标物运动至预设的试验目标起始位置，建立试验所使用的局部坐标系原点，并采样原点的经度、纬度以及高程数据；
控制目标物向预设的试验目标终点位置方向沿直线运行，到达预设的试验目标终点位置后，采样终点的经度、纬度以及高程数据；
通过原点的经度、纬度以及高程数据和终点的经度、纬度以及高程数据，计算出目标物运动方向的偏航角，以预设的试验目标起始位置为原点，目标物从预设目标终点位置沿直线运行至预设的试验目标起始位置的方向，建立局部坐标系的Y3轴，同时沿Y3轴顺时针方向旋转90°的方向为局部坐标系的X3轴，完成局部坐标系的建立。
4.根据权利要求3所述的汽车场地测试多目标物协同轨迹规划的装置，其特征在于，还包括软件仿真单元，所述软件仿真单元用于通过软件仿真，采集各目标物按照规划的目标物运行轨迹进行运行生成的仿真数据，通过仿真数据分析，评估各目标物轨迹规划是否合理。
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| CN117433539A (zh) | 2024-01-23 |
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