[发明专利]一种面向自动驾驶的车道级地图几何模型建立方法

说明书

本发明属于自动驾驶导航技术领域，具体的说是一种面向自动驾驶的车道级地图几何模型建立方法。该几何模型建立方法为使用分段三次多项式来构建路网几何模型。本发明使得车道级地图能够同时满足厘米级精度，存储量小及可用性强的条件，同时保证了位置和切向量上的全局连续性。

技术领域

本发明属于自动驾驶导航技术领域，具体的说是一种面向自动驾驶的车道级地图几何模型建立方法。

背景技术

近些年来，自动驾驶迅速发展，以求带来更高水平的安全和便利。为此，需要精确的车道级地图来提供各种自动驾驶车辆应用，如车辆路径规划和高精度定位。此外，各种先进的驾驶员辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems简称ADAS)，包括车道保持、变道辅助和燃料管理系统，都得益于精确的车道级地图。

车道级地图需要设计几何模型，需要具备三个条件：精确表达几何形状达到厘米级精度，存储量小及可用性强(具体指包括坐标、切线角度或曲率等在内的道路几何信息所需的计算量应该很低，以便车辆实时应用)，同时考虑到车辆的运动无论在位置还是速度上都是连续的，地图路径在位置和切向量上都应该具有全局连续性(又称C1连续性)，如此，地图路线将更好地近似于相应的车辆轨迹，从而使许多基于地图的应用受益。

现有车道级地图的几何模型包括如下模型：

1.折线模型：在允许误差较大的道路级地图中可以实现，对于车道级路网，折线模型难以表达准确的几何形状，在复杂弯道几何表达中，需要存储过多的形状点，使得模型实用性较差。

2.弧线样条曲线(Arc Spline)模型：利用直线和圆弧来代替传统的折线，线型简单，不需要存储多余的参数，同时实用性强，全段切向量连续，但是弧线和直线都是曲率恒定的线形，难以表达道路中众多曲率变化的路段。

3.回旋线模型：贴合在道路设计中广泛使用的线型，能够实现曲率一阶连续，但是这种线型的原始表达是菲涅尔(Fresnel)积分形式的超越方程，对于智能驾驶车辆应用所需要的信息，例如车辆与地图中的车道之间的距离和相对角度，这种几何模型需要复杂的计算，实际应用过程中很难直接利用。

4.三次B样条曲线模型：其好处在于曲线局部的修改不会影响整体，这使得路网可维护性强，但由于曲线方程不够直观，较难计算函数的一阶和二阶导数，较难提取出例如切线方向和曲率这种道路几何信息。

5.分段三次多项式模型：三次多项式曲线表达直观，由于可以方便地计算其导数，易得出道路切向和曲率的几何信息，现有研究构建的分段三次多项式模型能够满足拟合精度，存储性和实用性多方面需求，但是具有指数级或O(n3)计算复杂度，不适合于拟合大量的道路几何数据，或者没有考虑分段曲线之间的C1连续性，而连续的切向向量信息对于智能驾驶是至关重要的。

综合现阶段车道级地图的相关研究，在车道级几何模型构建中，各种线型各有优劣，未能同时满足拟合精度，存储性，实用性和曲线之间切向向量连续多方面需求。在本发明中，使用分段三次多项式来构建路网几何模型，使得模型构建计算简单，考虑了分段曲线之间的C1连续性。

发明内容

本发明提出了一种面向自动驾驶的车道级地图几何模型建立方法，该方法使得车道级地图能够同时满足厘米级精度，存储量小及可用性强的条件，同时保证了位置和切向量上的全局连续性。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种面向自动驾驶的车道级地图几何模型建立方法，具体包括以下步骤：

步骤一、对于一系列的道路数据点，估计每一点的切线方向；

步骤二、设定每一段的起点i和终点j，起始使用四个点进行拟合；

步骤三、将上一轮拟合的终点即新一轮拟合的起点平移至坐标系原点得到一个新的数据集；