《電子技術(shù)應(yīng)用》
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GPS+多線激光雷達(dá)的自主路徑規(guī)劃方法
電子技術(shù)應(yīng)用
李建，倪秀琳，許艷偉
同方威視技術(shù)股份有限公司
摘要： 為了提高被檢車輛的通過(guò)率，提出一種基于差分GPS+多線激光雷達(dá)的區(qū)域內(nèi)車輛目標(biāo)全自動(dòng)自主路徑規(guī)劃的信息采集方法。首先，依據(jù)停車場(chǎng)環(huán)境簡(jiǎn)圖，規(guī)劃出停車場(chǎng)拓?fù)鋱D，提出并建立一種基于固定權(quán)值標(biāo)志的停車場(chǎng)電子地圖；其次，根據(jù)多線激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)，采用提出的自適應(yīng)聚類法，檢測(cè)出停車場(chǎng)中的車輛目標(biāo)；最后，基于差分GPS的移動(dòng)機(jī)器人定位，結(jié)合停車場(chǎng)電子地圖和檢測(cè)出的車輛目標(biāo)，提出的全局+局部的路徑規(guī)劃算法，動(dòng)態(tài)地完成移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，該方法可以有效地改善車輛目標(biāo)通過(guò)率。
中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256301
中文引用格式： 李建，倪秀琳，許艷偉. GPS+多線激光雷達(dá)的自主路徑規(guī)劃方法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(9)：11-17.
英文引用格式： Li Jian，Ni Xiulin，Xu Yanwei. Autonomous path planning method based on GPS + multi-line lidar[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(9)：11-17.
Autonomous path planning method based on GPS + multi-line lidar
Li Jian，Ni Xiulin，Xu Yanwei
Tongfang Nuctech Co.， Ltd.
Abstract： To improve the passing efficiency of the inspected vehicles, an automatic vehicles inspection method in the fixed region based on differential GPS+multi-line lidar is proposed. Firstly, according to the parking lot environment, the topology diagram is planned, and the electronic map based on fixed weight mark is proposed. Secondly, based on the data of multi-line lidar, the proposed adaptive clustering method is used to detect the targets. Finally, with the GPS robot positioning, the electronic map and target information, the global + local path planning algorithm is proposed to dynamically complete the path planning. Theoretical analysis and test results show that the method can effectively improve the target passing efficiency.
Key words : global+local path planning；weight electronic map；adaptive clustering；robot

引言

經(jīng)濟(jì)發(fā)展和商品貿(mào)易的快速發(fā)展，帶來(lái)貨物流通的吞吐量飛速增長(zhǎng)，使得貨物安全面臨著危爆物品、貨物走私、緝毒等多重威脅[1]。為了提高工作效率和精確度，國(guó)內(nèi)的集裝箱及港口口岸貨物檢測(cè)技術(shù)主要是以移動(dòng)式信息采集為主的車輛目標(biāo)信息采集[2-3]，以便于記錄車輛目標(biāo)的信息[4]。

移動(dòng)式貨物檢查設(shè)備時(shí)，多個(gè)被檢查車輛順序進(jìn)入停車通道，排成一列，設(shè)備從頭到尾進(jìn)行檢查，完成檢查后，司機(jī)順序?qū)④囕v開走，下一批次司機(jī)將車輛順序開進(jìn)停車通道，進(jìn)行信息采集和檢查。該檢查方式只能進(jìn)行一個(gè)批次的安全檢查，通過(guò)效率較低。

隨著路徑規(guī)劃算法的發(fā)展，如何提高移動(dòng)式車輛檢查的效率，是車輛檢查領(lǐng)域待解決的問題。

從傳統(tǒng)算法來(lái)看，人工勢(shì)場(chǎng)(Artificial Potential Field, APF)算法反應(yīng)迅速，具有實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)，且得到的路徑比較平滑，但容易陷入局部極小解[5-6]，多用于局部路徑的規(guī)劃，應(yīng)用于動(dòng)態(tài)環(huán)境中具有較好的表現(xiàn)。牛秦玉等人[7]提出一種改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法，障礙化處理道路邊界，通過(guò)對(duì)密集區(qū)域的障礙物進(jìn)行連鎖處理，將AGV與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離函數(shù)加入到斥力函數(shù)中，在局部極值附近增加一定比例的虛擬障礙物，用于解決目標(biāo)不可達(dá)的問題，也有效地解決了局部極值的問題[8]。

A*算法能夠在較短時(shí)間內(nèi)找到可行路徑，其收斂性強(qiáng)，但路徑折線多且會(huì)產(chǎn)生冗余節(jié)點(diǎn)[9-10]，導(dǎo)致搜索時(shí)間久，搜索效率慢[11]，Gao等人[12]建立一種考慮糾錯(cuò)約束和路徑約束的多目標(biāo)規(guī)劃模型，將帶系數(shù)的歐拉距離作為A*的估計(jì)代價(jià)函數(shù)，通過(guò)啟發(fā)式搜索，提高算法的搜索效率，快速規(guī)劃最優(yōu)路徑。Tong等[13]使用混合算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，先使用A*算法完成全局路徑規(guī)劃，在得到的全局路徑上劃分出多個(gè)子目標(biāo)點(diǎn)，使用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)切換，以完成局部路徑規(guī)劃。在該方法中，當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)附近有障礙物時(shí)，機(jī)器人可能無(wú)法到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

基于現(xiàn)有停車場(chǎng)車輛通過(guò)率較低的問題，為了提高被檢車輛的通過(guò)率，依托自主移動(dòng)機(jī)器人，提出一種基于差分GPS+多線激光雷達(dá)的停車場(chǎng)區(qū)域的車輛全自動(dòng)自主路徑規(guī)劃方法；依據(jù)劃定的工作區(qū)域及檢查通道，建立該場(chǎng)景的電子地圖，映射每個(gè)停車點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)和電子地圖節(jié)點(diǎn)的關(guān)系，建立全局路徑規(guī)劃圖；根據(jù)安裝在機(jī)器人外側(cè)邊緣角的多線激光傳感器，檢測(cè)工作區(qū)域是否有車輛目標(biāo)，建立局部路徑規(guī)劃圖；當(dāng)工作區(qū)域中有目標(biāo)時(shí)，根據(jù)機(jī)器人的GPS定位和工作區(qū)域電子地圖，結(jié)合用戶的開始操作命令，路徑規(guī)劃主控節(jié)點(diǎn)自動(dòng)發(fā)送橫向行車命令和導(dǎo)向控制命令；在橫向行駛時(shí)，當(dāng)車體外邊緣角多線激光檢測(cè)到車輛目標(biāo)的橫向距離小于閾值時(shí)，路徑規(guī)劃節(jié)點(diǎn)將機(jī)器人停在橫移方向的下一個(gè)停車標(biāo)志點(diǎn)，發(fā)送豎向行車命令，完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制；若橫向前進(jìn)方向有其他車輛目標(biāo)，循環(huán)整個(gè)流程，完成整個(gè)工作區(qū)域的全自動(dòng)自主動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃。該方法實(shí)現(xiàn)多列車輛目標(biāo)自動(dòng)連續(xù)信息采集，提升了車輛的通過(guò)率，大幅度提高了工作效率。


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作者信息：

李建，倪秀琳，許艷偉

（同方威視技術(shù)股份有限公司，北京 100084）


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