(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210952678.4 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430000 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 宋宝　卢慧锋　刘永兴　张宏超　 周向东　唐小琦　王小柏　李成池　 李君　 (74)专利代理 机构 武汉蓝宝石专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 42242 专利代理师 廉海涛 (51)Int.Cl. G01C 21/34(2006.01) G01C 21/32(2006.01) G01S 17/931(2020.01)G06V 20/58(2022.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/28(2022.01) G06V 10/75(2022.01) G06V 10/762(2022.01) (54)发明名称 一种复杂场景下的动态环境建图与路径规 划方法及装置 (57)摘要 本发明涉及一种复杂场景下的动态环境建 图与路径 规划方法及装置， 获取车辆周围雷达扫 描空间范围内的物体点云数据； 对激光雷达扫描 的点云数据进行分割获取地面点云和非地面点 云， 对非地面点云， 进行障碍物识别； 对非地面点 云进行栅格化及二值化处理， 生成二维栅格化环 境地图； 根据车辆当前行驶状态， 实时生成多条 局部路径； 根据二维栅格化环 境地图以及安全驾 驶需求设置约束条件以及损失函数； 根据约束条 件对各条局部路径进行筛选， 得到可安全通行的 局部路径； 利用损失函数计算可安全通行的局部 路径的损失大小， 其中损失最小即为最优路径。 本发明可为驾驶员在驾驶过程中， 提高对复杂环 境的感知能力， 保障行 车安全。 权利要求书2页 说明书10页 附图5页 CN 115451983 A 2022.12.09 CN 115451983 A 1.一种复杂场景 下的动态 环境建图与路径规划方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 基于激光雷达实时扫描获取车辆周围三维环境信 息， 得到雷达扫描空间范围内的物体 点云数据； 对激光雷达扫描的点云数据进行分割获取地面点云和非地面点云， 对非地面点云， 进 行障碍物 识别； 对非地面点云进行栅格化及二值化处理， 生成二维栅格化环境地图， 所述二维栅格化 环境地图包含障碍物区域和非障碍物区域； 根据车辆当前 行驶状态， 实时生成多条局部路径； 根据所述 二维栅格化环境 地图以及安全驾驶需求设置约束条件以及损失函数； 根据所述约束条件 对各条局部路径进行筛 选， 得到可安全通行的局部路径； 利用所述损失函数计算可安全通行的局部路径的损失大小， 其中损失最小即为最优路 径。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的对激光雷达扫描的点云数据进行分 割获取地 面点云和非地 面点云， 包括： 基于RANSAC算法， 对激光雷达扫描的点云数据进行粗分割， 得到粗平面 点云； 根据激光雷达线 束间距d， 对所述 粗平面点云划分为多个区域； 确定每块区域的斜率阈值ks， 并计算各个区域点云相对于原点的斜率k， 若k≤ks， 则该 激光点云属于地 面点云， 否则为非地 面点云。 3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特 征在于， 对非地 面点云， 进行障碍物 识别， 包括： 根据激光雷达线 束间距d， 将非地 面点云划分为多个区域； 设置各个区域的聚类系数， 所述聚类系数包括 最小搜索半径以及最小聚类数量； 采用DBSCAN算法对各 区域点云进行逐行逐列扫描， 按照聚类系数对各区域点云进行聚 类， 生成聚类 轮廓， 并计算各区域的中心点 位置。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 对非地面点云进行栅格化及二值化处理， 生成二维栅格化环境 地图， 包括： 建立矩形栅格图， 并对非地面点云坐标进行转换， 将点云坐标中的(x,y)变换为对应的 像素坐标； 根据z值将栅格图中每个像素点进行二值化处理， 对图像进行闭运算去噪点， 得到二维 栅格化环境 地图。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 根据车辆当前行驶状态， 实时生成多条局 部路径， 包括： 以车辆初始的行驶位置为中心， 建立Frenet坐标系， 车辆的航向为s轴， 基于车辆中心 的横向偏移为d轴； 根据车辆宽度设置路径采样宽度Δd， 并根据道路宽度以及 路径采样宽度Δd确定局部 路径的数量； 根据车速以及规划时间需求确定采样时间Δt， 计算得到路径长度； 在保证车辆始末航向相同的前提下， 使用三次样条曲线拟合 生成多条局部路径。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述约束条件 包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115451983 A 2其中vmax为最大限速、 amax为最大限加速度、 ρmax为最大限曲率、 rmax为最大碰撞半径vt为 任意时刻车辆纵向速度， at为任意时刻车辆加速度， ρt为任意时刻车辆曲率， d为 车辆与绝对 不能通行障碍物之间的距离 。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述损失函数如下 所示： f损 失＝ ηsfs+ ηcfc 其中， fs为车辆行驶 的安全性指标， 用于描述车辆通过障碍物以及不同地形的能力， fc 为车辆行驶的驾驶舒适性指标， 描述车辆行驶时加速度变 化的快慢， ηs和 ηc分别为安全性指 标和驾驶 舒适性指标的权 重。 8.一种复杂场景 下的动态 环境建图与路径规划装置， 其特 征在于， 包括： 点云获取模块， 基于激光雷达实时扫描获取车辆周围三维环境信息， 得到雷达扫描空 间范围内的物体点云数据； 点云分割以及障碍物识别模块， 对激光雷达扫描的点云数据进行分割获取地面点云和 非地面点云， 对非地 面点云， 进行障碍物 识别； 环境地图生成模块， 对非地面点云进行栅格化及二值化处理， 生成二维栅格化环境地 图， 所述二维栅格化环境 地图包含障碍物区域和非障碍物区域； 初始路径规划模块， 根据车辆当前 行驶状态， 实时生成多条局部路径； 路径筛选优化模块， 根据所述二维栅格化环境地图以及安全驾驶需求设置约束条件以 及损失函数； 根据所述约束条件对各条局部 路径进行筛选， 得到可安全通行的局部路径； 利 用所述损失函数计算可安全通行的局部路径的损失大小， 其中损失最小即为 最优路径。 9.一种电子设备， 其特 征在于， 包括： 存储器， 用于存 储计算机软件程序； 处理器， 用于读取并执行所述计算机软件程序， 进而实现权利要求1 ‑7任一项所述的一 种复杂场景 下的动态 环境建图与路径规划方法。 10.一种非暂态计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述存储介质中存储有用于实现权 利要求1‑7任一项所述的一种复杂场景下的动态环境建图与路径规划方法的计算机软件程 序。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115451983 A 3