《電子技術(shù)應(yīng)用》
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GPS+多線激光雷達的自主路徑規(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率，提出一種基于差分GPS+多線激光雷達的區(qū)域內(nèi)車輛目標(biāo)全自動自主路徑規(guī)劃的信息采集方法。首先，依據(jù)停車場環(huán)境簡圖，規(guī)劃出停車場拓撲圖，提出并建立一種基于固定權(quán)值標(biāo)志的停車場電子地圖；其次，根據(jù)多線激光雷達的數(shù)據(jù)，采用提出的自適應(yīng)聚類法，檢測出停車場中的車輛目標(biāo)；最后，基于差分GPS的移動機器人定位，結(jié)合停車場電子地圖和檢測出的車輛目標(biāo)，提出的全局+局部的路徑規(guī)劃算法，動態(tài)地完成移動機器人的路徑規(guī)劃。理論分析和實驗結(jié)果驗證，該方法可以有效地改善車輛目標(biāo)通過率。
中圖分類號：TP242 文獻標(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)濟發(fā)展和商品貿(mào)易的快速發(fā)展，帶來貨物流通的吞吐量飛速增長，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，國內(nèi)的集裝箱及港口口岸貨物檢測技術(shù)主要是以移動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]。

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

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

從傳統(tǒng)算法來看，人工勢場(Artificial Potential Field, APF)算法反應(yīng)迅速，具有實時性高的優(yōu)點，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]提出一種改進人工勢場法，障礙化處理道路邊界，通過對密集區(qū)域的障礙物進行連鎖處理，將AGV與目標(biāo)點之間的距離函數(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*算法能夠在較短時間內(nèi)找到可行路徑，其收斂性強，但路徑折線多且會產(chǎn)生冗余節(jié)點[9-10]，導(dǎo)致搜索時間久，搜索效率慢[11]，Gao等人[12]建立一種考慮糾錯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*的估計代價函數(shù)，通過啟發(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子目標(biāo)點，使用人工勢場法進行目標(biāo)點切換，以完成局部路徑規(guī)劃。在該方法中，當(dāng)目標(biāo)點附近有障礙物時，機器人可能無法到達目標(biāo)點。

基于現(xiàn)有停車場車輛通過率較低的問題，為了提高被檢車輛的通過率，依托自主移動機器人，提出一種基于差分GPS+多線激光雷達的停車場區(qū)域的車輛全自動自主路徑規(guī)劃方法；依據(jù)劃定的工作區(qū)域及檢查通道，建立該場景的電子地圖，映射每個停車點經(jīng)緯度坐標(biāo)和電子地圖節(jié)點的關(guān)系，建立全局路徑規(guī)劃圖；根據(jù)安裝在機器人外側(cè)邊緣角的多線激光傳感器，檢測工作區(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，根據(jù)機器人的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)點自動發(fā)送橫向行車命令和導(dǎo)向控制命令；在橫向行駛時，當(dāng)車體外邊緣角多線激光檢測到車輛目標(biāo)的橫向距離小于閾值時，路徑規(guī)劃節(jié)點將機器人停在橫移方向的下一個停車標(biāo)志點，發(fā)送豎向行車命令，完成機器人的運動控制；若橫向前進方向有其他車輛目標(biāo)，循環(huán)整個流程，完成整個工作區(qū)域的全自動自主動態(tài)路徑規(guī)劃。該方法實現(xiàn)多列車輛目標(biāo)自動連續(xù)信息采集，提升了車輛的通過率，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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