原文鏈接：進階課程?丨Apollo規劃技術詳解——Motion Planning with Environment

當行為層決定要在當前環境中執行的駕駛行為時，其可以是例如巡航-車道，改變車道或右轉，所選擇的行為必須被轉換成路徑或軌跡，可由低級反饋控制器跟蹤。所產生的路徑或軌跡必須滿足車輛動力學約束的，對乘客來說是舒適的，并且避免與車載傳感器檢測到的障礙物的碰撞。尋找這樣的路徑或軌跡的任務是運動規劃系統的責任。

由于規劃是感知和控制之間的紐帶，當前的新規劃算法開發多考慮感知的不確定性以及控制的約束。在動態環境數據采集過程中，路徑規劃的最新發展目標是正確處理數據采集過程中的不確定性。這在實時的情況下會有更好的環境感知效果，并指導規劃過程。通過考慮感知階段的不確定性來提高防止危險情況的能力。從控制的角度來看，需考慮多目標，包括車輛的運動學約束和乘客的舒適性等。

上周阿波君為大家詳細介紹了「進階課程?Apollo規劃技術詳解——Motion Planning with Autonomous Driving」。

主要介紹了運動規劃的一些基本方法，重點從robotics的角度闡釋。包括有RRT（基于快速擴展隨機樹算法）、Lattice網絡方法、Spira方法、Polynomial方法、Functional Optimization方法等。

本周阿波君將與大家分享Apollo規劃技術詳解——Motion Planning with Environment。下面，我們一起進入進階課程第23期。

---

目錄

1.運動規劃的環境變化

2.Vehicle Model的建立

3.曲線坐標系SL

4.SL坐標系到XY坐標系的投影

5.XY坐標系到SL坐標系的投影

---

1.運動規劃的環境變化

運動規劃根據環境的變化在算法和處理方法上有很大的不同，涉及到模型建立、平滑優化和坐標轉換以及障礙物投影等。如下圖所示。

????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????運動規劃的環境變化

---

2.Vehicle Model的建立

??????????????????????????????????????????????????????????????????? ? ? ? ? ? ? ????????????????Vehicle Model的建立

對于汽車而言，質點模型是遠遠不夠的，無人車是前輪轉向的車，前后位置的變化是不一樣的，那么怎么去描述這種不一樣呢？首先從剛體角度考慮，二維平面里的剛體涉及到和，也就是以車后軸中心作為坐標原點時車身的朝向heading。因為無人車運動模型還多了一個轉向的變量，多了一個自由度，剛體模型也不夠。

可以將汽車運動模型簡化為自行車模型，將四輪抽象成兩個輪子，前輪中心和后輪中心的運動方向和自行車一樣。車輛在垂直方向的運動被忽略掉，用一個二維平面上的運動物體來描述車輛的運動模型。自行車運動的時候具有以下特點，旋轉車頭的時候，前輪和后輪都圍繞一個中心點轉動，并且后輪的轉向半徑與方向盤轉動角度滿足以下關系，其中L為前輪中心和后輪中心的距離:

?????????????????????????????????????????????????????????????????? ? ? ? ? ? ? ?????????????????運動規劃與車輛模型

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ? ? ?????????????????實際的自行車運動模型

在實際的自行車運動模型中，后軸中心是沿著如上圖所示的一條平滑的軌跡運行，該軌跡對應的曲率表示調整方向盤的度數，如果為正，表示向左轉，反之則向右轉。因此，自行車運動模型可以用，，，k還有速度來表示。那么沿著這樣的軌跡運動時，如何去估計障礙物的距離呢？解決這個問題，先了解一下曲線坐標系以及與世界坐標系之間的轉換關系。?

---

3.曲線坐標系SL

SL坐標系也叫做frenet frame，如下所示。它以道路中心線為參考，S表示道路中心線的方向，L表示與道路中心線垂直的方向。在結構化道路上行駛的時候，SL坐標系比XY坐標系更加貼合實際需求。那么SL坐標系如何轉換到XY坐標系呢？

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????????????????SL坐標系和XY坐標系

---

4.SL坐標系到XY坐標系的投影

之所以要投影到世界坐標系，是因為很多信息是全局的，例如紅綠燈位置，參考的是XY世界坐標系。在給定SL坐標系時，每一個點的S坐標本身對應一個坐標，根據該點的橫向偏移距離，可以求出給定點在世界坐標系中的XY位置，如下圖所示。其中theta是參考線的方向，也就是切線方向。如果XY與S方向平行的話，軌跡的曲率還滿足圖中所示的關系。

????????????????????????????????????????????????????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????????SL坐標系到XY坐標系的投影

---

5.XY坐標系到SL坐標系的投影

對于一個給定的曲線，如何將XY坐標系下的點轉換到SL坐標系呢？因為SL坐標系并不是唯一的，XY會在曲線上產生很多投影，投影點是經過XY坐標，且垂直于曲線的線段與曲線的交點，如下圖所示，XY就有兩個投影點。通常情況下會增加一些限制，例如投影距離不能超曲率值。需要注意的是，掉頭的時候還是需要特殊處理的。

?????????????????????????????????????????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????????????????XY坐標系到SL坐標系的投影

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Apollo进阶课程㉓丨Apollo规划技术详解——Motion Planning with Environment的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。