A-算法在自动驾驶车辆路径规划中的应用

A*算法在自动驾驶车辆路径规划中的应用冯凯吉星杨昕摘要:路径规划是自动驾驶系统研究的重要内容之一,A*算法是一种启发式的搜索算法,可以大幅度减少搜索过程中的扩展节点,从而可以快速找到一条从起点到终点的最优路径。结合高精度地图在自动驾驶系统中的应用,文章将A*算法用于自动驾驶车辆在高精度地图中的全局路径规划,通过在自动驾驶车辆平台上实验测试表明该算法能够快速准确地规划出一条最短路径。关键词:路径规划;A*算法;无人驾驶;高精度地图:U469.7文献标志码:A:1671-7988(2020)22-25-04Abstract:Pathplanningisoneoftheimportantcontentsofautomateddrivingsystemresearch.A*algorithmisaheuristicsearchalgorithm,whichcansignificantlyreducetheextendednodesinthesearchprocess,soastoquicklyfindanoptimalpathfromthestartingpointtotheendpointbinedwiththeapplicationofhigh-precisionmapintheautomateddrivingsystem,thispaperappliestheA*algorithmtotheglobalpathplanningoftheautonomousvehicleinthehigh-precisionmap.Theexperimentaltestontheplatformoftheautonomousvehicleshowsthatthealgorithmcanquicklyandaccuratelyplanashortestpath.Keywords:Pathplanning;A*algorithm;Automateddriving;HighprecisionmapCLCNO.:U469.7DocumentCode:AID:1671-7988(2020)22-25-04引言无人驾驶车辆也称无人车、自动驾驶汽车,是指搭载有先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,具备复杂环境感知、智能决策和控制等功能,能根据自身对周围环境条件的感知、理解,自动进行合理的车辆运动控制,且能够达到人类驾驶员驾驶水平的车辆[1][2]。路径规划是无人驾驶车辆系统最基本的环节之一,它是指在真实的道路环境中,无人驾驶系统按照设定的性能指标(如无碰撞、距离最短、时间最短等)寻找一条从开始位置到目标位置的最优路径[3][4]。根据对周围环境信息的知道程度不同,可以将路径规划分为全局路径规划和局部路径规划[5]。全局路径规划是指在已知的地图数据中规划出从起点到目标点的最优路径;局部路径规划是指依靠感知数据、局部地图数据和车辆位姿信息规划出一条无碰撞、满足约束条件的可行驶轨迹。目前常用的全局路径规划算法有Dijkstra算法、A*算法、蚁群算法和粒子群算法等[6][7],其中由尼尔森提出的A*算法在路径规划领域广泛应用。本文在基于无人驾驶高精度地图的基础上,通过A*算法进行了全局路径规划的设计与实现,将算法在无人车平台上进行了真实环境下的测试与验证,结果表明A*算法能够更加快速的找到一条最短路径。1A*算法描述A*算法是在Dijkstra算法的基础上提出的,它引入了启发式函数和预估代价,是在一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法,也是许多其他问题的常用启发式算法。算法的核心部分在于估价函数的设计[8],其估价函数如式1所示:其中,f(n)是从初始状态经由状态n到目标状态的代价估计,g(n)是从初始状态到状态n的实际代价,h(n)是从状态n到目标状态的最佳路径的估计代价。在A*算法中由于g(n)表示实际距离,而h(n)表示估计距离,所以在A*算法估价函数中h(n)的选择具有关键性的作用,决定了A*算法的效率,其中常用的估价函数有曼哈顿距离、对角线距离和欧几里德距离等。在估价函数中,如果h(n)等于0,那么f(n)=h(n),则A*算法就演变成为了Dijkstra算法,能够找到从起点到终点的最短路径,但是扩展节点会增多,效率变差。如果h(n)比从节点n移动到目标节点的真实代价小,此时A*也能保证找到一条最短路径;但是h(n)越小,A*的扩展节点越多,耗费资源越大,运行效率降低。如果h(n)精确的等于从节点n到目标节点的真实代价,则A*将会快速的寻找到最佳的路径并且不会进行额外的搜索扩展,此时算法运行效率最高。如果h(n)比从节点n移动到目标节点的真实代价大,那么A*不能够保证找到最短的路径,但是此时算法的运行速度快。另一种极端的情况为h(n)远远大于g(n),那么此时f(n)≈h(n),则A*算法演变为BFS算法。2高精度地图的有向图建模高精度地图是无人驾驶的基础,它包含了车道模型、道路...

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