Frenet坐标系下简单障碍物聚类方法以及避让方向判定

发布于 2 天前  12 次阅读


也是用了挺久的方法了,屡试不爽

障碍物聚类方法

基本原理

确保路径生成的可行性与鲁棒性,需对处于参考线Frenet坐标系中的静态障碍物进行聚类操作。该策略的核心目标是:

​ 存在车辆无法穿越的空间闭合区域时,对障碍物进行连通性归类处理,约束路径生成过程的可通行域识别行为。

构建在空间障碍冗余扩展模型之上,通过引入带宽参数在Frenet两个维度对原始障碍物边界进行对称拓展。

扩展后的边界作为基础单元参与后续的空间重叠性分析,从而实现弱连接闭合空间的检测与联通体识别。

拓展策略

  • S方向:设定拓展边界大于车辆惯性控制距离,以容纳潜在路径偏移带来的冗余路径区域;
  • L方向:拓展幅度设为车辆横向物理投影的一半,以排除“可穿越错觉”导致的伪空隙区域。

数据结构

障碍物在SL空间中建模为box包围盒

struct ExpandedBox {
    size_t idx;           
    double s_min, s_max;  
    double l_min, l_max;  
};

空间交互关系

bool Overlap1D(double a0, double a1, double b0, double b1) {
    return !(a1 < b0 || b1 < a0);
}

bool Overlap2D(const ExpandedBox& a, const ExpandedBox& b) {
    return Overlap1D(a.s_min, a.s_max, b.s_min, b.s_max) &&
           Overlap1D(a.l_min, a.l_max, b.l_min, b.l_max);
}

用于构建障碍物之间的弱连接关系

聚类与连通体识别

障碍物的聚类过程基于空间中构造的隐式无向图结构,其中障碍物为图节点,两个节点间存在边当且仅当其拓展边界产生 2D 空间交集。

流程

  1. 将所有BOX按 s_min 升序排列;
  2. 对每个未访问节点,基于该节点进行BFS,构造其可达域;
  3. 搜索过程中,采用窗口式滑动机制,仅考察当前节点后续(及少量前向,以避免遗漏)BOX中与当前组空间重叠的节点;
  4. 所得的可达集构成一类障碍物簇,视作路径规划过程中应一致性避让的刚性障碍体。

路径规划

上述障碍簇形成后,每一类簇被视作整体不可穿越区域,可用于:

  • 路径可行域裁剪;
  • 动态避让方向一致性约束;
  • 提前决策约束传播区域边界。

此机制实质上是一种基于障碍物空间“弱连通性闭包识别”的路径规划前置处理。

效果演示

聚类前

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聚类后

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障碍簇避让方向判定

流程

对于每一个障碍簇,根据车辆当前S坐标与该组最小S范围分为两类处理方式:

  • 前视预判:障碍簇尚未进入车辆行驶影响范围,采取基于路径边界与障碍物位置关系的保守预判;
  • 局部精判:车辆已临近或进入该组影响区域,采取基于几何相对位置的细致判定策略。

前视预判

当车辆尚未接近该障碍簇时

  1. 选取代表障碍物:从组内选择S位置最靠前的障碍物作为分析对象,视作该组的代表。
  2. 查询路径边界:在该障碍物所处的S位置,从路径边界点序列中,找到第一个的点,返回其左右边界的L坐标。
  3. 判断中心位置:以该障碍物的L范围中点作为其几何中心,分别计算其到左右边界的距离,判定以车辆最小可通行宽度为准。
  4. 决策避让方向:
    • 若该障碍物更靠近左边界,则判定为右侧避让(即将路径偏向右侧);
    • 否则判定为左侧避让。
    • 若路径边界无法查询,统一设为右侧避让。
  5. 结果应用:将上述决策结果,统一赋予该组所有障碍物,作为后续路径生成阶段的避让方向约束。

局部精判

当车辆已进入或即将进入障碍簇的影响范围时

  1. 确定关键障碍物:从该组中寻找与车辆当前S位置最接近的障碍物。若多个障碍物距离相等,则选择其中心位置更接近车辆的作为代表。
  2. 评估参考位置:将车辆当前S值投影至该障碍物的S范围,限制在 [MinS, MaxS] 区间内,作为评估位置(用于判断L交互关系)。
  3. 获取障碍物L边界:读取该障碍物在上述评估位置处的L左右边界,并计算其中心位置。
  4. 获取车辆L位置:根据车辆在参考线上的SL边界,计算其当前L中心位置。
  5. 决策避让方向:
    • 若车辆L中心在障碍物中心左侧,判定为左避让;
    • 否则为右避让。
  6. 结果应用:将判定结果应用于整个障碍簇。
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最后更新于 2025-10-16