本發(fā)明屬于車輛路徑規(guī)劃，尤其涉及一種物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、物流園區(qū)是指只采用自動(dòng)水平搬運(yùn)設(shè)備將貨物在限定范圍內(nèi)進(jìn)行水平搬運(yùn)工作的工作區(qū)域。此類園區(qū)設(shè)計(jì)了通行道路、交互節(jié)點(diǎn)等空間資源，道路上通常允許搬運(yùn)設(shè)備采用直行、變道、轉(zhuǎn)彎、原地旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，道路之間允許存在交叉，交叉點(diǎn)不設(shè)紅綠燈通行控制措施。因?yàn)榈缆房臻g資源有限，所以設(shè)計(jì)上道路之間的空間沖突較多，尤其有些應(yīng)用中，其道路呈現(xiàn)密網(wǎng)型交叉設(shè)計(jì)。物流園區(qū)內(nèi)車輛路徑規(guī)劃面臨的問(wèn)題包括：(1)動(dòng)態(tài)路徑變更問(wèn)題：物流園區(qū)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)發(fā)生實(shí)時(shí)變更，導(dǎo)致設(shè)備之間的沖突具有實(shí)時(shí)性、不確定性，對(duì)車輛路徑規(guī)劃提出了更高要求；(2)多車最短路徑規(guī)劃問(wèn)題：需要考慮與其他車輛在未來(lái)路徑上的潛在沖突，增加了路徑規(guī)劃的復(fù)雜性；(3)車輛安全問(wèn)題、擁堵問(wèn)題、任務(wù)死鎖問(wèn)題：這些問(wèn)題是封閉式自動(dòng)化物流園區(qū)運(yùn)營(yíng)中需要解決的主要問(wèn)題，尤其是在車輛選擇最佳路徑時(shí)，需要考慮避免這些問(wèn)題；(4)園區(qū)內(nèi)空間沖突問(wèn)題：由于道路空間資源有限，設(shè)計(jì)上道路之間的空間沖突較多，尤其在密網(wǎng)型交叉設(shè)計(jì)的道路中，這對(duì)路徑規(guī)劃提出了更高的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，提高物流配送的效率和降低運(yùn)輸成本。

2、一方面為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法，包括：獲取園區(qū)內(nèi)車輛的實(shí)時(shí)位置及任務(wù)狀態(tài)信息，動(dòng)態(tài)構(gòu)建車輛路徑規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)模型，將道路劃分為節(jié)點(diǎn)和邊，形成有向加權(quán)圖；

3、根據(jù)所述有向加權(quán)圖，采用改進(jìn)的多車道算法，綜合考慮路徑長(zhǎng)度、擁堵程度和車輛特性，計(jì)算出每輛車的最優(yōu)路徑；

4、針對(duì)所述最優(yōu)路徑，引入虛擬車道和時(shí)間維度，對(duì)每個(gè)時(shí)間片預(yù)判多車在虛擬車道上的占用情況，構(gòu)建沖突約束矩陣；

5、獲取園區(qū)高精度地圖數(shù)據(jù)，提取道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹④嚨谰€、交通標(biāo)志標(biāo)線要素，對(duì)所述最優(yōu)路徑進(jìn)行車道級(jí)細(xì)化，生成行駛軌跡；

6、通過(guò)多傳感器融合定位技術(shù)，獲取車輛的高精度位置和姿態(tài)信息，將車輛的高精度位置和姿態(tài)信息與所述行駛軌跡進(jìn)行匹配，計(jì)算軌跡跟蹤誤差；

7、車輛通過(guò)v2x通信技術(shù)與其他車輛和路側(cè)設(shè)施交換信息，實(shí)時(shí)感知周圍環(huán)境，若檢測(cè)到前方有其他車輛或障礙物，則啟動(dòng)碰撞預(yù)警和避障機(jī)制。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法，獲取園區(qū)內(nèi)車輛的實(shí)時(shí)位置及任務(wù)狀態(tài)信息，動(dòng)態(tài)構(gòu)建車輛路徑規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)模型，將道路劃分為節(jié)點(diǎn)和邊，形成有向加權(quán)圖，包括：

9、通過(guò)車載定位設(shè)備實(shí)時(shí)獲取園區(qū)內(nèi)每輛車的位置坐標(biāo)和當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)狀態(tài)信息，上傳至路徑規(guī)劃服務(wù)器；

10、根據(jù)獲取的車輛位置坐標(biāo)，在地圖上標(biāo)注車輛所在道路段，將道路劃分為若干節(jié)點(diǎn)和連接節(jié)點(diǎn)的有向邊，構(gòu)建車輛路徑規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)模型；

11、采用圖論算法對(duì)所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行分析，計(jì)算每條邊的權(quán)重值，權(quán)重值的設(shè)置需綜合考慮道路長(zhǎng)度和通行狀態(tài)因素，形成車輛路徑規(guī)劃的有向加權(quán)圖。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法，根據(jù)所述有向加權(quán)圖，采用改進(jìn)的多車道算法，綜合考慮路徑長(zhǎng)度、擁堵程度、車輛特性因素，計(jì)算出每輛車的最優(yōu)路徑，包括：

13、根據(jù)所述有向加權(quán)圖的結(jié)構(gòu)和權(quán)重信息，構(gòu)建路網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ停⒋鎯?chǔ)在圖數(shù)據(jù)庫(kù)中；

14、獲取實(shí)時(shí)交通流量數(shù)據(jù)，對(duì)道路的擁堵程度進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，并將擁堵指數(shù)與路段關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)；

15、針對(duì)每輛車的起點(diǎn)和終點(diǎn)，采用改進(jìn)的dijkstra算法，在考慮路徑長(zhǎng)度和擁堵指數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算出多條備選路徑；

16、根據(jù)車輛的特性參數(shù)，對(duì)備選路徑進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)分，篩選出與車輛特性匹配度高的路徑；

17、通過(guò)蟻群優(yōu)化算法對(duì)備選路徑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，模擬多車道場(chǎng)景下的車輛交互行為，得到更加合理的路徑規(guī)劃結(jié)果；

18、將優(yōu)化后的路徑與車輛信息進(jìn)行匹配，生成每輛車的最優(yōu)行駛路線，并將結(jié)果返回給車輛終端設(shè)備；

19、持續(xù)監(jiān)測(cè)道路狀況和車輛位置變化，若發(fā)現(xiàn)擁堵加劇或偏離既定路線，則觸發(fā)路徑重新規(guī)劃，確保實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法，針對(duì)所述最優(yōu)路徑，引入虛擬車道和時(shí)間維度，對(duì)每個(gè)時(shí)間片預(yù)判多車在虛擬車道上的占用情況，構(gòu)建沖突約束矩陣，包括：

21、根據(jù)所述最優(yōu)路徑，獲取路徑上的虛擬車道信息和時(shí)間維度信息；

22、針對(duì)每個(gè)時(shí)間片，獲取多車在虛擬車道上的預(yù)測(cè)占用情況；

23、根據(jù)預(yù)測(cè)占用情況，構(gòu)建沖突約束矩陣，矩陣中每個(gè)元素表示對(duì)應(yīng)車輛在對(duì)應(yīng)時(shí)間片和虛擬車道上的占用沖突情況；

24、采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，在時(shí)間維度上，遍歷每個(gè)時(shí)間片，并在虛擬車道維度上，判斷每輛車的占用情況；

25、若在當(dāng)前時(shí)間片和虛擬車道上，存在多輛車占用沖突，則根據(jù)沖突約束矩陣，對(duì)沖突車輛的路徑進(jìn)行局部調(diào)整；

26、通過(guò)迭代優(yōu)化，不斷消除車輛之間的占用沖突，直至在所有時(shí)間片上不存在沖突；

27、最終得到一個(gè)滿足沖突約束矩陣的無(wú)沖突多車路徑規(guī)劃方案。

28、根據(jù)本發(fā)明提供的物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法，獲取園區(qū)高精度地圖數(shù)據(jù)，提取道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、車道線、交通標(biāo)志標(biāo)線要素，對(duì)所述最優(yōu)路徑進(jìn)行車道級(jí)細(xì)化，生成行駛軌跡，包括：

29、獲取園區(qū)內(nèi)預(yù)先建立的高精度地圖數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像處理算法提取地圖中的道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、車道線形、交通標(biāo)志和標(biāo)線關(guān)鍵要素；

30、根據(jù)獲取的道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用圖論算法確定起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的最優(yōu)路徑；

31、針對(duì)確定的最優(yōu)路徑，通過(guò)分析提取的車道線形數(shù)據(jù)，對(duì)路徑進(jìn)行車道級(jí)細(xì)化，得到詳細(xì)的車道級(jí)行駛路線；

32、根據(jù)詳細(xì)的車道級(jí)行駛路線，結(jié)合交通標(biāo)志和標(biāo)線位置信息，采用軌跡插值算法生成平滑的行駛軌跡；

33、對(duì)生成的行駛軌跡進(jìn)行碰撞檢測(cè)，判斷軌跡是否存在與障礙物碰撞的情況，若存在碰撞則返回重新規(guī)劃路徑，直至無(wú)碰撞為止；

34、根據(jù)車輛的動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)平滑軌跡進(jìn)行速度規(guī)劃，得到滿足車輛動(dòng)力學(xué)約束的速度曲線；

35、將規(guī)劃得到的行駛軌跡和速度曲線作為自動(dòng)駕駛的控制指令，傳遞給車輛底層控制系統(tǒng)執(zhí)行。

36、根據(jù)本發(fā)明提供的物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法，通過(guò)多傳感器融合定位技術(shù)，獲取車輛的高精度位置和姿態(tài)信息，將其與所述行駛軌跡進(jìn)行匹配，計(jì)算軌跡跟蹤誤差，包括：

37、通過(guò)多傳感器融合定位技術(shù)獲取車輛的高精度位置和姿態(tài)信息，傳感器包括但不限于gps、imu、輪速計(jì)和激光雷達(dá)，利用卡爾曼濾波算法對(duì)各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到車輛的精確位置和實(shí)時(shí)姿態(tài)；

38、根據(jù)高精度地圖數(shù)據(jù)和車輛的行駛狀態(tài)，生成參考行駛軌跡，所述參考行駛軌跡為車輛在道路上的理想行駛路徑，包含位置、速度、加速度和曲率信息；

39、將多傳感器融合得到的車輛位置和姿態(tài)信息與參考行駛軌跡進(jìn)行匹配，采用最近點(diǎn)匹配算法，找到車輛當(dāng)前位置在參考軌跡上的投影點(diǎn)，并計(jì)算車輛位置與投影點(diǎn)之間的軌跡跟蹤誤差。

40、根據(jù)本發(fā)明提供的物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法，車輛通過(guò)v2x通信技術(shù)與其他車輛和路側(cè)設(shè)施交換信息，實(shí)時(shí)感知周圍環(huán)境，若檢測(cè)到前方有其他車輛或障礙物，則啟動(dòng)碰撞預(yù)警和避障機(jī)制，包括：

41、車輛安裝v2x通信模塊，與其他車輛和路側(cè)設(shè)施進(jìn)行無(wú)線通信，交換車輛位置和速度信息；

42、車輛通過(guò)激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)實(shí)時(shí)采集周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，感知道路狀況；

43、根據(jù)獲取的車輛信息和環(huán)境數(shù)據(jù)，采用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)前方障礙物進(jìn)行識(shí)別和分類，判斷是車輛還是其他障礙物；

44、若識(shí)別出前方存在車輛或障礙物，則計(jì)算本車與障礙物之間的距離和速度差參數(shù)；

45、通過(guò)決策算法判斷碰撞風(fēng)險(xiǎn)，若距離小于安全閾值且速度差大于設(shè)定值，則確定存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)；

46、當(dāng)確定有碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出碰撞預(yù)警信號(hào)，同時(shí)規(guī)劃避障路徑；

47、控制轉(zhuǎn)向和制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使車輛按照規(guī)劃的避障路徑行駛，避開障礙物，確保行車安全。

48、另一方面為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃系統(tǒng)，包括：有向加權(quán)圖生成模塊、最優(yōu)路徑計(jì)算模塊、構(gòu)建沖突約束矩陣模塊、行駛路徑生成模塊、軌跡跟蹤誤差計(jì)算模塊和預(yù)警避障模塊；

49、所述有向加權(quán)圖生成模塊，用于獲取園區(qū)內(nèi)車輛的實(shí)時(shí)位置及任務(wù)狀態(tài)信息，動(dòng)態(tài)構(gòu)建車輛路徑規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)模型，將道路劃分為節(jié)點(diǎn)和邊，形成有向加權(quán)圖；

50、所述最優(yōu)路徑計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述有向加權(quán)圖，采用改進(jìn)的多車道算法，綜合考慮路徑長(zhǎng)度、擁堵程度和車輛特性，計(jì)算出每輛車的最優(yōu)路徑；

51、所述構(gòu)建沖突約束矩陣模塊，用于針對(duì)所述最優(yōu)路徑，引入虛擬車道和時(shí)間維度，對(duì)每個(gè)時(shí)間片預(yù)判多車在虛擬車道上的占用情況，構(gòu)建沖突約束矩陣；

52、所述行駛路徑生成模塊，用于獲取園區(qū)高精度地圖數(shù)據(jù)，提取道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、車道線、交通標(biāo)志標(biāo)線要素，對(duì)所述最優(yōu)路徑進(jìn)行車道級(jí)細(xì)化，生成行駛軌跡；

53、所述軌跡跟蹤誤差計(jì)算模塊，用于通過(guò)多傳感器融合定位技術(shù)，獲取車輛的高精度位置和姿態(tài)信息，將車輛的高精度位置和姿態(tài)信息與所述行駛軌跡進(jìn)行匹配，計(jì)算軌跡跟蹤誤差；

54、所述預(yù)警避障模塊，用于車輛通過(guò)v2x通信技術(shù)與其他車輛和路側(cè)設(shè)施交換信息，實(shí)時(shí)感知周圍環(huán)境，若檢測(cè)到前方有其他車輛或障礙物，則啟動(dòng)碰撞預(yù)警和避障機(jī)制。

55、本發(fā)明技術(shù)效果：本發(fā)明公開了一種物流園區(qū)車輛路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，通過(guò)科學(xué)的方法規(guī)劃出最優(yōu)的配送路線，確保貨物能夠以最短的時(shí)間和最低的成本從倉(cāng)庫(kù)配送到各個(gè)目的地。合理規(guī)劃車輛的行駛路線和順序，減少空駛和重復(fù)行駛，提高車輛的裝載率和運(yùn)輸效率。減少不必要的運(yùn)輸里程和時(shí)間，從而降低燃油消耗、人工成本和車輛磨損，實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。確保貨物按時(shí)、安全地送達(dá)，提高配送的準(zhǔn)時(shí)率和可靠性，增強(qiáng)客戶對(duì)物流服務(wù)的滿意度。通過(guò)對(duì)車輛路徑的精確規(guī)劃，物流園區(qū)管理者可以更好地監(jiān)控和調(diào)度車輛，提高園區(qū)的運(yùn)營(yíng)管理水平。在配送過(guò)程中，可能會(huì)遇到各種突發(fā)情況，如交通擁堵、天氣變化等，路徑規(guī)劃需要能夠快速響應(yīng)這些變化，重新規(guī)劃路線。合理分配車輛和司機(jī)資源，避免資源浪費(fèi)，確保物流園區(qū)內(nèi)的車輛和人員得到充分利用。規(guī)劃安全的行駛路線，遵守交通規(guī)則，減少交通事故風(fēng)險(xiǎn)，保障人員和貨物的安全。