一种车道路域生成方法及装置与流程

本发明涉及自动驾驶，尤其涉及一种车道路域生成方法及装置。

背景技术：

1、车载感知系统通常以离散控制点、折线或多项式曲线输出车道线、道路边缘和路沿等异构线要素。路面拓扑模块需要将这些线要素转换为连续的候选可通行区域，供车道生成、定位、规划和控制等下游模块使用。

2、然而，现有车道路域生成方法，通常沿车辆前向设置固定纵向位置，采用与车辆横轴平行的截面与边界求交，该方法在弯道和匝道等道路方向分段变化的场景中，采样截面无法跟随道路局部趋势，易产生斜切宽度误差和边界错序。虽然存在选择单条最可靠边界作为全局参考线的路域生成方案，但这种方案对参考线漏检、遮挡、长度不足和标识替换极为敏感，参考线一旦发生跳变，后续采样中心的几何位置和可通行区域的整体形状将发生跳变。此外，现有方案常将车道线与路沿分别处理，难以在单侧边界缺失、异构边界混合和远端观测稀疏时保持统一的拓扑结构；若每帧独立生成区域，检测抖动还会造成区域反复出现、消失或更换标识，影响下游模块对可通行区域的稳定感知。

技术实现思路

1、本发明提供了一种车道路域生成方法及装置，以在自动驾驶感知场景下，利用多源异构的道路边界要素，稳定、连续且准确地生成随道路走向自适应变化的可通行车道路域。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车道路域生成方法，包括：

3、获取当前帧的若干类道路边界要素，并根据各类道路边界要素在预设方向区间内进行方向聚合，生成道路主曲线；

4、沿所述道路主曲线按预设步长生成若干采样中心，并在各个所述采样中心处构造与所述道路主曲线的局部切向相垂直的法向截面；

5、分别确定各个所述法向截面与各类所述道路边界要素的交点，基于各个交点和各个采样中心计算有序交点序列，并将同一法向截面内相邻的交点确定为局部路域及对应的边界标识对；所述边界标识对基于交点的道路边界要素构成；

6、将边界标识对相同的局部路域沿所述道路主曲线的延伸方向串接，生成当前帧的候选车道路域；

7、获取历史车道路域，基于自车运动信息将所述历史车道路域与所述候选车道路域进行关联匹配，并根据匹配结果确定所述候选车道路域的区域标识，生成当前帧的稳定车道路域集合。

8、本发明通过将多类道路边界要素统一获取并聚合生成道路主曲线，使采样基准不再依赖单条边界，避免了因单条参考线漏检、遮挡或标识替换而导致的采样基准整体跳变，增强了采样基准的鲁棒性；进而通过沿道路主曲线按步长生成采样中心并构造与其局部切向相垂直的法向截面，使采样截面始终跟随道路局部走向，避免了固定横向截面在弯道中因斜切道路而产生的宽度测量误差和边界错序，提升了弯道和匝道等道路方向变化场景中的几何适应性；同时根据各类道路边界要素求交并基于符号距离获得有序交点序列，将交点序列中相邻交点配对为局部路域并记录其边界标识对，将来自车道线、道路边缘和路沿的异构线要素统一转换为具有明确边界身份的结构化局部区域，实现了多源边界的统一拓扑表达，从而将边界标识对相同的局部路域沿主曲线延伸方向串接，使属于同一左右边界对的局部路域自然聚合成完整连续的候选车道路域，确保了候选区域的拓扑连续性和边界身份的一致性，最终，将历史车道路域与候选车道路域进行关联匹配并据此确定区域标识，使车道路域的身份标识能够在相邻帧之间稳定传递，减少了因单帧检测抖动导致的区域反复出现、消失或更换标识的现象，为下游定位、规划和控制模块提供了时序稳定的可通行区域信息。

9、进一步的，所述获取当前帧的若干类道路边界要素，并根据各类道路边界要素在预设方向区间内进行方向聚合，生成道路主曲线，包括：

10、获取自车当前帧的若干类道路边界要素；所述道路边界要素包括边界标识、边界类型、控制点序列和有效纵向范围；

11、将自车前方道路划分为一个或多个纵向区间，分别统计各类所述道路边界要素在各个所述纵向区间内的线段长度之和，并将所述线段长度之和作为各类所述道路边界要素的有效长度；

12、针对每个所述纵向区间，获取落入所述纵向区间内的各类道路边界要素的起止点方向，并以各类道路边界要素在所述纵向区间内的有效长度为权重，对所述起止点方向进行矢量加权平均，获得纵向区间的代表方向；

13、根据各个所述纵向区间的代表方向之间的差异，拟合所述道路主曲线的斜率变化系数；

14、基于所述道路主曲线在预设车辆坐标系的原点处的初始斜率和所述斜率变化系数，生成所述道路主曲线。

15、本发明通过将自车前方道路划分为一个或多个纵向区间并分别统计各边界在各区间内的线段长度之和作为有效长度，使不同纵向位置的道路边界能够按其在各区间内的实际覆盖程度贡献于方向估计，避免了将远端稀疏边界与近端密集边界等权重混合导致的方向偏差；随后，通过对落入各纵向区间的边界要素的起止点方向以有效长度为权重进行矢量加权平均获得区间代表方向，使长度更长、覆盖更充分的边界在方向估计中具有更高的权重，提高了方向聚合的准确性和抗噪性，进一步，根据各纵向区间的代表方向之间的差异拟合主曲线的斜率变化系数，使主曲线能够反映道路走向在纵向上的分段变化趋势，为后续弯道和过渡段场景中的法向采样提供了随道路走势自适应变化的几何基准。最后基于预设车辆坐标系原点处的初始斜率和斜率变化系数生成主曲线，使主曲线具有明确的数学表达形式和几何可计算性，为后续采样中心生成和法向截面构造提供了稳定、可导的曲线方程。

16、进一步的，所述沿所述道路主曲线按预设步长生成若干采样中心，并在各个所述采样中心处构造与所述道路主曲线的局部切向相垂直的法向截面，包括：

17、以所述道路主曲线上的预设位置作为采样起点，沿所述道路主曲线按预设步长在所述道路主曲线上生成若干采样中心，并确定各个所述采样中心在所述车辆坐标系下的采样中心坐标；

18、分别计算在各个所述采样中心处所述道路主曲线的导数值，根据所述导数值确定各个所述采样中心处的单位切向量，并基于所述单位切向量构建各个所述采样中心处的单位法向量；

19、以各个所述采样中心为起点，基于预设横向范围分别沿所述采样中心的所述单位法向量方向及其反方向进行延伸，构造各个所述采样中心处的法向截面。

20、本发明通过以主曲线上的预设位置作为采样起点并按预设步长依次生成采样中心并确定各中心在车辆坐标系下的坐标，使采样点沿道路延伸方向等弧长分布，为后续的截面构造和边界求交提供了位置确定、分布均匀的离散采样基准。在此基础上，分别计算各采样中心处主曲线的导数值并根据导数值确定单位切向量，再基于切向量构建单位法向量，使法向量的方向与道路局部走向精确垂直，为后续的横向距离计算和交点排序确立了空间参考方向，进而以各采样中心为起点并基于预设横向范围分别沿法向量方向及其反方向延伸构造法向截面，使截面能够覆盖道路横向上的所有可能的边界要素，为后续与各类边界的求交运算提供了空间范围确定的采样平面。

21、进一步的，所述分别确定各个所述法向截面与各类所述道路边界要素的交点，基于各个交点和各个采样中心计算有序交点序列，并将同一法向截面内相邻的交点确定为局部路域及对应的边界标识对，包括：

22、遍历各个所述法向截面，依次将当前法向截面与各类所述道路边界要素进行求交运算，获得当前法向截面与各所述道路边界要素的初始交点；

23、对所述初始交点进行修正，获取当前法向截面与各所述道路边界要素的最终交点；

24、分别计算各个所述最终交点相对于对应采样中心的有符号横向距离，所述有符号横向距离为所述最终交点与所述采样中心的连线向量在所述法向截面的单位法向量方向上的投影长度；

25、基于所述有符号横向距离对各个所述法向截面上的所有最终交点进行排序，生成各个所述法向截面的有序交点序列；

26、在各个所述法向截面的所述有序交点序列中，将相邻的两个最终交点配对为一个局部路域，并将所述两个最终交点各自所属道路边界要素的边界标识，作为所述局部路域的边界标识对。

27、本发明通过各法向截面与各类道路边界要素进行求交运算获得初始交点，随后通过对初始交点进行修正获取最终交点，紧接着分别计算各最终交点相对于采样中心的有符号横向距离，将交点在截面上的空间位置量化为沿法向量方向的一维坐标，为交点序列的空间排序提供了统一的数值度量。并且基于有符号横向距离对各截面上的所有最终交点进行排序生成有序交点序列，将截面上的无序交点集合按照从左到右的空间顺序重新组织，为后续相邻交点的配对提供了确定的顺序依据，最后在有序交点序列中将相邻的两个最终交点配对为一个局部路域并将各自所属边界标识作为边界标识对，将空间上相邻的两个边界交点及其间的区域明确界定为一个候选可通行单元，同时通过边界标识对记录了该单元左右两侧边界的身份，为跨截面的同区域串接提供了匹配键值。

28、进一步的，所述对所述初始交点进行修正，获取当前法向截面与各所述道路边界要素的最终交点，包括：

29、分别对各个初始交点进行有效性检查，剔除位于所述道路边界要素的有效纵向范围之外、或位于所述法向截面的预设横向范围之外的初始交点，获得各个法向截面的有效交点；

30、当同一所述道路边界要素与同一所述法向截面存在多个有效交点时，将与采样中心距离最近的有效交点作为所述道路边界要素在所述法向截面的最终交点。

31、本发明通过对初始交点进行有效性检查并剔除位于边界有效纵向范围之外或位于截面预设横向范围之外的交点，保证了参与后续配对和串接的每个交点均在边界的实际观测范围内且在截面的预设扫描宽度内，避免了因边界远端外推或截面范围外异常点导致的伪路域生成，同时，通过在同一道路边界要素与同一法向截面存在多个有效交点时选择与采样中心距离最近的交点作为最终交点，使得每条边界在每个截面处最多贡献一个代表性交点，消除了因样条曲线与直线多次相交而产生的冗余交点，保证了截面上的交点与边界之间的一一对应关系，为有序交点序列的准确排序和相邻交点的正确配对扫清了歧义。

32、进一步的，所述将边界标识对相同的局部路域沿所述道路主曲线的延伸方向串接，生成当前帧的候选车道路域，包括：

33、将所述法向截面沿所述道路主曲线的延伸方向依次排列，获得法向截面序列；

34、对于所述法向截面序列中任意两个相邻的法向截面，将所述两个相邻的法向截面中边界标识对相同的局部路域进行串接，生成初始候选车道路域集合；

35、基于预设的过滤条件对所述初始候选车道路域集合进行有效性筛选，获得当前帧的候选车道路域。

36、本发明通过将法向截面沿主曲线延伸方向依次排列获得截面序列，使原本离散的各个截面按照道路走向建立起确定的空间顺序关系，为局部路域的纵向串接提供了遍历方向和顺序逻辑。进而对截面序列中相邻截面上边界标识对相同的局部路域进行串接，使属于同一左右边界对的局部路域在道路延伸方向上自然聚合，形成完整连续的车道区域，确保了候选车道路域的边界身份在纵向上的一致性和拓扑连续性。此外，还基于预设过滤条件对初始候选车道路域集合进行有效性筛选，保证了输出候选区域的质量和可信度，避免了下游模块接收到无法解释的异常路域。

37、进一步的，所述获取历史车道路域，基于自车运动信息将所述历史车道路域与所述候选车道路域进行关联匹配，并根据匹配结果确定所述候选车道路域的区域标识，生成当前帧的稳定车道路域集合，包括：

38、获取历史车道路域，所述历史车道路域包括历史区域标识和历史中心线信息；

39、基于所述自车运动信息、历史中心线信息和当前帧的候选车道路域的中心线，构建历史车道路域与候选车道路域之间的关联代价矩阵；

40、对所述关联代价矩阵进行全局匹配求解，获得各个所述候选车道路域与各个所述历史车道路域之间的一对一匹配关系；

41、基于所述匹配关系确定所述候选车道路域的区域标识，生成当前帧的稳定车道路域集合。

42、本发明通过获取包含历史区域标识和历史中心线信息的历史车道路域，为当前帧的区域身份继承保留了可追溯的时空上下文信息，使车道路域的跨帧关联有了明确的历史参照，随后基于自车运动信息、历史中心线信息和候选车道路域中心线构建关联代价矩阵，将自车移动造成的坐标系变化纳入历史区域的位姿补偿，使历史区域与当前候选区域在同一时空基准下可比对，同时将几何相似性和空间重叠程度量化为可计算的代价数值，为全局最优匹配提供了量化依据，以通过对关联代价矩阵进行全局匹配求解获得一对一匹配关系，相比传统的逐对贪心匹配能够避免局部最优导致的匹配冲突，本发明保证了所有候选区域与历史区域之间的匹配结果在全局意义上最优。最后基于匹配关系确定候选车道路域的区域标识，使匹配成功的区域继承历史标识而无需重新分配，未匹配的达标区域获得新标识，实现了不同身份来源的区域在输出集合中的统一标识管理，确保了每一帧输出的稳定车道路域集合中每个区域均具有明确且连续的身份。

43、进一步的，所述基于所述匹配关系确定所述候选车道路域的区域标识，生成当前帧的稳定车道路域集合，包括：

44、若所述候选车道路域存在一对一匹配关系，则所述候选车道路域的区域标识继承其所匹配的历史车道路域的历史区域标识，生成第一车道路域；

45、若所述候选车道路域不存在一对一匹配关系，且所述候选车道路域满足预设区域门限，则为所述候选车道路域分配一个新的区域标识，生成第二车道路域；

46、若所述候选车道路域不存在一对一匹配关系，且所述候选车道路域不满足预设区域门限，则剔除所述候选车道路域；

47、基于所述第一车道路域和第二车道路域生成当前帧的稳定车道路域集合。

48、本发明通过在候选车道路域存在匹配关系时使其区域标识继承所匹配的历史区域标识，使已存在的稳定车道路域在跨越多个连续帧时保持同一身份，避免了下游模块因区域标识频繁变更而重新初始化状态。通过在候选车道路域不存在匹配关系但满足预设区域门限时为其分配新的区域标识，使新出现的可通行区域能够被及时纳入稳定集合并赋予独立身份，确保系统对道路拓扑变化的感知能力不被抑制。通过在候选车道路域不存在匹配关系且不满足预设区域门限时予以剔除，避免了因短时噪声或感知异常产生的伪区域被赋予身份并进入稳定集合，保证了输出集合中每个区域均具有足够的时间和空间置信度；从而使得稳定车道路域集合中既有历史延续的成熟区域又有新发现的候选区域，确保了下游模块始终能够获得包含全部有效可通行区域的完整路域信息。

49、进一步的，所述基于所述自车运动信息、历史中心线信息和当前帧的候选车道路域的中心线，构建历史车道路域与候选车道路域之间的关联代价矩阵，包括：

50、基于自车运动信息对所述历史车道路域的历史中心线信息进行自车运动预测，获得所述历史车道路域在当前帧的车辆坐标系下的预测中心线；

51、统计所述预测中心线与所述候选车道路域的中心线之间的中心线距离和纵向范围重叠率；

52、基于所述中心线距离和纵向范围重叠率构建历史车道路域与候选车道路域之间的关联代价矩阵。

53、本发明基于自车运动信息对历史车道路域的历史中心线进行预测以获得当前帧坐标系下的预测中心线，将上一时刻的区域几何位置补偿到当前时刻的车辆坐标系中，消除了因自车移动而产生的坐标系相对位移和旋转，使历史区域与当前候选区域能够在同一空间基准下进行几何比对，并统计预测中心线与候选车道路域中心线之间的中心线距离和纵向范围重叠率，从横向偏离程度和纵向覆盖重合度两个维度刻画历史区域与候选区域之间的空间关联强度，避免了仅依赖单一几何指标导致的误匹配或漏匹配，从而通过中心线距离和纵向范围重叠率构建关联代价矩阵，将两个不同维度的空间相似性度量融合为统一的代价值，为后续的全局匹配求解提供了定量化、可排序的输入数据。

54、第二方面，本发明提供了一种车道路域生成装置，包括：主曲线确定模块、法向截面构造模块、局部路域确定模块、候选路域确定模块和稳定路域确定模块；

55、所述主曲线确定模块，用于获取当前帧的若干类道路边界要素，并根据各类道路边界要素在预设方向区间内进行方向聚合，生成道路主曲线；

56、所述法向截面构造模块，用于沿所述道路主曲线按预设步长生成若干采样中心，并在各个所述采样中心处构造与所述道路主曲线的局部切向相垂直的法向截面；

57、所述局部路域确定模块，用于分别确定各个所述法向截面与各类所述道路边界要素的交点，基于各个交点和各个采样中心计算有序交点序列，并将同一法向截面内相邻的交点确定为局部路域及对应的边界标识对；所述边界标识对基于交点的道路边界要素构成；

58、所述候选路域确定模块，用于将边界标识对相同的局部路域沿所述道路主曲线的延伸方向串接，生成当前帧的候选车道路域；

59、所述稳定路域确定模块，用于获取历史车道路域，基于自车运动信息将所述历史车道路域与所述候选车道路域进行关联匹配，并根据匹配结果确定所述候选车道路域的区域标识，生成当前帧的稳定车道路域集合。