基于地理空间拓扑的AGV路径规划方法、系统及设备与流程

本发明涉及路径规划，具体涉及基于地理空间拓扑的agv路径规划方法、系统及设备。

背景技术：

1、自动导引车（agv）作为智能物流与柔性制造的重要执行设备，广泛应用于仓储搬运、生产线配送和物料运输等场景。在现有技术中，agv路径规划多采用网格建模方式，将作业环境离散化为规则网格，通过简单的图搜索生成规划路径。同时，为实现碰撞检测，大多数方法仅基于栅格重叠或简化几何体进行判断，忽略agv的实际几何形状、运动学约束以及动态环境变化。该方法虽然计算量小、实现简单，但在实际应用中存在明显局限。

2、网格化和简化碰撞检测无法精确描述agv在连续空间中的位置与占用时间，导致路径生成偏离实际可行轨迹，忽略加速度、速度变化等物理约束，会造成规划路径与agv实际运动不匹配，增加碰撞风险，并且多agv协同时，简化方法难以处理复杂的时空冲突，易出现拥堵和安全隐患，导致路径规划精确性低、多车运行安全性差。

3、综上，现有技术agv路径规划多采用网格建模与简化碰撞检测，导致路径规划精确性低、多车运行安全性差的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供基于地理空间拓扑的agv路径规划方法、系统及设备，用于解决现有技术agv路径规划多采用网格建模与简化碰撞检测，导致路径规划精确性低、多车运行安全性差的技术问题。

2、鉴于上述问题，本技术提供了基于地理空间拓扑的agv路径规划方法、系统及设备。

3、本技术的第一个方面，提供了基于地理空间拓扑的agv路径规划方法，所述基于地理空间拓扑的agv路径规划方法包括：构建agv运行环境的地理空间拓扑模型，所述地理空间拓扑模型包括拓扑节点、拓扑边及对应的几何属性与通行约束信息；基于所述地理空间拓扑模型，获取agv当前位置与目标位置之间的候选路径集合，并根据路径长度、通道宽度及通行约束对候选路径进行初步筛选；引入agv运动学约束，对所述候选路径进行时间维度建模，计算路径对应的运动时间及轨迹可行性，结合多agv运行状态，建立路径的时空占用模型，对候选路径进行冲突检测与安全距离约束评估；根据路径代价函数对候选路径进行综合评价，选取最优路径作为目标路径，反馈至agv用于运行控制。

4、可选地，基于所述目标路径对agv进行运行过程中，实时更新地理空间拓扑信息及路径占用状态；基于更新的地理空间拓扑信息及路径占用状态，进行agv运行实时状态判定，其中，当检测到路径冲突或环境变化时，触发路径重规划机制对目标路径进行动态调整。

5、可选地，基于路径长度，利用预设长度阈值对候选路径集合进行筛选，获得第一路径集；根据agv的自身宽度对第一路径集进行通道宽度筛选，获得第二路径集；根据通行约束信息，对所述第二路径集进行违反通行路径筛选，获得所述候选路径。

6、可选地，所述agv运动学约束包括：agv的最大速度、最大加速度、最大减速度。

7、可选地，采用梯形速度曲线模型，计算候选路径中每条拓扑边的加速时间、匀速时间、减速时间及总运动时间，并根据agv的起始速度和终点速度生成连续轨迹点序列，获得对应候选路径的逐边时间窗口；将时间轴按预设分辨率离散化或连续化，以每条拓扑边及其关联节点为空间单元，将所述逐边时间窗口映射为各agv对各空间单元的占用时间窗口，获得初始时空占用模型；获取当前运行agv的已规划路径及占用时间窗口，将所述初始时空占用模型与已有占用信息叠加，获得所述路径的时空占用模型。

8、可选地，基于路径的时空占用模型，检测当前候选路径的占用时间窗口与任一已有agv的占用时间窗口是否在同一拓扑边或同一拓扑节点上存在重叠，若存在重叠，确定为路径冲突；根据agv的几何形状创建圆形或矩形几何体，使用jts几何引擎计算agv之间的最短距离，当所述最短距离小于预设的安全距离阈值时，生成安全预警或碰撞告警；若路径冲突和安全距离评估均通过，则确认对应候选路径为当前无冲突路径。

9、可选地，所述路径代价函数采用timefold求解器进行多目标优化求解，其中多目标优化包括：最小化所有agv的任务总完成时间、最小化总能耗、最大化agv利用率、最小化全局碰撞风险，优化求解时以路径冲突检测结果为硬约束条件，采用增量式求解策略，获得最优路径。

10、可选地，实时接收agv上报的位置、速度、状态信息，更新地理空间拓扑模型中各拓扑边的占用状态和可用时间窗口；基于地理空间拓扑模型，当检测到目标路径的前方路径被其他agv占用、存在动态障碍物或地图信息变更时，以当前agv位置为新起点，以原目标位置为终点，触发路径规划步骤重新执行。

11、本技术的第二个方面，提供了基于地理空间拓扑的agv路径规划系统，所述基于地理空间拓扑的agv路径规划系统包括：拓扑模型构建模块，用于构建agv运行环境的地理空间拓扑模型，所述地理空间拓扑模型包括拓扑节点、拓扑边及对应的几何属性与通行约束信息；候选路径获取模块，用于基于所述地理空间拓扑模型，获取agv当前位置与目标位置之间的候选路径集合，并根据路径长度、通道宽度及通行约束对候选路径进行初步筛选；候选路径分析模块，用于引入agv运动学约束，对所述候选路径进行时间维度建模，计算路径对应的运动时间及轨迹可行性，结合多agv运行状态，建立路径的时空占用模型，对候选路径进行冲突检测与安全距离约束评估；目标路径选取模块，用于根据路径代价函数对候选路径进行综合评价，选取最优路径作为目标路径，反馈至agv用于运行控制。

12、本技术的第三个方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述基于地理空间拓扑的agv路径规划方法的步骤。

13、本技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

14、本技术实施例提供的方法通过构建agv运行环境的地理空间拓扑模型，所述地理空间拓扑模型包括拓扑节点、拓扑边及对应的几何属性与通行约束信息；基于所述地理空间拓扑模型，获取agv当前位置与目标位置之间的候选路径集合，并根据路径长度、通道宽度及通行约束对候选路径进行初步筛选；引入agv运动学约束，对所述候选路径进行时间维度建模，计算路径对应的运动时间及轨迹可行性，结合多agv运行状态，建立路径的时空占用模型，对候选路径进行冲突检测与安全距离约束评估；根据路径代价函数对候选路径进行综合评价，选取最优路径作为目标路径，反馈至agv用于运行控制。达到了通过地理空间拓扑与时空占用分析，提高agv路径规划精确性及运行安全性的技术效果。

15、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其他特征将通过以下的说明书而变得容易理解。