【自动驾驶决策规划】PRM算法

1 基于采样的路径规划方法

路径搜索常用方式之一是基于网格的的方法(grid-based method),如A*算法,但基于网格的方法复杂度较高,与求解空间的维度相关,且得到的路径比较僵硬,对于车辆或移动机器人来说都不是很友好。

另外一种路径规划是基于采样的方法(sampling method),包括以下模块:

  • 随机或确定性选择函数来确定采样空间中的点
  • 采样评估功能,选择合适的采样点
  • 距离函数,确定要扩展的点与当前点之间的距离

这些模块可以构建图或树结构来探索可行区域内的可行轨迹。抽样方法不以优化为目的,只能得到近似最优解。优点是解空间的探索效率高,可以快速得到满足要求的可行解。

典型的基于采样的方法包括RRTs(Rapidly Exploring Random Trees)和PRMs(Probabilistic roadmaps),RRT更适合为单体轨迹规划提供有效的轨迹,PRM更适合为多体轨迹规划提供路线图(roadmap graph)

2 PRM过程

PRM算法是通过对空间进行大量采样来构建路线图,用于后续的特定查询。路线图是无向连接图,车辆或机器人可以路线图上由任意一点移动到其他点。点与点连接线最简单的就是直线。路线图构建好之后可以采用经典的A*算法来搜索路径。

PRM算法构建路线图过程如下所示。

| PRM算法构建路线图过程(无向图):                            || ------------------------------------------------------------ || 1:**for**  **do**                            || 2:          从空间中采样得到                 || 3:          将 添加到                               || 4:**end for**                                               || 5:**for**  **do**                            || 6:          找到 最近的个点作为           || 7:           **for**  **do**                || 8:                    **if**   到路径无冲突且路径不存在 **then** || 9:                            将 到 的边添加到路线图 || 10:                  **end if**                             || 11:           **end for**                                    || 12:  **end for **                                            || 13:  **return** R                                            |

3 PRM一些细节

  • 由于PRM算法是随机从空间采样,对于障碍物附近,可以增大采样稠密度来提升路线图的有效性,或者可以通过基于特定概率函数进行采样
  • 构建路线图的简单方法是选择直线,但不符合运动学特性,并且运动方向会发生突变,因此需要进行局部优化或使用其他曲线作为连接线.

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