全局路徑規劃係自動駕駛決策系統中嘅頂層模塊,負責喺已知嘅全局環境(通常係高精密地圖)下,為車輛規劃出一條由起點至終點嘅最適宏觀行駛路線。
你可以將佢理解為自動駕駛汽車嘅“導航員”。當系統設定咗目的地後,全局路徑規劃模塊會結合地圖信息同交通規則,計算出應該行邊條路、經過邊啲路口,好似我哋喺手機導航上設定路線。佢嘅核心任務係解決“從宏觀上點樣行”嘅問題,為後續嘅局部路徑規劃同具體操控提供方向性指導。
全局路徑規劃需要喺地圖數據中,透過特定演算法尋找出最優路線。這裡“最優”嘅標準唔一定係距離最短,都係時間最快、能耗最低或安全性最高。下面係幾種經典同主流嘅演算法:
| 演算法類型 | 核心思想 | 優點 | 缺點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|---|
| A 演算法* | 結合咗 Dijkstra 演算法(確保搵到最短路線)同啟發式搜尋(透過估算到終點嘅距離嚟指引方向),搜尋效率更高。 | 喺靜態環境中能高效搵到最優解,而家係應用最廣嘅全局路徑規劃演算法之一。 | 喺極其複雜或動態變化嘅環境中,計算量依然可能好大。 | 全局路徑規劃嘅經典同首選方案,被廣泛用於量產自動駕駛系統中。 |
| Dijkstra 演算法 | 透過“廣度優先”策略,無差別地探索所有可能路線,直至搵到終點。 | 理論上必然能搵出全局最短路線,結果可靠。 | 計算量大、效率較低,因為需要探索大量無關區域。 | 對實時性要求唔高嘅場景,或作為評價其他演算法優劣嘅基準。 |
| RRT (快速探索隨機樹) 及其變體 | 透過喺空間中隨機採樣,逐步構建一棵搜尋樹嚟探索可行路線。 | 演算法簡單,能有效處理高維空間同複雜幾何約束。 | 生成嘅路線通常唔係最優嘅,且路線可能比較“曲折”。 | 多用於局部路徑規劃,但也有研究者透過改進使其更好地服務於全局規劃。 |
總嘅嚟講,全局路徑規劃係自動駕駛實現點到點自主行駛嘅首要前提。佢為車輛嘅“旅途”畫咗出一條基準線,之後嘅局部路徑規劃同運動控制都需要以此為基礎,嚟應對行駛中遇到嘅實時變化。
根據而家嘅技術發展趨勢,A*演算法及其各種改進版本仍然係全局路徑規劃領域嘅應用主流。而 RRT 等基於採樣嘅演算法,則憑佢喺高維空間中嘅適應性,更多地被用於處理局部動態障礙物避讓等更具體嘅規劃任務。