样条曲线_Apollo规划算法基于样条曲线的平滑分析(一)
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样条曲线的思想是把一个长线分成N段,每段用一个多项式去表示,本文为了简化公式书写,示例中均使用三次多项式表示,实际算法中阶数根据需求不同有不同定义。
各段多项式所描述的线段还要保证在衔接处相连。为了保证曲线整体平滑性,各衔接处的一阶导、二阶导也要连续。
下面讲解如何运用样条曲线平滑frenet下的离散路径。在frenet坐标系下,实际行驶的离散路径可以表示为g[s],s表示从起点开始沿参考线(通常为道路中心线)行驶的累积里程,g[s]表示在该里程s下路径距离参考线的距离。g[s]可以用常用的离散路径规划算法获得。本文讲解如何在已经获得离散路径g[s]的前提下,对离散路径g[s]进行平滑,获得连续的平滑路径f(x)。
令f(x)为样条曲线,由N段曲线相连构成,每段曲线的表达式为
令
因为
其中,X为
接下来构造约束方程。之前讲过,样条曲线各段多项式所描述的线段还要保证在衔接处相连,同时为了保证曲线整体平滑性,各衔接处的一阶导、二阶导、三阶导也要连续。约束等式如下:
因为通常平滑后的起点终点要和原离散路径保持一致,故还需加入起点终点约束:
平滑的过程中,还需保证平滑后的路径不超出一定范围,以及不和障碍物发生碰撞,所以还要添加各处边界约束,注意需要找出约束对应样条函数的自变量值x:
至此,基于样条曲线对离散路径进行平滑的模型建立完毕,求解出样条曲线各段表达式系数,即可把离散路径表示为连续路径。
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