面向自动驾驶的道路模型设计及仿真平台搭建

论文总字数：41587字

摘 要

自动驾驶作为一种将对交通行业产生颠覆性影响的技术，是当前科学研究和产业发展的热点。在面向结构化城市道路的自动驾驶系统中，高精地图设计及其核心内容的道路模型构建是其重要组成部分。

本文分析了自动驾驶静态及动态高精地图的需求，设计了集成出行经验和动态交通信息的道路模型，该模型由路网级和车道级两层组成，其中车道级模型不同于以往研究以整条车道作为最小建模单元，提出根据交通流分布特性对车道进行分段，以车道分段为最小建模单元。由此建立的道路模型能够精确描述车道、交叉口、匝道的几何线形和连接关系；动态信息部分包含了路网级、车道级驾驶经验和实时交通信息。然后，分析了VISSIM仿真路网的架构，以车道级路网模型为基础，编写程序实现了根据shp格式高精地图自动建立VISSIM仿真路网的功能。最后，利用在南京市江北新区某新建道路采集的激光点云数据，实现了本文构建的模型以及搭建了相应的仿真平台。

本文初步设计和构建了高精地图道路模型，通过出行经验和动态交通信息的集成，以及车道单元的动态划分，为自动驾驶相关研究提供了部分参考价值。同时，基于该模型的VISSIM仿真平台搭建，对于自动驾驶模拟也有一定应用价值。

关键词：高精地图，车道级，道路模型，VISSIM仿真

Abstract

As a technology that will have a disruptive impact on the transportation industry, autonomous driving is a hot topic in both scientific research and industrial development. High precision map design and its core content, road model construction is an important part of the autonomous driving system for structured urban roads.

This thesis analyzes the demand of autonomous driving system for static and dynamic high precision map, then designs the dynamic road model integrated with traffic information and travelling experience. The model consists of two layers, road network level and lane level. The lane level model is different from previous research that considers lanes as minimum modeling unit. According to the characteristics of traffic flow distribution, lane segment is proposed as the minimum modeling unit. The road model can accurately describe the geometry and connection of lane, intersection and ramp. Dynamic information includes road network level, lane level driving experience and real-time traffic information. Then, the architecture of VISSIM simulated road network is analyzed. Based on the lane-level road model, a program is written to realize the function of automatic construction of VISSIM simulation road network using shp format high-precision map. Finally, the laser point cloud data collected from a newly built road in Jiangbei New Area, Nanjing is used to realize the model and build the corresponding simulation platform.

In this thesis, a road model for high precision map is preliminarily designed and constructed.

This paper preliminarily designs and constructs a high-precision map road model. Through the integration of travel experience and dynamic traffic information, and the dynamic division of lane units, it provides some reference value for autopilot related research. At the same time, the VISSIM simulation platform based on this model also has certain application value for automatic driving simulation.

Keywords: high-precision map, lane level, road model, VISSIM simulation

目 录

第一章 绪论 1

1.1. 研究背景 1

1.2. 国内外研究现状 1

1.3. 主要研究内容 3

第二章 高精地图整体设计 5

2.1. 高精地图简介 5

2.2. 高精地图在自动驾驶系统中的作用 5

2.3. 高精地图框架设计 6

2.4. 本章小结 7

第三章 面向车道级道路模型构建 9

3.1. 路网级道路模型构建 9

3.1.1. 面向路径规划的路网表示 9

3.1.2. 路网级模型设计 11

3.2. 车道级道路模型构建 13

3.2.1. 基本概念 13

3.2.2. 车道级模型设计 14

3.2.3. 平面线形的几何表示 18

3.3. 路网级模型与车道级模型间的连接 19

3.4. 道路模型动态属性集成 20

3.4.1. 驾驶出行经验 20

3.4.2. 实时交通信息 21

3.5. 本章小结 22

第四章 车道级道路模型在VISSIM中的仿真 23

4.1. VISSIM简介 23

4.2. VISSIM工程文件创建 23

4.2.1. inpx文件中的关键字段 24

4.2.2. inpx文件的创建 25

4.3. 车道级道路模型向VISSIM路网的转换 25

4.3.1. VISSIM的仿真路网路网结构 25

4.3.2. 中间层道路模型 26

4.4. 建模示例 28

4.4.1. 典型十字形交叉口建模 28

4.4.2. 实际道路高精地图建模 29

4.5. 本章小结 33

第五章 总结与展望 34

5.1. 研究成果总结 34

5.2. 不足与展望 34

致 谢 36

参考文献 35

附 录 37

绪论

研究背景

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