路径规划 | 详解维诺图Voronoi算法(附ROS C++/Python/Matlab仿真)

目录

  • 0 专栏介绍
  • 1 维诺图规划原理
  • 2 ROS C++实现(栅格图搜索)
  • 3 Python实现(路图搜索)
  • 4 Matlab实现(路图搜索)

0 专栏介绍

🔥附C++/Python/Matlab全套代码🔥课程设计、毕业设计、创新竞赛必备!详细介绍全局规划(图搜索、采样法、智能算法等);局部规划(DWA、APF等);曲线优化(贝塞尔曲线、B样条曲线等)。

🚀详情:图解自动驾驶中的运动规划(Motion Planning),附几十种规划算法


1 维诺图规划原理

在地图结构 | 图解维诺图Voronoi原理(附C++/Python/Matlab仿真)中,我们介绍了维诺图的概念。维诺图(Voronoi Diagram),也称为泰森多边形(Thiessen Polygon),是一种用于将空间分割为一组区域的图形化方法,其中每个区域都由一个特定点(种子点)控制,使得每个点到其控制的种子点最近。

在路径规划领域,维诺图作为一种栅格图分解方法用于自主导航任务。与计算几何的概念类似,令离散点集为障碍栅格,则定义规划空间中离最近的两个障碍物具有相同距离的点集为广义维诺图(Generalized Voronoi Diagram, GVD)。GVD通过对空间划分有效减少了路径搜索维度,且沿着GVD边缘移动可确保在穿越障碍物时具有最大的安全间隙

在这里插入图片描述

建立维诺图后,搜索对象从全域栅格节点减少为维诺节点,搜索效率提高。基于维诺图的路径规划虽然不满足路径最优,但可以最大程度保证运动安全。总体来说,基于维诺图的路径规划分为两部分:

  1. 根据栅格地图建立维诺图
  2. 在维诺图上运用最短路算法

这里提供两种常见的算法流程:栅格图搜索路图搜索,其中维诺图的构造算法详见地图结构 | 图解维诺图Voronoi原理(附C++/Python/Matlab仿真),本文不再赘述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

接下来对这两种算法进行实现

2 ROS C++实现(栅格图搜索)

核心算法如下所示

bool VoronoiPlanner::plan(VoronoiData** voronoi_diagram, const Node& start, const Node& goal, std::vector<Node>& path)
{voronoi_diagram_ = voronoi_diagram;// clear vectorpath.clear();// start/goal to Voronoi Diagram, shortest path in Voronoi Diagramstd::vector<Node> path_s, path_g, path_v;// start/goal point in Voronoi DiagramNode v_start, v_goal;if (!searchPathWithVoronoi(start, goal, path_s, &v_start))return false;if (!searchPathWithVoronoi(goal, start, path_g, &v_goal))return false;std::reverse(path_g.begin(), path_g.end());if (!searchPathWithVoronoi(v_start, v_goal, path_v))return false;path_g.insert(path_g.end(), path_v.begin(), path_v.end());path_g.insert(path_g.end(), path_s.begin(), path_s.end());path = path_g;return true;
}

效果如下

在这里插入图片描述

3 Python实现(路图搜索)

核心代码如下:

def plan(self):# sampling voronoi diagramvor = Voronoi(np.array(list(self.env.obstacles)))vx_list = [ix for [ix, _] in vor.vertices] + [self.start.x, self.goal.x]vy_list = [iy for [_, iy] in vor.vertices] + [self.start.y, self.goal.y]sample_num = len(vx_list)expand = [Node((vx_list[i], vy_list[i])) for i in range(sample_num)]# generate road map for voronoi nodesroad_map = {}node_tree = cKDTree(np.vstack((vx_list, vy_list)).T)for node in expand:edges = []_, index_list = node_tree.query([node.x, node.y], k=sample_num)for i in range(1, len(index_list)):node_n = expand[index_list[i]]if not self.isCollision(node, node_n):edges.append(node_n)if len(edges) >= self.n_knn:breakroad_map[node] = edges# calculate shortest path using graph search algorithmcost, path = self.getShortestPath(road_map)return cost, path, expand

效果如下:

在这里插入图片描述

4 Matlab实现(路图搜索)

function [path, goal_reached, cost, EXPAND] = voronoi_plan(map, start, goal)% Maximum expansion distance one stepmax_dist = 3;% map size[y_range, x_range] = size(map);% resolutionresolution = 0.1;% number of edges from one sampled pointn_knn = 5;% construct Voronoi diagram[ox, oy] = find(map == 2);[vx, vy] = voronoi(oy, ox);start(:, [1 2]) = start(:, [2 1]);goal(:, [1 2]) = goal(:, [2 1]);% Voronoi diagram filterindex_x = intersect(find(vx(1, :) > 0 & vx(1, :) < x_range), ...find(vx(2, :) > 0 & vx(2, :) < x_range));index_y = intersect(find(vy(1, :) > 0 & vy(1, :) < y_range), ...find(vy(2, :) > 0 & vy(2, :) < y_range));index = intersect(index_x, index_y);vx = vx(:, index); vy = vy(:, index);vd_vertex = [];EXPAND = [];for i = 1:length(index)node1 = [vx(1, i), vy(1, i)];node2 = [vx(2, i), vy(2, i)]; if ~all(node1 == node2) && ~is_collision(node1, node2, map, -1, resolution)EXPAND = [EXPAND, [vx(:, i); vy(:, i)]];vd_vertex = [vd_vertex; [vx(:, i), vy(:, i)]];endendvd_vertex = [unique(vd_vertex, 'rows'); start; goal];% generate road map for voronoi nodesroad_map = containers.Map();num_vd = size(vd_vertex, 1);for i = 1:num_vdknn_nodes = vd_vertex(knnsearch(vd_vertex, vd_vertex(i, :), 'K', num_vd), :);edges = [];for j = 1:num_vdif ~is_collision(vd_vertex(i, :), knn_nodes(j, :), map, max_dist, resolution)edges = [edges; knn_nodes(j, :)];endif size(edges, 1) == n_knnbreak;endend% hash-map: from grid index to edgesroad_map(string(vd_vertex(i, 1) + x_range * vd_vertex(i, 2))) = edges;end[path, goal_reached, cost] = get_shortest_path(road_map, start, goal, map, max_dist, resolution);if goal_reachedpath(:, [1 2]) = path(:, [2 1]);elsepath = [];cost = 0;end
end

效果如下:

在这里插入图片描述

完整工程代码请联系下方博主名片获取


🔥 更多精彩专栏

  • 《ROS从入门到精通》
  • 《Pytorch深度学习实战》
  • 《机器学习强基计划》
  • 《运动规划实战精讲》

👇源码获取 · 技术交流 · 抱团学习 · 咨询分享 请联系👇

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.rhkb.cn/news/88938.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系长河编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

(css)点击前隐藏icon图表 点击后显示

(css)点击前隐藏icon图表 点击后显示 效果 html <liv-for"(item,index) in sessionList":key"index"class"liClass":class"{ active: change2 index }"tabindex"2">...<el-tooltip class"item" effec…

有血有肉的PPT

1、PPT是Powerpoint缩写 2、引申的含义是Powerpoint Power(力量/能量&#xff09; Point(观点/要点) 3、用PPT做的文档是讲演稿&#xff0c;讲演的内容要有力度&#xff0c;之所以要去演讲是为了能够影响受众 4、其次演讲稿上的内容要列出要点、表明观点&#xff0c;所以一般P…

ArcGIS Pro实践技术应用暨基础入门、制图、空间分析、影像分析、三维建模、空间统计分析与建模、python融合、案例应用

GIS是利用电子计算机及其外部设备&#xff0c;采集、存储、分析和描述整个或部分地球表面与空间信息系统。简单地讲&#xff0c;它是在一定的地域内&#xff0c;将地理空间信息和 一些与该地域地理信息相关的属性信息结合起来&#xff0c;达到对地理和属性信息的综合管理。GIS的…

Python自动化测试框架:Pytest和Unittest的区别

pytest和unittest是Python中常用的两种测试框架&#xff0c;它们都可以用来编写和执行测试用例&#xff0c;但两者在很多方面都有所不同。本文将从不同的角度来论述这些区别&#xff0c;以帮助大家更好地理解pytest和unittest。 1. 原理 pytest是基于Python的assert语句和Pytho…

解决WSL2的docker删除镜像后,磁盘空间不释放问题

1、问题原因 由于WSL2本质上是虚拟机&#xff0c;所以 Windows 会自动创建 vhdx 后缀的虚拟磁盘文件作为存储。这个 vhdx 后缀的虚拟磁盘文件特点是可以自动扩容&#xff0c;但是一般不会自动缩容。一旦有很多文件把它“撑大”&#xff0c;即使把这些文件删除它也不会自动“缩…

Linux零基础快速入门到精通

一、操作系统概述 二、初始Linux Linux的诞生 Linux内核 Linux发行版 小结 三、虚拟机 认识虚拟机 虚拟化软件及安装 VMware Workstation 17 Pro安装教程https://blog.csdn.net/weixin_62332711/article/details/128695978 远程连接Linux系统 小结 扩展-虚拟机快照 …

STM32 LL库开发

一、STM32开发方式 标准库开发&#xff1a;Standard Peripheral Libraries&#xff0c;STDHAL库开发&#xff1a;Hardware Abstraction Layer&#xff0c;硬件抽象层LL库开发&#xff1a;Low-layer&#xff0c;底层库 二、HAL库与LL库开发对比 ST在推行HAL库的时候&#xff0c;…

造个轮子-任务调度执行小框架-任务清单执行器实现

文章目录 前言执行器流程提交流程线程池实现执行器实现接口状态标志执行周期实现清单代理创建清单项执行总结前言 okey,上一篇文章我们提到了,如何实现它的一个清单的一个代理。这里的话我们来捋一捋我们的这个执行流程是啥: 所以的话,我们的我们这里今天要做的是这个执行…

mysql_docker主从复制_实战_binlog混合模式_天座著

步骤1&#xff1a;拉取镜像 docker pull mariadb:latest 步骤2.1&#xff1a;创建两个文件夹用于放置挂载mysql的my.cnf /tianzuomysqlconf/master /tianzuomysqlconf/slave mkdir /tianzuomysqlconf cd /tianzuomysqlconf mkdir master mkdir slave 步骤2.2&#xff1a;创…

【简单认识zookeeper+kafka分布式消息队列集群的部署】

文章目录 一、zookeeper1、定义2、工作机制3、Zookeeper 特点4、Zookeeper 数据结构5、Zookeeper 应用场景6、Zookeeper 选举机制&#xff08;1&#xff09;第一次启动选举机制&#xff08;2&#xff09;非第一次启动选举机制 7、部署zookeeper群集 二、消息队列概述1、为什么需…

Hands on RL 之 Proximal Policy Optimization (PPO)

Hands on RL 之 Proximal Policy Optimization (PPO) 文章目录 Hands on RL 之 Proximal Policy Optimization (PPO)1. 回顾Policy Gradient和TRPO2. PPO (Clip)3. PPO(Penalty)4. PPO中Advantage Function的计算5.实现 PPO-ClipReference 1. 回顾Policy Gradient和TRPO ​ 首…

ubuntu python虚拟环境venv搭配systemd服务实战(禁用缓存下载--no-cache-dir)

文章目录 参考文章目录结构步骤安装venv查看python版本创建虚拟环境激活虚拟环境运行我们程序看缺少哪些依赖库&#xff0c;依次安装它们&#xff08;禁用缓存下载--no-cache-dir&#xff09;接下来我们配置python程序启动脚本&#xff0c;脚本中启动python程序前需先激活虚拟环…

【C++】开源:gflags命令行参数解析库配置使用

&#x1f60f;★,:.☆(&#xffe3;▽&#xffe3;)/$:.★ &#x1f60f; 这篇文章主要介绍gflags命令行参数解析库配置使用。 无专精则不能成&#xff0c;无涉猎则不能通。——梁启超 欢迎来到我的博客&#xff0c;一起学习&#xff0c;共同进步。 喜欢的朋友可以关注一下&…

【数字图像处理】数字图像处理中的直方图相关操作

文章目录 前言一、直方图为什么可以进行图像处理&#xff1f;二、直方图处理怎么实现&#xff1f;直方图均衡化直方图匹配-规定化局部直方图处理直方图统计量增强图像 三、OpenCv提供的直方图基础操作直方图均衡化OpenCv中直方图的表示从数据创建直方图&#xff1a;cv::calcHis…

【云原生】Docker 详解(一):从虚拟机到容器

Docker 详解&#xff08;一&#xff09;&#xff1a;从虚拟机到容器 1.虚拟化 要解释清楚 Docker&#xff0c;首先要解释清楚 容器&#xff08;Container&#xff09;的概念。要解释容器的话&#xff0c;就需要从操作系统说起。操作系统太底层&#xff0c;细说的话一两本书都说…

Linux学习之awk函数

awk里边的函数分为内置函数和自定义函数。 内置函数有下边的几种&#xff1a; 算术函数&#xff08;arithmetic&#xff09; 字符串函数&#xff08;string&#xff09; 输入/输出函数和通用函数&#xff08;input/output, and general&#xff09; 自定义函数格式如下&#xf…

Oracle 使用 CONNECT_BY_ROOT 解锁层次结构洞察:在 SQL 中导航数据关系

CONNECT_BY_ROOT 是一个在 Oracle 数据库中使用的特殊函数&#xff0c;它通常用于在层次查询中获取根节点的值。在使用 CONNECT BY 子句进行层次查询时&#xff0c;通过 CONNECT_BY_ROOT 函数&#xff0c;你可以在每一行中获取根节点的值&#xff0c;而不仅仅是当前行的值。 假…

算法竞赛备赛之搜索与图论训练提升,暑期集训营培训

目录 1.DFS和BFS 1.1.DFS深度优先搜索 1.2.BFS广度优先搜索 2.树与图的遍历&#xff1a;拓扑排序 3.最短路 3.1.迪杰斯特拉算法 3.2.贝尔曼算法 3.3.SPFA算法 3.4.多源汇最短路Floy算法 4.最小生成树 4.1.普利姆算法 4.2.克鲁斯卡尔算法 5.二分图&#xff1a;染色法…

浅析kubernetes部署:javashop部署概览

javashop部署概览 节点规划 首先我们对节点进行规划&#xff0c;方便起见&#xff0c;我们进行如下简单的规划&#xff1a; 这里请根据您的实际情况进行合理的资源安排&#xff0c;或和我们售后工程师讨论形成方案。 域名规划 我们以test.com为主域名规划我们的系统域名如下&…

Jpa与Druid线程池及Spring Boot整合(一): spring-boot-starter-data-jpa 搭建持久层

Jpa与Druid线程池及Spring Boot整合(一) Jpa与Druid线程池及Spring Boot整合(二)&#xff1a;几个坑 附录官网文档&#xff1a;core.domain-events域事件 (一)Jpa与Druid连接池及Spring Boot整合作为持久层,遇到系列问题,下面一 一记录&#xff1a; pom.xml 文件中加入必须的…