3. AMR路网抽象与地图建模

AMR交通管制的第一步不是写调度算法，而是把物理场地抽象成一张“可计算的路网”。同一片仓库地面，用不同抽象方式表达，会直接决定后续能否做死锁检测、能否算最短路径、能否评估拥堵。本节围绕四种常用抽象——栅格图、拓扑图、车道图，以及单向/双向通道、交叉口节点、容量与阻抗属性——说明它们各自适合什么场景、如何建模，以及属性字段应如何定义。

一、四种抽象的分工

栅格图（Grid Map）把场地切成等尺寸方格，每格标记为可通行或障碍。它最贴近激光雷达/视觉的原始感知，适合做局部避障、代价地图和路径平滑。缺点是格数随面积平方增长，且不表达“车道”语义，AMR容易在开阔区走出无意义的锯齿路径。

拓扑图（Topological Map）把可通行区域压缩成“节点+边”。节点通常放在交叉口、装卸位、充电桩、电梯口等关键位置，边表示两节点间可直达的路段。它规模小、搜索快，适合全局路径规划和交通管制决策，但丢失了车道宽度、方向等细节。

车道图（Lane Graph）是拓扑图的细化：每条边对应一条有方向、有宽度的车道中心线，节点对应车道之间的连接点（交叉口）。它既保留拓扑的简洁，又能表达单向、双向、变道、让行等交通规则，是AMR交通管制最常用的核心模型。

工程上常见做法是三者共存：栅格图用于底层运动控制，车道图用于交通管制与路径规划，拓扑图作为车道图的简化视图用于快速查询。

二、单向与双向通道的建模

单向通道用一条有向边表示，方向即允许行驶方向；双向通道用两条方向相反的有向边表示，而不是一条无向边。这样做的原因是：双向通道的两个方向往往具有不同的容量和阻抗（例如一侧有装卸口、一侧靠墙），用两条独立边才能分别赋属性。

窄巷道（宽度仅容一台AMR通过）应建模为单向边，并在交叉口节点上设置“互斥区”，同一时刻只允许一个方向占用。宽巷道可建模为双向边，但若两车对向相遇需要避让，则应在边上标注避让点或会车区。

三、交叉口节点的定义

交叉口是车道图的节点，也是交通管制最关键的资源。一个交叉口节点至少应包含：

• 节点ID：全局唯一，如 J012。
• 坐标：世界坐标 (x, y)，用于计算距离。
• 类型：十字、丁字、环岛、装卸位入口、充电位入口等。
• 容量 capacity：允许同时进入的AMR数量，通常为1。
• 占用状态：空闲/被占用/预留，供调度器读写。
• 连接边列表：入边与出边，决定转向关系。

交叉口的容量默认取1，意味着它是一把“互斥锁”。若交叉口面积较大、可容纳两台AMR错身，可把容量设为2，但必须同时定义内部避让规则，否则会出现“都以为能进、结果卡死”的情况。

四、容量与阻抗属性

容量（Capacity）描述一段路或一个节点同时能容纳多少台AMR。边的容量通常按“长度/车长”估算，例如一条12米长的单向车道、AMR车长1.2米，理论容量约10台，但考虑安全间距，实际取6～8台。

阻抗（Impedance / Cost）是路径规划中边的权重，AMR会选择总阻抗最小的路径。阻抗不应只用距离，而应综合：

• 基础行驶时间 = 路段长度 / 额定速度；
• 转向代价：直行0，转弯加0.5～1.5秒；
• 拥堵惩罚：当前排队AMR数量 × 单位等待时间；
• 风险惩罚：窄道、人车混行区、装卸口附近加权。

下面这张图给出一个典型车道图片段：节点J1～J4为交叉口，边E1～E6为车道，其中E2、E5为单向，E1、E3、E4、E6为双向（用两条有向边表示），并标注了容量与基础阻抗。

五、属性字段的落地定义

为了让调度器、路径规划器和仿真器共用同一份地图，建议用统一的数据结构描述车道图。下面给出一个可直接参考的JSON片段（示例参数，非实测值）：

{
  "nodes": [
    {"id":"J1","x":10.0,"y":8.0,"type":"cross","capacity":1,"state":"idle"},
    {"id":"J2","x":28.0,"y":8.0,"type":"cross","capacity":1,"state":"idle"},
    {"id":"J5","x":46.0,"y":8.0,"type":"dock","capacity":1,"state":"idle"}
  ],
  "edges": [
    {"id":"E1","from":"J1","to":"J2","dir":"both","length":18.0,
     "capacity":6,"base_cost":9.0,"speed_limit":1.2,"width":2.4},
    {"id":"E2","from":"J2","to":"J4","dir":"single","length":20.0,
     "capacity":4,"base_cost":11.5,"speed_limit":1.0,"width":1.6},
    {"id":"E5","from":"J2","to":"J5","dir":"single","length":12.0,
     "capacity":3,"base_cost":7.0,"speed_limit":1.0,"width":1.8}
  ]
}

其中 dir 取 single 或 both；base_cost 是不含拥堵的基础阻抗；speed_limit 用于计算行驶时间；width 用于判断能否会车。运行时，调度器在 base_cost 上叠加实时拥堵惩罚，得到动态阻抗。

六、建模时的常见判断

第一，节点粒度：交叉口、装卸位、充电位、电梯口必须建为节点；长直通道中间若无需决策，不必打散成多个节点，否则搜索空间膨胀。第二，单向判定：宽度小于“车宽+安全余量×2”的通道应设为单向；若必须双向，则需在通道两端设置互斥信号。第三，容量取值：节点容量默认1，只有物理上确实能并行通过且规则明确时才取2以上。第四，阻抗标定：基础阻抗可用“长度/速度+转向时间”估算，拥堵惩罚建议用“排队数×平均等待时间”，并定期用实际运行数据回归修正。

把路网抽象、方向、节点容量和阻抗四件事定义清楚，后续的交通管制、死锁预防和拥堵治理才有统一的数据基础。地图不是画得越细越好，而是要让调度器“看得懂、算得动、判得准”。