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地图组件设计#

1. 概述#

Autoware 依靠驾驶环境的高清点云地图和矢量地图来执行各种任务,例如定位、路线规划、交通信号灯检测以及预测行人和其他车辆的轨迹.

本文介绍了 Autoware 的地图组件设计,包括需求、架构设计、功能、数据格式以及将地图信息分发到自动驾驶堆栈其余部分的接口.

2. 要求#

Map 应该为堆栈的其余部分提供两种类型的信息：

  • 作为矢量地图的有关道路的语义信息
  • 以点云地图形式提供有关环境的几何信息(可选)

矢量地图包含有关道路网络、车道几何图形和交通信号灯的高精度信息.它对于路线规划、红绿灯检测以及预测其他车辆和行人的轨迹是必需的.

3D 点云地图主要用于基于 LiDAR 的定位,是 Autoware 中感知的一部分.为了确定车辆的当前位置和方向,从一个或多个 LiDAR 单元捕获的实时扫描与预先生成的 3D 点云地图进行匹配.因此,准确的点云地图对于获得良好的定位结果至关重要.但是,如果车辆具有足够准确的替代定位方法,例如使用基于摄像头的定位,则可能不需要点云地图即可使用 Autoware.

除了上述两种类型的地图外,Autoware 还需要一个补充文件,用于指定地图在大地坐标系中的坐标系.

3. 架构#

此图描述了 Autoware 中 Map 组件的高级体系结构.

映射组件架构{宽度= 800 }

Map 组件由以下子组件组成：

  • 点云地图加载：加载和发布点云地图
  • 矢量地图加载：加载和发布矢量地图
  • 投影加载：加载并发布投影信息,以便在本地坐标(x、y、z)和大地坐标(纬度、经度、海拔)之间进行转换

4. 组件接口#

map 组件的输入#

  • 从文件系统
    • 点云地图及其元数据文件
    • 矢量图
    • 投影信息

map 组件的输出#

  • 致感
    • 投影信息：用于将 GNSS 数据从大地坐标系转换为本地坐标系
  • 定位(Localization)
    • 点云地图：用于基于 LiDAR 的定位
    • 矢量地图：用于基于道路标记等的定位方法
  • 感知
    • 点云地图：通过比较 LiDAR 和点云地图进行障碍物分割
    • 矢量地图：用于车辆轨迹预测
  • 前往规划
    • 向量图：用于行为规划
  • 到 API 层
    • 投影信息：用于将定位结果从本地坐标系转换为大地坐标系

5. 地图规格#

点云图#

点云地图必须以文件形式提供,并满足以下要求：

  • 点云地图必须投影在 map_projection_loader 中定义的相同坐标上,以便与 lanelet2 地图和其他在本地坐标和大地坐标之间转换的软件包保持一致.有关更多信息,请参阅 map_projection_loader的自述文件.
  • 它必须是 PCD(点云数据)文件格式,但可以是单个 PCD 文件或分成多个 PCD 文件.
  • 地图中的每个点都必须包含 X、Y 和 Z 坐标.
  • 可以选择包括每个点的强度或 RGB 值.
  • 它必须覆盖车辆的整个作区域.还建议根据连接到车辆的传感器的检测范围包括一个额外的缓冲区.
  • 其分辨率应至少为 0.2 m,才能产生可靠的定位结果.
  • 它可以位于本地坐标或全局坐标中,但必须位于全局坐标(地理配准)中,才能使用 GNSS 数据进行定位.

有关分割地图格式的更多详细信息,请参阅 Autoware Universe 中 map_loader 的自述.

注意

Autoware 目前支持三种全球坐标系,包括 军事格网参考系 (MGRS)、通用横轴墨卡托 (UTM) 和 [日本直 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B9%B3%E9%9D%A2%E7%9B%B4%E8%A7%92%E5%BA%A7%E6%A8%99%E7%B3%BB 坐标系]. 但是,MGRS 是地理配准地图的首选坐标系. 在具有 MGRS 坐标系的地图中,每个点的 X 和 Y 坐标表示该点在 100,000 米正方形内的位置,而 Z 坐标表示该点的高程.

矢量地图#

矢量云地图必须以文件形式提供,并满足以下要求：

  • 它必须是 Lanelet2 格式,并带有 Autoware 需要的额外修改.
  • 它必须包含车道、交通信号灯、停止线、人行横道、停车位和停车场的形状和位置信息.
  • 除道路的起点或终点外,地图中的每个车道都必须正确连接到其前一条车道、后一条车道、左相邻车道和右相邻车道.
  • 地图中的每个车道都必须包含交通规则信息,包括其速度限制、通行权、交通方向、关联的交通信号灯、停车线和交通标志.
  • 它必须覆盖车辆的整个作区域.

有关创建矢量地图的详细规范,请参阅【矢量地图创建需求规范文件】(./map-requirements/vector-map-requirements-overview/index.md).

投影信息#

投影信息必须以文件的形式提供,并满足以下要求：

  • 它必须采用 YAML 格式,在当前 Autoware Universe 实现中以 map_projection_loader 形式提供.
  • 文件必须包含以下信息：
    • 用于在本地坐标和全局坐标之间进行转换的投影方法的名称
    • 投影方法的参数(取决于投影方法)

有关更多信息,请参阅 Autoware Universe 中 map_projection_loader 的自述文件.