Autoware.universe部署02：高精Lanelet2地圖的繪制

這篇具有很好參考價(jià)值的文章主要介紹了Autoware.universe部署02：高精Lanelet2地圖的繪制。希望對(duì)大家有所幫助。如果存在錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，請(qǐng)大家不吝賜教，您也可以點(diǎn)擊"舉報(bào)違法"按鈕提交疑問(wèn)。

本文介紹如何繪制Autoware.universe使用的高精地圖并驗(yàn)證地圖，本系列其他文章：
Autoware.universe部署01：Ubuntu20.04安裝Autoware.universe并與Awsim聯(lián)調(diào)
Autoware.universe部署03：與Carla（二進(jìn)制版）聯(lián)調(diào)
Autoware.universe部署04：universe傳感器ROS2驅(qū)動(dòng)

引言

目前行業(yè)并沒(méi)有通用的標(biāo)準(zhǔn)（OpenDrive并不是為自動(dòng)駕駛設(shè)計(jì)的），Autoware自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的矢量地圖和地圖引擎計(jì)劃使用Lanelet2，本文我們就來(lái)了解并且上手一下Lanelet2高精度地圖框架。Lanelet2架構(gòu)可以劃分為：

lanelet2稱可以被觀測(cè)到的要素為地圖的物理層（physical layer），諸如路標(biāo)、紅綠燈、交通標(biāo)志、防撞欄等等，其他的所有地圖元素，比如車道（lane），是這些物理元素的一種抽象表示。
同樣地，交通規(guī)則是規(guī)則源（例如交通信號(hào)燈）與其所應(yīng)用的車道之間的關(guān)聯(lián)。根據(jù)這些物理元素我們可以追蹤這些關(guān)聯(lián)信息，我們稱這些元素為地圖的關(guān)聯(lián)層（relational layer）。
然而，并非地圖的所有元素都可以與物理層相關(guān)聯(lián)，因?yàn)榈缆方煌ㄖ型鶗?huì)包含隱含的規(guī)則，比如說(shuō)在路口內(nèi)，車道線和車道邊緣并沒(méi)有畫(huà)出來(lái)，但是它們是存在的，HAD map必須包含這些隱含的元素以保證路網(wǎng)拓?fù)涞倪B通性，這些元素都是我們的行為“常識(shí)”引入的，不和實(shí)際的可觀測(cè)元素關(guān)聯(lián)，即拓?fù)鋵?/strong>（topological layer）。

創(chuàng)建與Autoware兼容的矢量地圖最簡(jiǎn)單的方法是使用TIER IV公司提供的基于Web的免費(fèi)工具Vector Map Builder。Vector map builder是Autoware官方提供的一個(gè)在線lanelet2地圖繪制工具矢量地圖生成器，允許您創(chuàng)建車道，并使用點(diǎn)云地圖作為參考添加額外的管制元素，如停止標(biāo)志或交通燈。

對(duì)于開(kāi)源軟件選項(xiàng)，MapToolbox是專門為Unity設(shè)計(jì)的插件，用于為Autoware創(chuàng)建Lanelet2地圖。雖然JOSM是另一個(gè)可以用來(lái)創(chuàng)建Lanelet2地圖的開(kāi)源工具，但是需要注意的是，為了使地圖與Autoware兼容，必須進(jìn)行大量的手工修改。這個(gè)過(guò)程可能是繁瑣和耗時(shí)的，因此不建議使用JOSM。

Lanelet2默認(rèn)的格式為XML形式的OSM地圖格式，可以使用OSM地圖編輯器進(jìn)行編輯和可視化。Lanelet2假定地圖中的所有元素均能投射到平面，不過(guò)元素的高度信息也會(huì)被保存，以避免將立交橋處理成十字路口的情況。當(dāng)加載地圖的時(shí)候，為了方便地圖的使用，會(huì)采用通用莫卡托投射（UTM，Universal Transverse Mercator）將地圖投射到笛卡爾坐標(biāo)系。

Lanelet基礎(chǔ)元素

Lanelet2地圖主要包含6類基元：

Points：點(diǎn)

Linestrings: 由點(diǎn)前后連接構(gòu)成的折線序列

Polygons：多邊形

Lanelets：車道的原子單元，或者說(shuō)對(duì)車道的最小劃分

Areas：區(qū)域，類似與lanelet，但是它一般用于描述建筑、停車區(qū)等獨(dú)立區(qū)域

Regulatory elements：控制元素，能產(chǎn)生交通規(guī)則的元素，如信號(hào)燈、限速牌等

前三類為物理層，其余為關(guān)聯(lián)層，每一個(gè)元素都有自己唯一的ID

Lanelet2項(xiàng)目各個(gè)模塊

Lanelet2論文的另外一個(gè)工作就是基于以上設(shè)計(jì)理念和基本要素開(kāi)源了一套C++編寫(xiě)的地圖框架，lanelet2項(xiàng)目依靠catkin編譯，所以每個(gè)模塊都是以ros package的形式進(jìn)行管理，各個(gè)模塊內(nèi)容如下：

lanelet2：基礎(chǔ)模塊，沒(méi)有具體實(shí)現(xiàn)

lanelet2_core：實(shí)現(xiàn)了基元、地理計(jì)算等核心庫(kù)

lanelet2_io：lanelet地圖的IO庫(kù)

lanelet2_traffic_rules：提供地圖交通規(guī)則的支持

lanelet2_projection：提供WGS84坐標(biāo)系到指定坐標(biāo)系下的投影的實(shí)現(xiàn)

lanelet2_routing：提供基于lanelet地圖的routing功能

lanelet2_maps：lanelet2官方提供的示例地圖

lanelet2_python：lanelet2的python接口

lanelet2_validation：驗(yàn)證Lanelet2地圖

lanelet2_examples：教程和示例

一、安裝Lanelet2項(xiàng)目

注意：如果不需要額外的地圖驗(yàn)證工具，可以直接到下一章節(jié)開(kāi)始學(xué)習(xí)繪制Lanelet2地圖

1.1 安裝依賴

環(huán)境是Ubuntu18.04，依賴于ROS melodic

sudo apt-get install ros-melodic-rospack ros-melodic-catkin ros-melodic-mrt-cmake-modules ros-melodic-unique-id sudo apt-get install libboost-dev libeigen3-dev libgeographic-dev libpugixml-dev libpython-dev libboost-python-dev python-catkin-tools

1.2 編譯

mkdir catkin_ws_lanelet2_mapping && cd catkin_ws_lanelet2_mapping && mkdir src catkin init # build in release mode (or whatever you prefer) catkin config --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo cd src git clone https://github.com/AbangLZU/ad_with_lanelet2.git cd .. catkin build

編譯報(bào)錯(cuò)：

error: ‘::memset’ has not been declared

可能是boost版本的問(wèn)題。memset是C 庫(kù)函數(shù)，void *memset(void *str, int c, size_t n) 復(fù)制字符 c（一個(gè)無(wú)符號(hào)字符）到參數(shù) str 所指向的字符串的前 n 個(gè)字符。如果是C++編譯，需要調(diào)用的是cstring。報(bào)錯(cuò)是因?yàn)樵贑++環(huán)境下使用了memset卻沒(méi)有導(dǎo)入cstring，所以解決辦法很簡(jiǎn)單，修改boost頭文件

sudo gedit /usr/local/include/boost/geometry/algorithms/detail/relate/result.hpp

打開(kāi)報(bào)錯(cuò)的源碼，添加以下頭文件：

#include <cstring>

報(bào)錯(cuò)：

/home/autoware/catkin_ws_lanelet2_mapping/devel/.private/lanelet2_extension/lib/liblanelet2_extension_lib.so: undefined reference to `lanelet::routing::RoutingCostTravelTime::travelTime(lanelet::traffic_rules::TrafficRules const&, lanelet::ConstLanelet const&) const'

這是由于我們之前安裝Autoware1.15時(shí)安裝了與當(dāng)前項(xiàng)目同名的ROS包（lanelets一系列），導(dǎo)致現(xiàn)在找到了對(duì)應(yīng)的老版本的ROS包，把它們卸載就行了：

sudo apt-get remove ros-melodic-lanelet2-core ros-melodic-lanelet2-validation ros-melodic-lanelet2-io ros-melodic-lanelet2-maps ros-melodic-lanelet2-projection ros-melodic-lanelet2-routing ros-melodic-lanelet2-traffic-rules

編譯成功：

1.3 在ROS中使用lanelet2地圖完成routing

在你的ros workspace中，運(yùn)行本項(xiàng)目：

cd your_ros_workspace source devel/setup.bash roslaunch src/ad_with_lanelet2/run_map_simulator.launch

run_map_simulator.launch內(nèi)容如下，一共會(huì)啟動(dòng)4個(gè)ros node：

planning仿真節(jié)點(diǎn)：來(lái)自Autoware的簡(jiǎn)單planning仿真

map loader：加載Autoware擴(kuò)展版lanelet2地圖，發(fā)送用于可視化的Rviz marker，以ros msg的形式發(fā)送map

mission planning模塊：來(lái)自Autoware的任務(wù)規(guī)劃模塊，在本例中主要使用了Routing路線生成

Rviz：?jiǎn)?dòng)Rviz并使用預(yù)先設(shè)置的配置參數(shù)

如圖，map被加載與Rviz中：

點(diǎn)擊Rviz中的2D Pose Estimate在圖中設(shè)置當(dāng)前位置，仿真節(jié)點(diǎn)根據(jù)這個(gè)init pose發(fā)一個(gè)base_link 到world坐標(biāo)系的tf，設(shè)置完成后如下圖所示:

接著使用Rviz中的2D Nav Goal設(shè)置routing的終點(diǎn)，如圖中所示，mission planner會(huì)根據(jù)設(shè)置的目標(biāo)位姿動(dòng)態(tài)生成routing路線（圖中深綠色路線）：

注：該樣例地圖為Tier 4公司（Autoware的主要維護(hù)者）開(kāi)源的地圖，在日本，所以是靠左行駛，routing的時(shí)候需要按照靠左行駛的規(guī)則設(shè)定起終點(diǎn)。

二、Autoware Vector Map Builder繪制高精地圖

Vector map builder需要多次練習(xí)熟練理解才能繪制出正確且美觀的地圖
Vector map builder是Autoware官方提供的一個(gè)在線lanelet2地圖繪制工具，地址為：https://tools.tier4.jp/feature/vector_map_builder_ll2/，需要注冊(cè)賬號(hào)：

注冊(cè)后選擇v1.13~，地圖數(shù)據(jù)格式為.osm

2.1 創(chuàng)建地圖

（1）進(jìn)入后選擇右上角文件導(dǎo)入PCD點(diǎn)云地圖

這里導(dǎo)入官方的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

鼠標(biāo)右鍵拖動(dòng)點(diǎn)云，左鍵旋轉(zhuǎn)點(diǎn)云，滾輪放大縮小點(diǎn)云，左上角可以切換3D視角
（2）創(chuàng)建矢量地圖
創(chuàng)建Lanelet2新地圖需要輸入MGRS(橫軸莫卡托投影UTM坐標(biāo)系網(wǎng)格)，查詢地理位置對(duì)應(yīng)的MGRS網(wǎng)站：https://mgrs-mapper.com/app。如果是局部坐標(biāo)系（沒(méi)有絕對(duì)坐標(biāo)），可以填（31N，AA），即經(jīng)緯度（0，0）

2.2 繪制車道

有兩種方法，一種是先繪制Linestring，再合成Lanelet，另一種方法是直接利用工具繪制Lanelet

2.2.1 Linestring合成

（1）選擇Lanelet2Map工具，開(kāi)始繪制
打開(kāi)Linestring，點(diǎn)選車道線邊緣繪制車道線，繪制完一側(cè)之后關(guān)閉Linestring完成繪制，同樣的方法繪制另一側(cè)車道線邊緣

繪制完一條車道的兩條車道線之后，按住shift鍵，鼠標(biāo)選擇兩條車道線，點(diǎn)擊右上角Action中的Add Lanelet，生成Lanelet元素（生成后界面如果無(wú)法控制，按一下shift有奇效，如果不能旋轉(zhuǎn)就點(diǎn)擊左上角rotate on）

選中端點(diǎn)（出現(xiàn)坐標(biāo)系，選不中試一下shift按鍵），再打開(kāi)Linestring，按照上述方法可以繪制前繼與后繼車道的Linestring，再合成前繼與后繼車道Lanelet（車道方向可以根據(jù)Next Lanelet屬性判斷），我在繪制彎道的時(shí)候比較糙，實(shí)際繪制的時(shí)候點(diǎn)可以給密集一點(diǎn)，而且不能太窄，否則后面Autoware自動(dòng)駕駛時(shí)無(wú)法轉(zhuǎn)彎（Drivable Area）

使用Reverse Direction功能對(duì)Lanelet方向進(jìn)行調(diào)整，Lanelet標(biāo)紅為報(bào)錯(cuò)，綠色為正確，標(biāo)紅的原因是拓?fù)潢P(guān)系不正確（Next Lanelet is empty），改變方向使拓?fù)潢P(guān)系正確，會(huì)變成綠色見(jiàn)右下角：

選中Lanelet在右側(cè)屬性表可以編輯屬性，比如：車道最大限速，車道轉(zhuǎn)彎方向（左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)），一定要編輯，否則后面Universe無(wú)法獲得車道信息
右上角Action工具可以生成中心線，掉轉(zhuǎn)方向，聚焦，伸直和改變寬度

畫(huà)完一條車道之后，可以選中然后打開(kāi)工具欄的Copy Lanelet按鈕，然后點(diǎn)擊與旁邊車道共用的邊，即可自動(dòng)生成（與當(dāng)前車道一樣）旁邊車道，生成后再手動(dòng)微調(diào)（選中端點(diǎn)拖動(dòng)可以改變形狀，坐標(biāo)軸是按照坐標(biāo)方向移動(dòng)，選中方塊可以任意方向移動(dòng)）
同樣的方法繪制后繼車道，出現(xiàn)車道鏈接點(diǎn)斷開(kāi)的情況：

這時(shí)可以按住shift，選擇前后兩條車道線，點(diǎn)擊join Lanelet，使其相連，之后再調(diào)整形狀（注意要先把方向換對(duì)，否則就亂了）：

2.2.2 Lanelet工具直接繪制

使用Lanelet工具直接繪制車道線，打開(kāi)Lanelet工具，然后鼠標(biāo)直接根據(jù)車道中心線繪制車道線，再使用Join Lanelet連接車道，但寬度不對(duì)需要再微調(diào)，再用copy繪制相鄰車道：

填寫(xiě)屬性，上方Problem報(bào)錯(cuò)，點(diǎn)開(kāi)看到車道限速超過(guò)了最大速度，將其最大速度增加就可解決

2.2.3 繪制變道車道

多向變道：在有節(jié)點(diǎn)的Lanelet端（從這里可以看出，盡量不要繪制一條到底的長(zhǎng)直車道，尤其是路口一定要斷，事實(shí)上，繪制太長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致規(guī)劃的時(shí)候不夠精確）繪制新的Lanelet，然后使用join Lanelet連接車道，最后微調(diào)節(jié)點(diǎn)位置即可：

同向變道：需要設(shè)置Linestring可變道，選中同向車道之間的Linestring，線型選擇虛線（dashed），添加屬性lane_change，值為yes，添加屬性width，值為0.0

2.3 繪制路沿

打開(kāi)Linestring，繪制路沿邊線，然后在右側(cè)屬性表的type中選擇road_boder即可：

2.4 繪制停止線和交通燈

選中要繪制停止線的車道，打開(kāi)停止線工具，點(diǎn)擊停止線位置即可生成

選中要繪制紅綠燈的車道，再打開(kāi)交通燈工具，然后在等紅綠燈的位置點(diǎn)擊，即可生成停車線，并在對(duì)面生成紅綠燈（注意車道方向），生成之后可以調(diào)整停車線以及紅綠燈位置（按住shift可以劃定區(qū)域多選）

2.5 繪制人行道

選中車道，然后打開(kāi)Abstraction下的Crosswalk，點(diǎn)擊人行道兩端自動(dòng)生成人行道，選中人行道，在右側(cè)的participants屬性下填寫(xiě)pedestrian：

2.6 繪制路邊?？寇嚨?/h3>
選中路邊?？客？寇嚨缹?duì)應(yīng)的正常車道，然后點(diǎn)擊右上角CopyLanelet（先畫(huà)一條lanestring再與以有車道邊合成也行，即必須與車道有一條公共邊），再點(diǎn)擊車道邊線，即可自動(dòng)生成并列車道，再把生成的車道的subtype屬性修改為road_shoulder，即繪制了?？寇嚨溃ㄕ{(diào)整形狀可以）

2.7 繪制禁停區(qū)

如下圖在某建筑門前繪制禁停區(qū)，首先選中車道，然后打開(kāi)上方東的NoStoppingArea，即可繪制禁停區(qū)域，同時(shí)自動(dòng)生成一條停止線，選中角點(diǎn)調(diào)整形狀：

2.8 繪制停車場(chǎng)以及停車位

選中車道，打開(kāi)上方的NoStoppingArea，繪制Area，調(diào)整大小，然后在屬性表中修改屬性為parking_lot

繪制一條Linestring，然后選中在屬性表中修改type為parking_space，添加屬性width，值為3，即繪制了一個(gè)停車位，然后可以直接復(fù)制幾條

2.9 地圖拓?fù)潋?yàn)證（可以跳過(guò)）

繪制完成之后，確定右上角Problem項(xiàng)沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，即可點(diǎn)擊File導(dǎo)出Lanelet2地圖
然后使用第二節(jié)的功能包驗(yàn)證，將導(dǎo)出的地圖復(fù)制到catkin_ws_lanelet2_mapping/src/ad_with_lanelet2/map/map_loader/data路徑下，修改文件名稱為lanelet2_map.osm
然后運(yùn)行規(guī)劃節(jié)點(diǎn)：

source devel/setup.bash roslaunch src/ad_with_lanelet2/run_map_simulator.launch

即可加載自己繪制的地圖，按照第二節(jié)的方法可以驗(yàn)證地圖，如果有問(wèn)題方便及時(shí)修改

路徑規(guī)劃也沒(méi)問(wèn)題：

2.10 Universe的使用

將生成的地圖（命名為lanelet2_map.osm）與點(diǎn)云地圖（命名為pointcloud_map.pcd）放在一個(gè)新建文件夾下，并創(chuàng)建一個(gè)yaml文件（map_config.yaml），填入以下內(nèi)容：

/**: ros__parameters: map_origin: latitude: 0.0 longitude: 0.0 elevation: 0.0 roll: 0.0 pitch: 0.0 yaw: 0.0

運(yùn)行Autoware.universe，路徑換成你自己的：

source install/setup.bash ros2 launch autoware_launch planning_simulator.launch.xml map_path:=${You_map_path} vehicle_model:=sample_vehicle sensor_model:=sample_sensor_kit

可以planning

加了一條到停車場(chǎng)的路線（需要有經(jīng)過(guò)停車場(chǎng)的車道，才能駛?cè)胪＼噲?chǎng)，并準(zhǔn)備入庫(kù)），倒車入庫(kù)也是沒(méi)有問(wèn)題的，其他地圖元素的測(cè)試參考Autoware.universe部署01：Ubuntu20.04安裝Autoware.universe并與Awsim聯(lián)調(diào)

三、JOSM可視化和編輯Lanelet2地圖

因?yàn)椴捎昧薕SM的地圖格式定義，Lanelet2地圖可以很方便地使用OSM的工具鏈進(jìn)行查看和編輯，下面我們使用JOSM工具對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)的lanelet2_map.osm地圖進(jìn)行可視化和編輯（不建議，但是JOSM事實(shí)上功能更多，只是不容易）。JOSM是一個(gè)Java實(shí)現(xiàn)的對(duì)OSM進(jìn)行編輯的工具，因其為Java程序，所以可以跨平臺(tái)使用，官網(wǎng)下載最新版本的JOSM，本文采用的是jar包的形式運(yùn)行，jar下載鏈接：https://josm.openstreetmap.de/josm-tested.jar

3.1 配置Java環(huán)境

參照教程：https://josm.openstreetmap.de/wiki/Download#Java
編輯源文件列表/etc/apt/sources.list.d/josm.list:

sudo /etc/apt/sources.list.d/josm.list

根據(jù)你的ubuntu版本選擇填入下列源:

# 22.04 deb [signed-by=/usr/local/share/keyrings/josm-apt.gpg] https://josm.openstreetmap.de/apt jammy universe # 20.04 deb [signed-by=/usr/local/share/keyrings/josm-apt.gpg] https://josm.openstreetmap.de/apt focal universe # 18.04 deb [signed-by=/usr/local/share/keyrings/josm-apt.gpg] https://josm.openstreetmap.de/apt bionic universe

下載公鑰：

# Create the directory for manually downloaded keys if it was not already created sudo mkdir -p /usr/local/share/keyrings # Download the key wget -q https://josm.openstreetmap.de/josm-apt.key -O- | sudo gpg --dearmor -o /usr/local/share/keyrings/josm-apt.gpg

然后更新源:

# You may need to install ssl support for apt in advance: sudo apt-get install apt-transport-https # Refresh sources sudo apt-get update

然后安裝:

# You can skip this first line if these packages were not installed before. sudo apt-get remove josm josm-plugins # 測(cè)試版(穩(wěn)定版) sudo apt-get install josm # 最新版 sudo apt-get install josm-latest 通過(guò)java --version檢查系統(tǒng)中安裝的Java，我的環(huán)境如下（我裝的版本可能有點(diǎn)低）：

通過(guò)java --version檢查系統(tǒng)中安裝的Java，我的環(huán)境如下（我裝的版本可能有點(diǎn)低）：

下載好josm-tested.jar包后，在同目錄下使用以下命令運(yùn)行JOSM:

java -jar josm-tested.jar

報(bào)網(wǎng)絡(luò)鏈接錯(cuò)誤錯(cuò)不用管（科學(xué)上網(wǎng)之后就不會(huì)再報(bào)了），在JOSM中選擇presets->preset preferences可以改變語(yǔ)言

3.2 配置Lanelet2格式

在JOSM中添加lanelet2的地圖樣式和預(yù)設(shè)組合標(biāo)簽，在JOSM中選擇預(yù)設(shè)組合->預(yù)設(shè)首選項(xiàng)->地圖樣式->+，分別將ROS項(xiàng)目中l(wèi)anelet2_maps/josm/目錄下的lanelets.mapcss和lines.mapcss添加為地圖樣式：

在添加預(yù)設(shè)組合標(biāo)簽下，添加lanelet2_maps/josm/目錄下的laneletpresets.xml文件：

在JOSM中，選擇文件->打開(kāi)，選擇項(xiàng)目中map/map_loader/data/目錄下的lanelet2_map.osm文件，得到如下地圖：

可在JOSM中查看和編輯地圖中的各個(gè)元素，地圖編輯教程可以參考https://learnosm.org/en/josm/josm-tools/?？梢栽诓藛螜诘挠跋裰屑虞d（全球）遙感圖像作為底圖繪制（國(guó)內(nèi)的影像分辨率可能比較低，并且沒(méi)有測(cè)繪資質(zhì)進(jìn)行高精地圖的繪制可能存在較高的技術(shù)壁壘和法規(guī)風(fēng)險(xiǎn)）：
文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-676488.html
到了這里，關(guān)于Autoware.universe部署02：高精Lanelet2地圖的繪制的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！