我们在做全局路径规划的时候会用到两种地图一种是栅格地图另一种是高精地图。二者并不是简单的低精度地图与高精度地图之分而是面向不同规划问题的两种环境表达方式。栅格地图将空间离散为规则单元用于描述障碍物占据状态、可通行区域及通行代价主要回答“哪里可以通行、哪里存在障碍、从哪里通过风险更低”等问题。高精矢量地图则通过点、线、面及其拓扑关系描述车道、道路边界、路口、交通规则或农业作业区域主要回答“道路或作业区域如何组织、车辆应沿什么路线和规则行驶”等问题。实际系统通常将二者结合使用高精矢量地图负责全局路由和规则约束栅格代价地图负责障碍物表达、碰撞检测和局部可通行性判断。一.栅格地图1.栅格地图定义栅格地图将连续空间按照固定分辨率划分为规则单元格M{mi,j}每个栅格存储该位置的状态或属性。最基本的占据栅格一般包含空闲车辆可以通行占用存在障碍物未知尚未观测概率值该栅格被占据的概率。经典占据栅格并不是简单的黑白图而是一种概率地图p(mi,j1∣z1:t,x1:t)其中mi,j第 i 行、第 j 列的栅格是否被占据z1:t历史传感器观测x1:t机器人历史位姿。2.栅格地图的主要参数1分辨率假设分辨率为r0.05 m/cell表示一个栅格对应现实中的 5 cm×5 cm。栅格尺寸越小即地图空间分辨率越高障碍物边界表达越精细碰撞检测越准确狭窄通道的表达能力越强栅格数量、内存占用和搜索计算量越大定位误差和传感器噪声会更明显地反映在地图中。(2)地图原点栅格坐标与世界坐标需要相互转换默认栅格地图坐标轴与世界坐标轴平行i⌊x−x0)/r⌋,j⌊(y−y0)/r⌋其中 (x0,y0)是地图原点。如果地图原点存在航向角 θ_0应先进行坐标旋转然后计算ROS的地图原点实际是栅格单元 (0,0) 在世界坐标系中的位姿不只有 x0,y0还包括方向信息。(3)栅格值ROS 中常见的OccupancyGrid表示为0空闲100占据-1未知。3.占用栅格地图与代价地图区别占据栅格地图主要描述环境是否被占据而代价地图进一步描述车辆经过某个位置时的风险或通行成本。对比项占据栅格地图代价地图表达内容空闲、占据、未知每个位置的通行代价数据来源SLAM或静态地图静态地图实时传感器规则是否考虑车体尺寸通常不直接考虑通过障碍物膨胀考虑主要用途环境表达、定位路径规划、避障是否动态更新可以静态或动态通常持续更新代价地图中障碍物周围会按照车辆外形和安全距离进行膨胀。距离障碍物越近代价越高其中d当前栅格到最近障碍物的距离rins车辆内切半径rinf障碍物膨胀半径k代价衰减系数Clethal致命障碍物代价Cinscribed车辆轮廓可能与障碍物发生碰撞时的代价。因此全局规划器实际寻找的往往不是单纯的最短路径而是即同时考虑路径长度和通行风险。4.栅格地图是如何生成栅格地图通常由激光雷达、深度相机等传感器结合机器人位姿生成其基本流程为传感器获取环境观测里程计、IMU、GNSS或SLAM估计车辆位姿将传感器数据转换到统一地图坐标系通过逆传感器模型更新栅格占据概率经过阈值化生成空闲、占据和未知区域保存为静态地图或持续在线更新。二.高精地图高精地图HD map是一种面向自动驾驶车辆或移动机器人的结构化地图。它在具有较高几何精度的基础上进一步表达道路、车道、作业区域、交通设施、通行规则及其拓扑关系为定位、全局路由、行为决策和轨迹规划提供先验信息。精度高精地图精度在厘米级地图元素高精地图道路元素及交通相关动态元素更丰富比如详细的车道线、路标、交通提示牌、交通灯、车道曲率、坡度及车道级实时交通动态信息主要服务于机器自动驾驶环境判断、决策、控制等定位结合高精地图道路特征、点云地图车辆可实现视觉定位和点云定位感知通过提供道路信息等先验知识辅助车辆传感器缩小识别范围、提升识别效率、降低错误率同时弥补一定环境下其它传感器感知缺陷如雨、雪、黑暗情况下的其它传感器失效和V2X结合进一步突破传感器感知局限规划、预测高精地图可结合导航规划、实时路况、自动驾驶功能等级、适合自动驾驶路线帮助车辆进行车道级路径规划并根据先验知识及实时路况预测前方道路情况及障碍物等辅助局部路径规划安全基于地图已知道路信息如已知障碍物、道路标识等特征信息与传感器实时检测匹配互检提升冗余、降低误判同时辅助检测传感器故障、失效、被欺骗行为1.高精地图由什么组成1几何信息道路边界车道边界车道中心线路缘护栏建筑物地面高度和坡度点云特征。2语义信息车道类型通行方向限速停止线交通灯人行横道禁行区可停车区作业区地头区障碍物类型。3拓扑信息当前车道的前继车道后继车道左右相邻车道是否允许换道路口连接关系路段通行方向区域进入和退出关系。高精地图通常不是一张地图是多图层组成的。地图层典型内容作用点云/几何底图路面、建筑、树木、杆体、地形高精定位、标注参考矢量语义地图车道线、边界、停止线、作业区路由、行为规划在线局部地图动态障碍物、临时封路、实时通行代价实时避障与轨迹规划2.高精地图数据组织元素含义Point坐标点是所有几何元素的基础LineString由有序点组成的折线表示边界、停止线等Lanelet由左右边界组成的有向通行走廊Area由闭合边界组成的可通行或功能区域Regulatory Element限速、交通灯、停止、让行等规则Routing Graph根据几何连接和规则生成的拓扑路由图3.高精地图的构建数据采集使用激光雷达、相机、GNSS/RTK和IMU采集环境数据。轨迹估计与点云拼接通过SLAM或组合导航获得采集车辆轨迹生成点云几何底图。点云处理对点云进行去噪、配准、地面分割、坐标转换和高程处理。矢量要素标注在点云底图或正射影像上绘制道路边界、车道线、中心线、停止线、地块边界及作业区域。语义属性添加添加通行方向、限速、边界类型、禁行区、作业类型等信息。拓扑关系建立建立车道前驱、后继、左右邻接、换道和路口连接关系。地图校验检查几何连续性、拓扑连通性、语义完整性和坐标对齐误差。地图发布与更新将地图保存为Lanelet2、OpenDRIVE或项目自定义格式并根据环境变化更新。参考资料https://zhuanlan.zhihu.com/p/165955239