新人学习autoware代码初步指导.docx

### 新人学习Autoware代码初步指导 #### 一、Autoware.AI简介与系统架构 Autoware.AI是一款革命性的"All-in-One"开源自动驾驶软件，它在全球范围内首次实现了自动驾驶技术的全面开源化。该软件运行于ROS1操作系统之上，并采用Apache2.0许可协议发布。Autoware.AI的核心价值在于其高度集成且灵活可扩展的设计，能够支持从感知到决策再到规划的整个自动驾驶流程。 #### 二、Autoware.AI关键技术解析 ##### 2.1 感知模块（Perception） Autoware.AI的感知模块是整个系统的基础，它负责处理来自各种传感器的数据，并从中提取出关于环境的重要信息。这一模块可以进一步细分为定位、检测和预测三个子模块。 ###### 2.1.1 定位（Localization） - **lidar_localizar**：利用激光雷达(LIDAR)的扫描数据与预先构建的地图信息相结合，计算车辆在全局坐标系中的精确位置(x, y, z, roll, pitch, yaw)。这里推荐使用正态分布变换(NDT)算法进行数据匹配。 - **gnss_localizer**：接收GNSS接收器发送的NMEA消息，并将其转换为位置信息(x, y, z, roll, pitch, yaw)。该结果可以直接作为车辆的当前位置，也可以作为lidar_localizar的初始化参考位置。 - **dead_reckoner**：通过IMU传感器预测车辆的下一帧位置，并可以用来对lidar_localizar和gnss_localizer的结果进行插值处理。 ###### 2.1.2 检测（Detection） - **lidar_detector**：从激光雷达单帧扫描中读取点云信息，提供基于激光雷达的目标检测服务。主要使用欧几里得聚类算法，从地面上方的点云中提取目标聚类。此外，还可以利用基于深度学习的方法如VoxelNet或LMNet进行目标分类。 - **image_detector**：读取来自摄像头的图像，提供基于图像的目标检测功能。常用的算法包括R-CNN、SSD和YOLO等，可以实现对多类别目标（如汽车、行人等）的实时检测。 - **image_tracker**：基于image_detector的检测结果完成目标跟踪任务。算法基于BeyondPixels，可以将图像上的目标跟踪结果投影到3D空间，与lidar_detector的结果相结合以输出最终的跟踪结果。 - **fusion_detector**：融合激光雷达和摄像头的数据，在3D空间中实现更准确的目标检测。这通常涉及到激光雷达和摄像头的联合标定，目前主要使用MV3D算法来实现。 - **fusion_tools**：将lidar_detector和image_detector的检测结果进行融合，其中image_detector的识别类别会被添加到lidar_detector的聚类结果上。 - **object_tracker**：预测检测到的目标的下一步位置，跟踪结果可用于进一步的目标行为分析和速度估计。主要使用基于卡尔曼滤波器的算法实现。 ###### 2.1.3 预测（Prediction） - **moving_predictor**：使用目标跟踪的结果来预测邻近物体的未来运动轨迹，如其他车辆或行人的移动方向。 - **collision_predictor**：基于moving_predictor的预测结果，进一步预测车辆是否可能与跟踪目标发生碰撞。输入信息包括车辆的跟踪轨迹、速度信息和目标跟踪信息等。 ##### 2.2 决策模块（Decision） Autoware.AI中的决策模块是连接感知模块和规划模块的桥梁。基于感知模块提供的环境信息，决策模块会确定一个确定性的驾驶行为，从而调用相应的规划函数。 - **decision_maker**：订阅与感知结果、地图信息、当前状态等相关的话题，以发布下一时刻的状态主题。这种状态的变化将触发适当的规划函数执行。 - **state**：状态机基于预定义规则改变状态，确保与decision_maker保持同步。 ##### 2.3 规划模块（Planning） - **route_planner**：寻找到达目标地点的全局路径，该路径由道路网络中的一系列交叉口组成。 - **lane_planner**：根据route_planner发布的交叉口序列，确定全局路径所包含的具体车道(lane)。 - **waypoint_planner**：用于生成到达目的地的一系列航点(waypoint)，与lane_planner不同的是，它只发布单一的到达目的地的航点路径，而不是一系列航点数组。 - **waypoint_maker**：这是一个用于保存和加载手动创建的航点文件的工具。用户可以通过手动驾驶车辆并启动定位模块的方式记录车辆的位置信息和速度信息，这些信息将被汇总成路径文件供后续使用。 ### 三、总结 Autoware.AI作为一款“All-in-One”的开源自动驾驶软件，为自动驾驶领域的发展提供了强大的技术支持。通过详细的介绍，我们可以了解到其在感知、决策和规划等关键环节的技术细节。这对于新手来说是非常宝贵的学习资料，可以帮助他们快速了解并参与到Autoware.AI项目中。