Apollo無人駕駛課程 Intro

高精地圖

用於自動駕駛的地圖

如何採集與生成:

IMU:測量三軸的加速度,任意兩幀之間的相對運動。
輪速計:測量汽車車輪轉速
GPS:空曠,高速比較好用。不需要做非常複雜的策略。
Lidar:精度高,發射接收激光束,得到距離。
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J=Q(zh(m,x)) J = Q(z-h(m,x))
高度簡化的高精地圖計算模型: Q:優化模型,z:激光雷達掃描出的點,h:方程預測最新掃描點的位置,m:掃描到的點在圖中的位置,x:無人車的當前位置。
m與x剛開始未知,先多傳感器融合求x,在求出測量點在地圖中的準確位置。

有時使用視覺與激光雷達融合使用,補充雷達沒有的圖像豐富的色彩信息。
也有計算能力強大,實時採集。還有一些完全使用視覺。

規範:

NDS,OpenDRIVE
主要以下幾個概念:Section,line,Junction.
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通過基於reference line 偏移量來描述。

一些公司的方案:

地圖上有車,或移動物體,多次採集移除這些點雲。不動的稱爲feature,定時的更新到地圖中。
還將司機的經作爲數據存在地圖層中,使自動駕駛更像人。
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路口處提供虛擬lane
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Apollp的方案:

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使用百度提供的軟件進行測繪,數據採回來後,雲端百度進行高精地圖繪製。

自定位技術

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姿態是說繞三個軸的旋轉。

激光定位

首先提供一個地圖,然後將地圖點雲壓縮成2D,劃分成小格子,儲存例如顏色,高度,等等數據,然後車載實時監測與各個小格子數據進行匹配,獲得車輛所在的位置。以下通過:重合度,到你線段的距離度量。下圖中間是車載端在線跑幫助車子定位。
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定位基礎知識

二維旋轉矩陣:三維同理
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ECI地心慣性座標系:x和y指向兩個恆星,不隨地球的自轉運動。IMU的輸出是基於這個參考系下的量測輸出。
ECEF地心地固座標系:x和y軸是隨着地心轉動的。地球上任意一點有唯一座標。
UTM座標系(水平地圖):座標(x,y)加投影帶代號表示地球表面唯一的點,座標與經緯度或者ECEF座標系有確定的轉換關係。高緯度誤差會大,使用不同的座標系,利用這個座標系做輸出。
當地水平座標系:通常定義爲ENU,位於載體上面,東向北向天向。稱爲導航座標系。可以繞ECEF旋轉得到。
車體座標系:RFU(右前上)與FLU(前左上),隨載體轉動,所以是局部座標系。可以對於ENU有旋轉差異。
IMU座標系:基本上和載體座標系相同。IMU:慣性測量單元
激光雷達座標系:固定於雷達上,通過外參與IMU有關係。
相機座標系:通過外參與IMU有關係,因爲其與IMU有旋轉關係。

無人車定位所涉及的座標系:IMU,ENU,車體座標系他們之間都是旋轉關係。

Apollp用到的技術

GNSS定位:GPS定位,定位,測試,授時
載波定位技術:在5秒內提供cm級精度。問題是需要建立基站
PPP:不同地方消除誤差方式不一樣。RTK用的是比較廣的。
激光點雲定位:輸出xyz,和yaw角度,大地圖分成很多小格子,利用檢測的點雲與匹配各自中的點匹配,獲得位置。LK算法優化其航向角,如果沒有航向角位置誤差差1M以上,很危險。反射值加高度值自適應匹配可以達到誤差cm級
視覺定位技術:用車道線,紅綠燈等
視覺定位技術算法流程:
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捷聯慣性導航系統:誤差隨時間累計。
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綜合上述:最後的自定位融合上述一些技術最終得到組合導航系統
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自定位技術開源代碼及論文:

Robust and Precise Vehicle Localization based on Multi-sensor Fusion in Diverse City Scenes ICRA,2018 私聊作者可以獲得上述PDF
Apollp Project開源代碼庫

Apollo ROS介紹

兩節點通訊鏈路過程:分別叫Publisher,Subscriber

中心化網絡拓撲

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Publisher:發送節點 Subscriber:接收節點
流程:
1:發送節點向Master註冊這個節點,註冊我起了一個節點
2:接收節點去Master註冊我起了一個接收節點。
3:Master向接收節點發送一個已有發送節點的信息拓撲
4:接收節點拿到這個拓撲信息後,向發送節點請求建立TCP連接
5:發送與接收建立P2P連接後,持續不斷的向接收節點發送信息。

優缺點:

優點:節點容錯性強,不同語言模塊隔離,開發模塊低耦合
缺點:過度依賴Master單點,缺乏異常恢復機制
特別是Master作爲拓撲網絡的中心,一旦異常將影響整個網絡。
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車上一般設有冗餘備用系統,但是當主系統宕機的情況下,整個系統都無法正常使用,起不到設計冗餘備用系統的作用。

去中心化網絡拓撲

爲了改進以上缺點,採用去中心化網絡拓撲。
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去中心化:加入時告訴所有節點我要加入,退出時告訴所有節點要退出。
1:告訴所有節點我要啓動起來
2:所有節點在接受到新加入的節點信息之後,和新加入的節點構成兩兩鏈接
3: 然後所有節點向新加入的節點發送它們已有的拓撲信息
流程圖流程圖

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