詳談自動駕駛汽車GPS系統(tǒng)數(shù)字孿生建模（一）

標(biāo)注：本文來自本實(shí)驗(yàn)室胡宗盛的研究成果。

定位的技術(shù)發(fā)展

第一為 GNSS 定位，該定位依托于衛(wèi)星定位技術(shù)，定位精度在 10 米以下；

第二為慣導(dǎo)定位；

第三為高精度定位，該種定位已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對傳感器的建模和對獲取到的傳感器數(shù)據(jù)的信息的處理等，定位精度已經(jīng)達(dá)到了厘米級的程度。

因此，精確的定位是自動駕駛的基礎(chǔ)，也是核心，缺少精確的定位，自動駕駛可能會出現(xiàn)失誤。

自動駕駛定位系統(tǒng)的基本要求

高精度: 要求達(dá)到厘米級；

高可用性：為了保持其穩(wěn)定性和實(shí)用性，自動駕駛測試的階段已經(jīng)從封閉階段轉(zhuǎn)換為開放階段，這其實(shí)是為了要求我們的定位系統(tǒng)能夠處理日益復(fù)雜的情況，應(yīng)對不可預(yù)知的情況發(fā)生的能力大大提升；

高可靠性：這個自動駕駛定位系統(tǒng)的輸出是判斷感知的方法，應(yīng)對措施，提供解決方案反映了應(yīng)對的能力，這個時候即便有一丁點(diǎn)的小誤差也會給我們帶來極其嚴(yán)重的后果；

自主完好性檢測：鑒于當(dāng)前系統(tǒng)建模的準(zhǔn)確性還沒有到達(dá) 100%，即便已經(jīng)比較靠近。所以當(dāng)我們提供的輸出不夠準(zhǔn)確的情況下，我們能做的就是告訴并勸戒駕駛用戶采取相應(yīng)的措施，以此防止交通事故的發(fā)生，我們對它的要求就是在預(yù)測發(fā)生事故時可以準(zhǔn)確的提醒以及降低錯誤提醒的發(fā)生概率。

自動駕駛定位的方法與流程

1.在感應(yīng)到基站的情況下，采用衛(wèi)星定位和慣導(dǎo)組合的定位技術(shù)；

2.根據(jù)需求分別自動切換三種自動駕駛的定位技術(shù)；

3.在隧道或夜間外界環(huán)境光線穩(wěn)定的情況下，采用視覺里程算法的定位技術(shù)；

4.在未感知到基站的情況下，采用激光雷達(dá)點(diǎn)云和高精度地圖匹配的定位技術(shù)。

Carla.GeoLocation：類包含地理坐標(biāo)模擬數(shù)據(jù)，該 carla.Map 可以通過使用模擬轉(zhuǎn)換位置 OpenDrive文件中的標(biāo)簽，包括（緯度，經(jīng)度，高度）。

Carla.GnssMeasurement：定義由 sensor.other.gnss 注冊的 Gnss 數(shù)據(jù)的類，實(shí)際上是通過傳感器的位置和 Open- Drive 地理參考來報(bào)告其位置，包括（高度，緯度，經(jīng)度）。

Carla.IMUMeasurement：繼承自carla.SensorData，定義由secsor.other.imu 注冊的數(shù)據(jù)的類，根據(jù)當(dāng)前carla.world進(jìn)行傳感器轉(zhuǎn)換，實(shí)際上起著加速度計(jì)，陀螺儀和指南針的作用。

Carla.Image：被用作相機(jī)傳感器檢索的初始數(shù)據(jù)，有不同的相機(jī)傳感器（當(dāng)前為 3 個，分別是RGB，深度和語義分割），并且每個傳感器對圖像的使用方式都不同，包括（圖像水平，圖像高度，圖像寬度）。

自動駕駛 GPS 建模

創(chuàng)建客戶

創(chuàng)建客戶需要標(biāo)識它的 IP 地址和兩個與服務(wù)器通信的 TCP 端口，第三個參數(shù)可以設(shè)置工作線程的數(shù)量。默認(rèn)情況下為 all(0)。

client = carla.Client(’localhost’,2000)

默認(rèn)情況下，carla 使用本地主機(jī) IP 和端口 2000 進(jìn)行連接，但是可以隨意更改，在這種情況下，第二個端口始終為 2001。

創(chuàng)建客戶端后，要設(shè)置超時時間。這限制了所有網(wǎng)絡(luò)的操作，使得這些操作永遠(yuǎn)不會阻止客戶端，如果連接失敗，將會返回錯誤。在實(shí)際操作的過程中，發(fā)現(xiàn)預(yù)定的

10.0 不足以滿足，通常情況下我需要設(shè)置的超時時間更長一些。client.set_timeout(100.0)

可能會連接到許多客戶端，因?yàn)橥ǔＧ闆r下，一次性運(yùn)行多個腳本是很常見的。在具有高級 carla 功能的多客戶端方案中進(jìn)行工作將會使得通信變得更加復(fù)雜。

需要注意的是客戶端和服務(wù)器具有不同的 libcarla 模塊。版本不同的話可能會出現(xiàn)問題，可以使用 get_client_version() 和 get_server_version() 方法進(jìn)行檢查。

與世界聯(lián)系

world=client.get_world()

客戶端可以很容易的連接和檢索當(dāng)前世界。除此之外，客戶端還可以獲取可用地圖列表以更改當(dāng)前地圖，這會摧毀當(dāng)前世界并創(chuàng)造一個新的世界。每個世界都有一個自己的 id，每次客戶要求 load_world() 或者 reload_world() 的時候，前一個世界都會被銷毀， 從頭開始創(chuàng)建新的世界，在此過程中虛幻引擎不會重新啟動。

print(client.get_available_maps())

world=client.load_world(’Town02’)

client.load_world()

地圖示例：

Actor和Blueprint

在 carla 中，參與者不僅僅只包括車輛和步行者，還包括傳感器，交通標(biāo)志，交通信號燈和行人觀眾，全面了解如何對其進(jìn)行操作至關(guān)重要。藍(lán)圖可以使得用戶將新的參與者平穩(wěn)地合并到模擬中，它們是已經(jīng)制作的具有動畫和一系列屬性的模型，其中一些是可以修改的，而其他的則不是。這些屬性包括車輛顏色，激光雷達(dá)傳感器中的通道數(shù)量，行人的速度等。

blueprint_library=world.get_blueprint_library()

每一個藍(lán)圖 (blueprint) 有一個 ID 來標(biāo)志它們，并隨其生成演員?？梢栽谒{(lán)圖庫找到某個 ID，隨機(jī)選擇這個 ID 對應(yīng)的藍(lán)圖，或者使用通配符模式過濾結(jié)果。

世界對象負(fù)責(zé)生成角色并對其進(jìn)行跟蹤，生成角色有兩種不同的方法：spawn_actor()如果生成失敗，則會引發(fā)異常；try_spawn_actor() 如果生成失敗，則返回 None。

transform=Transform(Location(x=210,y=180,z=50),Rotation(yaw=180)) actor=world.spawn_actor(blueprint,transform)

如果在選定的位置發(fā)送碰撞的話，不會生成角色，使用map.get_spawn_points()這個函數(shù)返回推薦的生成點(diǎn)列表；同理，world.get_random_location() 可以返回人行道上的隨機(jī)點(diǎn)，為行人設(shè)置目標(biāo)位置。

camera=world.spawn_actor(camera_bp,relative_transform,attach_to=my_vehicle,carla.AttachmentType.Ri

這一句將 camera 攝像機(jī)固定在創(chuàng)造的汽車上，使得二者的位置保持相對固定。產(chǎn)生角色之后，世界會將它添加到參與者列表之中。

定義角色列表并清理

actor 主要由get() 和 set() 方法組成，這里需要主要的是請求會被異步的發(fā)送到模擬器，但是 carla 每次解析它們的時間都是有限的，用 set() 方法會累積滯后。

地圖和導(dǎo)航

創(chuàng)建及改變地圖和世界的方法在上面已經(jīng)提到過了，與航路點(diǎn)相關(guān)的所有事情都發(fā)生在客戶端，不需要與服務(wù)器進(jìn)行通信，每個航路點(diǎn)都包含 carla.Transform，說明了它在地圖上的位置以及包含它的車道的方向，carla 的導(dǎo)航是通過 Waypoint API 進(jìn)行管理的，由 carla.Waypoint 和 carla.Map 的方法摘要組成。

將模擬點(diǎn)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，使用緯度和經(jīng)度值將某個位置轉(zhuǎn)換為 carla.GeoLocation， 將道路信息轉(zhuǎn)換為 OpenDrive 格式保存。

my_geolocation=map.transform_to_getlocation(vehicle.transform) info_map=map.to_opendrive()

利用carla.get_transform().location 獲取數(shù)據(jù)，下圖是運(yùn)行 50 秒的初始位置和結(jié)束位置：

識別位置坐標(biāo)

可以看出，Carla 中小車的位置最開始在 (0,0,0)，經(jīng)過 50 秒的運(yùn)行之后位置變化為(196.215607,241.279999,0.271780)。

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