Apollo 2.0/2.5 規劃子產品代碼層次結構說明

本文檔将從代碼層面講解Apollo Planning規劃子產品的工作，規劃子產品是一個相對比較複雜的子產品，他可以接受來自定位Localization、高精地圖HD Map、交通燈子產品Traffic Light，路由子產品Routing以及預測子產品Prediction的資訊，并且綜合上述資訊，給出無人駕駛汽車在目前環境下短期内的路徑規劃。注意這個規劃僅僅是短期的。

Apollo針對路徑規劃的思想是，利用Routing子產品産生一條目前位置到終點的路徑，這條路徑是很理想的，不會考慮實際的路況與環境資訊。Planning子產品就是利用Routing産生的理想軌迹，結合目前路況下信号燈(Traffic Light子產品得到)，障礙物短期内的運動軌迹(Prediction子產品得到的LaneSequence及其機率)，來修正短期内無人駕駛汽車的路徑(也就是決策)，通過Planning得到的一個修正的路徑以後行駛到新的位置，可以根據這個新的位置再次去查詢Routing子產品，得到新的路由軌迹，以此往複，直到到達終點。

這一節将從代碼入手，詳細講解Planning子產品的各個細節，小結與Prediction子產品類似，首先介紹Planning子產品中的各個元件，分析每個元件的功能和算法，最後整體分析Planning子產品的工作流程。

Planning子產品元件分為以下部分：

1.車輛狀态提供器: VehicleStateProvider

這是最簡單的元件，他負責将定位Localization與底盤Chassis資訊進行融合，得到目前車輛的狀态

2. 規劃與控制地圖: Planning and Control Map, pnc map

pnc map其實和高精地圖hd map沒有關系，後者是專門為規劃與控制子產品設計的庫函數，在hd map層次之上，負責一些地圖相關資訊的處理。例如查詢車輛可能的形式路徑(list)

3. 指引線提供器: Reference Line Provider

指引線提供器其實就是路徑的生成，對于一系列的RouteSegments進行平滑與拼接，最終得到無人車行駛的指引線，也就是行駛路徑。

額外補充

最後我們額外補充一下，Planning和Routing子產品的核心資料結構。其中包括路由查詢RoutingRequest與路由響應RoutingResponse。

/// file in apollo/modules/routing/proto/routing.proto
message LaneWaypoint {
  optional string id = 1;
  optional double s = 2;
  optional apollo.common.PointENU pose = 3;
}

message LaneSegment {
    optional string id = 1;
    optional double start_s = 2;
    optional double end_s = 3;
  }

message RoutingRequest {
  optional apollo.common.Header header = 1;
  // at least two points. The first is start point, the end is final point.
  // The routing must go through each point in waypoint.
  repeated LaneWaypoint waypoint = 2;
  repeated LaneSegment blacklisted_lane = 3;
  repeated string blacklisted_road = 4;
  optional bool broadcast = 5 [default = true];
}
           

從上述的protobuf定義内容可以看到:

1. RoutingRequest裡面的waypoint(LaneWaypoint類型)是路徑查詢的核心，例如我要查詢公交站A到學校B的一條路徑，那麼waypoint就是兩個；如果我要查詢公交站A到學校B的一條路徑，并且我還要經過早餐店C，那麼最終的waypoint就是三個。
2. LaneSegment和Prediction中的LaneSegment一樣，定義了一條車道的[start_s, end_s]路段區間，使用repeated形式可以完整的離散化定義一條車道。
3. LaneWaypoint可以定義車道上的任意一點，包括所在車道id，所在車道的累計距離s，以及世界坐标系下的坐标pose。

message Measurement {
  optional double distance = 1;
}

enum ChangeLaneType {
    FORWARD = 0;
    LEFT = 1;
    RIGHT = 2;
};

message Passage {
   repeated LaneSegment segment = 1;
   optional bool can_exit = 2;
   optional ChangeLaneType change_lane_type = 3 [default = FORWARD];
}

message RoadSegment {
  optional string id = 1;
  repeated Passage passage = 2;
}

message RoutingResponse {
  optional apollo.common.Header header = 1;
  repeated RoadSegment road = 2;
  optional Measurement measurement = 3;
  optional RoutingRequest routing_request = 4;
  // the map version which is used to build road graph
  optional bytes map_version = 5;
  optional apollo.common.StatusPb status = 6;
}
           

以上是路徑查詢的傳回/響應結果RoutingResponse，其中routing_request是對應發出的查詢，measurement是行駛距離，最核心的内容就是road(repeated RoadSegment)，這是一條從起點公交站A到重點學校B，并且經過中間早餐店C的完整路徑，由一段段離散化的RoadSegment組成。

RoadSegment類型包含了repeated Passage，這意味着，一個RoadSegment中包含了多個通道，每個通道可以了解為一條車道，一個道路段RoadSegment可以有多條并行向前行駛的車道。而Passage中每條車道可以有多個LaneSegment組成，意味着進一步劃分成小的區間段，便于精細化排程。

最終的可視化結果如下圖所示

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參考資料：

https://github.com/YannZyl/Apollo-Note/blob/master/docs/planning/planning_arch.md