【Apollo学习笔记】——规划模块TASK之LANE_CHANGE_DECIDER

文章目录

  • 前言
  • LANE_CHANGE_DECIDER功能简介
  • LANE_CHANGE_DECIDER相关配置
  • LANE_CHANGE_DECIDER总体流程
  • LANE_CHANGE_DECIDER相关子函数
    • PrioritizeChangeLane
    • UpdateStatus
    • IsClearToChangeLane
    • HysteresisFilter
  • 参考

前言

在Apollo星火计划学习笔记——Apollo路径规划算法原理与实践与【Apollo学习笔记】——Planning模块讲到……Stage::Process的PlanOnReferenceLine函数会依次调用task_list中的TASK，本文将会继续以LaneFollow为例依次介绍其中的TASK部分究竟做了哪些工作。由于个人能力所限，文章可能有纰漏的地方，还请批评斧正。

在modules/planning/conf/scenario/lane_follow_config.pb.txt配置文件中，我们可以看到LaneFollow所需要执行的所有task。

stage_config: {
  stage_type: LANE_FOLLOW_DEFAULT_STAGE
  enabled: true
  task_type: LANE_CHANGE_DECIDER
  task_type: PATH_REUSE_DECIDER
  task_type: PATH_LANE_BORROW_DECIDER
  task_type: PATH_BOUNDS_DECIDER
  task_type: PIECEWISE_JERK_PATH_OPTIMIZER
  task_type: PATH_ASSESSMENT_DECIDER
  task_type: PATH_DECIDER
  task_type: RULE_BASED_STOP_DECIDER
  task_type: SPEED_BOUNDS_PRIORI_DECIDER
  task_type: SPEED_HEURISTIC_OPTIMIZER
  task_type: SPEED_DECIDER
  task_type: SPEED_BOUNDS_FINAL_DECIDER
  task_type: PIECEWISE_JERK_SPEED_OPTIMIZER
  # task_type: PIECEWISE_JERK_NONLINEAR_SPEED_OPTIMIZER
  task_type: RSS_DECIDER

本文将从第一个task——LANE_CHANGE_DECIDER开始介绍。

LANE_CHANGE_DECIDER功能简介

在这里插入图片描述
LANE_CHANGE_DECIDER主要功能是：产生是否换道的决策，更新换道状态。
其主要逻辑是：首先判断是否产生多条参考线，若只有一条参考线，则保持直行。若有多条参考线，则根据一些条件（主车的前方和后方一定距离内是否有障碍物，旁边车道在一定距离内是否有障碍物）进行判断是否换道，当所有条件都满足时，则进行换道决策。

LANE_CHANGE_DECIDER相关配置

LANE_CHANGE_DECIDER的相关配置集中在以下两个文件：modules/planning/conf/planning_config.pb.txt和modules/planning/conf/scenario/lane_follow_config.pb.txt

// modules/planning/conf/planning_config.pb.txt
default_task_config: {
  task_type: LANE_CHANGE_DECIDER
  lane_change_decider_config {
    enable_lane_change_urgency_check: false
    enable_prioritize_change_lane: false
    enable_remove_change_lane: false
    reckless_change_lane: false
    change_lane_success_freeze_time: 1.5
    change_lane_fail_freeze_time: 1.0
  }
}
// modules/planning/conf/scenario/lane_follow_config.pb.txt
  task_config: {
    task_type: LANE_CHANGE_DECIDER
    lane_change_decider_config {
      enable_lane_change_urgency_check: true
    }
  }

LANE_CHANGE_DECIDER总体流程

总体流程图如下所示：
在这里插入图片描述

接着来看一看LANE_CHANGE_DECIDER的整体代码，文件路径：modules/planning/tasks/deciders/lane_change_decider/lane_change_decider.cc
LANE_CHANGE_DECIDER实现逻辑在Process函数中:

// added a dummy parameter to enable this task in ExecuteTaskOnReferenceLine
Status LaneChangeDecider::Process(
    Frame* frame, ReferenceLineInfo* const current_reference_line_info) {
  // Sanity checks.
  CHECK_NOTNULL(frame);
  // 读取配置文件
  const auto& lane_change_decider_config = config_.lane_change_decider_config();
  // 读取ReferenceLineInfo,并检查是否为空
  std::list<ReferenceLineInfo>* reference_line_info =
      frame->mutable_reference_line_info();
  if (reference_line_info->empty()) {
    const std::string msg = "Reference lines empty.";
    AERROR << msg;
    return Status(ErrorCode::PLANNING_ERROR, msg);
  }
  // 始终允许车辆变道。车辆可能持续变道 config_path:modules/planning/proto/task_config.proto
  if (lane_change_decider_config.reckless_change_lane()) {
    PrioritizeChangeLane(true, reference_line_info);
    return Status::OK();
  }
  // 获取上一时刻变道状态信息并记录时间戳
  auto* prev_status = injector_->planning_context()
                          ->mutable_planning_status()
                          ->mutable_change_lane();
  double now = Clock::NowInSeconds();
  // 判断当前参考线是否安全可用
  prev_status->set_is_clear_to_change_lane(false);
  if (current_reference_line_info->IsChangeLanePath()) {
    prev_status->set_is_clear_to_change_lane(
        IsClearToChangeLane(current_reference_line_info));
  }
  // 是否获取到状态信息
  if (!prev_status->has_status()) {
    UpdateStatus(now, ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FINISHED,
                 GetCurrentPathId(*reference_line_info));
    prev_status->set_last_succeed_timestamp(now);
    return Status::OK();
  }
  // 参考线的数目是否大于1
  // 根据reference line的数量判断是否处于变道场景中，size() > 1则处于变道过程中，需要判断变道的状态
  bool has_change_lane = reference_line_info->size() > 1;
  ADEBUG << "has_change_lane: " << has_change_lane;
  // 只有一条reference line，没有进行变道
  if (!has_change_lane) {
    // 根据当前唯一的reference line，获得当前道路lane的ID
    const auto& path_id = reference_line_info->front().Lanes().Id();
    // 上一时刻是否变道完成
    if (prev_status->status() == ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FINISHED) {
    // 上一时刻是否在变道中。若有，这一时刻只有一条reference line，说明变道成功
    } else if (prev_status->status() == ChangeLaneStatus::IN_CHANGE_LANE) {
    // 更新当前时刻，变道完成状态，以及当前道路的ID
      UpdateStatus(now, ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FINISHED, path_id);
    // 上一时刻是否变道失败
    } else if (prev_status->status() == ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FAILED) {
    } else {
      const std::string msg =
          absl::StrCat("Unknown state: ", prev_status->ShortDebugString());
      AERROR << msg;
      return Status(ErrorCode::PLANNING_ERROR, msg);
    }
    // 返回LaneChangeDecider::Process 的状态为OK
    return Status::OK();
  } else {  // has change lane in reference lines.
    // 获取自车当前所在车道的ID
    auto current_path_id = GetCurrentPathId(*reference_line_info);
    // 如果当前所在车道为空，则返回error状态
    if (current_path_id.empty()) {
      const std::string msg = "The vehicle is not on any reference line";
      AERROR << msg;
      return Status(ErrorCode::PLANNING_ERROR, msg);
    }
    // 如果上一时刻处在变道中，根据上一时刻自车所处道路ID与当前时刻所处道路ID对比，来确认变道状态
    if (prev_status->status() == ChangeLaneStatus::IN_CHANGE_LANE) {
      // ID相同则说明变道还在进行中，
      if (prev_status->path_id() == current_path_id) {
        // 同时调用PrioritizeChangeLane(),将目标车道的reference line放在首位
        PrioritizeChangeLane(true, reference_line_info);
      } else {
        // RemoveChangeLane(reference_line_info);
        // ID不同则说明变道已经完成，
        PrioritizeChangeLane(false, reference_line_info);
        ADEBUG << "removed change lane.";
        // 更新状态
        UpdateStatus(now, ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FINISHED,
                     current_path_id);
      }
      return Status::OK();
    // 上一时刻变道失败
    } else if (prev_status->status() == ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FAILED) {
      // TODO(SHU): add an optimization_failure counter to enter
      // change_lane_failed status
      // 判断当前时刻减上一时刻的时间差是否小于换道失败冻结时间
      // not allowed to change lane this amount of time if just failed
      if (now - prev_status->timestamp() <
          lane_change_decider_config.change_lane_fail_freeze_time()) {
        // RemoveChangeLane(reference_line_info);
        PrioritizeChangeLane(false, reference_line_info);
        ADEBUG << "freezed after failed";
      } else {
        UpdateStatus(now, ChangeLaneStatus::IN_CHANGE_LANE, current_path_id);
        ADEBUG << "change lane again after failed";
      }
      return Status::OK();
    // 若上一时刻换道完成
    } else if (prev_status->status() ==
               ChangeLaneStatus::CHANGE_LANE_FINISHED) {
      // 判断当前时刻减上一时刻的时间差是否小于换道完成冻结时间
      if (now - prev_status->timestamp() <
          lane_change_decider_config.change_lane_success_freeze_time()) {
        // RemoveChangeLane(reference_line_info);
        PrioritizeChangeLane(false, reference_line_info);
        ADEBUG << "freezed after completed lane change";
      } else {
        PrioritizeChangeLane(true, reference_line_info);
        UpdateStatus(now, ChangeLaneStatus::IN_CHANGE_LANE, current_path_id);
        ADEBUG << "change lane again after success";
      }
    } else {
      const std::string msg =
          absl::StrCat("Unknown state: ", prev_status->ShortDebugString());
      AERROR << msg;
      return Status(ErrorCode::PLANNING_ERROR, msg);
    }
  }
  return Status::OK();
}

LANE_CHANGE_DECIDER相关子函数

PrioritizeChangeLane

// 提升变道的优先级,找到变道的参考线，并将其置于首位（is_prioritize_change_lane == true）
void LaneChangeDecider::PrioritizeChangeLane(
    const bool is_prioritize_change_lane,
    std::list<ReferenceLineInfo>* reference_line_info) const {
  if (reference_line_info->empty()) {
    AERROR << "Reference line info empty";
    return;
  }

  const auto& lane_change_decider_config = config_.lane_change_decider_config();

  // TODO(SHU): disable the reference line order change for now
  if (!lane_change_decider_config.enable_prioritize_change_lane()) {
    return;
  }
  // 遍历reference_line_info列表中的元素，并检查当前元素是否为变道路径（IsChangeLanePath）
  // 找到第一个需要优先排序的元素后，循环会被中断
  // 0、is_prioritize_change_lane 根据参考线数量置位True 或 False
  // 1、如果is_prioritize_change_lane为True
  // 首先获取第一条参考线的迭代器，然后遍历所有的参考线，
  // 如果当前的参考线为允许变道参考线，则将第一条参考线更换为当前迭代器所指向的参考线,
  // 注意，可变车道为按迭代器的顺序求取，一旦发现可变车道，即推出循环。
  // 
  // 2、如果is_prioritize_change_lane 为False，
  // 找到第一条不可变道的参考线，将第一条参考线更新为当前不可变道的参考线
  auto iter = reference_line_info->begin();
  while (iter != reference_line_info->end()) {
    ADEBUG << "iter->IsChangeLanePath(): " << iter->IsChangeLanePath();
    /* is_prioritize_change_lane == true: prioritize change_lane_reference_line
       is_prioritize_change_lane == false: prioritize
       non_change_lane_reference_line */
    if ((is_prioritize_change_lane && iter->IsChangeLanePath()) ||
        (!is_prioritize_change_lane && !iter->IsChangeLanePath())) {
      ADEBUG << "is_prioritize_change_lane: " << is_prioritize_change_lane;
      ADEBUG << "iter->IsChangeLanePath(): " << iter->IsChangeLanePath();
      break;
    }
    ++iter;
  }
  // 将变道的参考线置于列表首位（is_prioritize_change_lane == true）
  reference_line_info->splice(reference_line_info->begin(),
                              *reference_line_info, iter);
  ADEBUG << "reference_line_info->IsChangeLanePath(): "
         << reference_line_info->begin()->IsChangeLanePath();
}

UpdateStatus

void LaneChangeDecider::UpdateStatus(double timestamp,
                                     ChangeLaneStatus::Status status_code,
                                     const std::string& path_id) {
  auto* lane_change_status = injector_->planning_context()
                                 ->mutable_planning_status()
                                 ->mutable_change_lane();
  lane_change_status->set_timestamp(timestamp);
  lane_change_status->set_path_id(path_id);
  lane_change_status->set_status(status_code);
}

IsClearToChangeLane

// 用于检查当前参考线是否安全，或者当前参考线是否可以偏离后返回
bool LaneChangeDecider::IsClearToChangeLane(
    ReferenceLineInfo* reference_line_info) {
  // 获得当前参考线自车的s坐标的起点与终点，以及自车线速度
  double ego_start_s = reference_line_info->AdcSlBoundary().start_s();
  double ego_end_s = reference_line_info->AdcSlBoundary().end_s();
  double ego_v =
      std::abs(reference_line_info->vehicle_state().linear_velocity());
  // 遍历障碍物，跳过虚拟的和静止的
  for (const auto* obstacle :
       reference_line_info->path_decision()->obstacles().Items()) {
    if (obstacle->IsVirtual() || obstacle->IsStatic()) {
      ADEBUG << "skip one virtual or static obstacle";
      continue;
    }
    // 初始化SL
    double start_s = std::numeric_limits<double>::max();
    double end_s = -std::numeric_limits<double>::max();
    double start_l = std::numeric_limits<double>::max();
    double end_l = -std::numeric_limits<double>::max();
    // 获取动态障碍物的边界点并转化为SL坐标
    for (const auto& p : obstacle->PerceptionPolygon().points()) {
      SLPoint sl_point;
      reference_line_info->reference_line().XYToSL(p, &sl_point);
      start_s = std::fmin(start_s, sl_point.s());
      end_s = std::fmax(end_s, sl_point.s());

      start_l = std::fmin(start_l, sl_point.l());
      end_l = std::fmax(end_l, sl_point.l());
    }
    // 以障碍物在S方向上的起始点与终点之和的二分之一作为障碍物中心点si，获取si点的道路宽度
    // 若障碍物在车道线之外，则不考虑
    if (reference_line_info->IsChangeLanePath()) {
      double left_width(0), right_width(0);
      reference_line_info->mutable_reference_line()->GetLaneWidth(
          (start_s + end_s) * 0.5, &left_width, &right_width);
      if (end_l < -right_width || start_l > left_width) {
        continue;
      }
    }

    // Raw estimation on whether same direction with ADC or not based on
    // prediction trajectory
    // 根据预测轨迹粗略判断障碍物的方向是否和自车相同
    bool same_direction = true;
    if (obstacle->HasTrajectory()) {
      double obstacle_moving_direction =
          obstacle->Trajectory().trajectory_point(0).path_point().theta();
      const auto& vehicle_state = reference_line_info->vehicle_state();
      // 获取车辆航向角
      double vehicle_moving_direction = vehicle_state.heading();
      if (vehicle_state.gear() == canbus::Chassis::GEAR_REVERSE) {
        vehicle_moving_direction =
            common::math::NormalizeAngle(vehicle_moving_direction + M_PI);
      }
      double heading_difference = std::abs(common::math::NormalizeAngle(
          obstacle_moving_direction - vehicle_moving_direction));
      same_direction = heading_difference < (M_PI / 2.0);
    }

    // TODO(All) move to confs
    static constexpr double kSafeTimeOnSameDirection = 3.0;
    static constexpr double kSafeTimeOnOppositeDirection = 5.0;
    static constexpr double kForwardMinSafeDistanceOnSameDirection = 10.0;
    static constexpr double kBackwardMinSafeDistanceOnSameDirection = 10.0;
    static constexpr double kForwardMinSafeDistanceOnOppositeDirection = 50.0;
    static constexpr double kBackwardMinSafeDistanceOnOppositeDirection = 1.0;
    static constexpr double kDistanceBuffer = 0.5;

    double kForwardSafeDistance = 0.0;
    double kBackwardSafeDistance = 0.0;
    // 根据方向、自车与运动障碍物之间速度关系设置安全距离
    if (same_direction) {
      kForwardSafeDistance =
          std::fmax(kForwardMinSafeDistanceOnSameDirection,
                    (ego_v - obstacle->speed()) * kSafeTimeOnSameDirection);
      kBackwardSafeDistance =
          std::fmax(kBackwardMinSafeDistanceOnSameDirection,
                    (obstacle->speed() - ego_v) * kSafeTimeOnSameDirection);
    } else {
      kForwardSafeDistance =
          std::fmax(kForwardMinSafeDistanceOnOppositeDirection,
                    (ego_v + obstacle->speed()) * kSafeTimeOnOppositeDirection);
      kBackwardSafeDistance = kBackwardMinSafeDistanceOnOppositeDirection;
    }
    // 通过滞后滤波器判断障碍物是否满足安全距离
    if (HysteresisFilter(ego_start_s - end_s, kBackwardSafeDistance,
                         kDistanceBuffer, obstacle->IsLaneChangeBlocking()) &&
        HysteresisFilter(start_s - ego_end_s, kForwardSafeDistance,
                         kDistanceBuffer, obstacle->IsLaneChangeBlocking())) {
      reference_line_info->path_decision()
          ->Find(obstacle->Id())
          ->SetLaneChangeBlocking(true);
      ADEBUG << "Lane Change is blocked by obstacle" << obstacle->Id();
      return false;
    } else {
      reference_line_info->path_decision()
          ->Find(obstacle->Id())
          ->SetLaneChangeBlocking(false);
    }
  }
  return true;
}

HysteresisFilter

// 滞后滤波器
// 在安全距离附近的情况下，通过引入距离缓冲区来调整安全距离的大小，从而避免频繁进行车道变换。
bool LaneChangeDecider::HysteresisFilter(const double obstacle_distance,
                                         const double safe_distance,
                                         const double distance_buffer,
                                         const bool is_obstacle_blocking) {
  if (is_obstacle_blocking) {
    // obstacle_distance是否小于safe_distance + distance_buffer，如果是则返回true，否则返回false。
    return obstacle_distance < safe_distance + distance_buffer;
  } else {
    // obstacle_distance是否小于safe_distance - distance_buffer，如果是则返回true，否则返回false。
    return obstacle_distance < safe_distance - distance_buffer;
  }
}

参考

[1] Apollo规划模块详解（五）：算法实现-lane change decider
[2] Apollo Planning决策规划代码详细解析 (6):LaneChangeDecider
[3] 百度Apollo5.0规划模块代码学习（四）换道决策分析
[4] Apollo planning lane_change_decider解析

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您认识上图中的这个字吗&#xff1f; 上面一个“鸟”&#xff0c;下面一个“甲”&#xff0c;这个字读“nia&#xff08;四声&#xff09;”。它是云南丽江傈僳族中一支氏族的姓氏。这个氏族以鸟为图腾。因信息系统中无法输入显示“nia”字&#xff0c;氏族里近700人不得不妥协…
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【第七讲---视觉里程计1】

【第七讲---视觉里程计1】

视觉里程计就是通过对图像进行特征提取与匹配得到两帧之间的位姿&#xff0c;并进行估计相机运动。 经典SLAM中以相机位姿-路标来描述SLAM过程 特征提取与匹配 路标是三维空间中固定不变的点&#xff0c;可以在特定位姿下观测到在视觉SLAM中&#xff0c;可利用图像特征点作为…
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优化时间流：区间调度问题的探索与解决

优化时间流：区间调度问题的探索与解决

在浩如烟海的信息时代&#xff0c;时间的有效管理成为了一门不可或缺的艺术。无论是生活中的琐事&#xff0c;还是工作中的任务&#xff0c;时间都在无声地流逝&#xff0c;挑战着我们的智慧。正如时间在日常生活中具有的宝贵价值一样&#xff0c;在计算机科学领域&#xff0c;…
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20.图的遍历

20.图的遍历

目录 一. 深度优先遍历 二. 广度优先遍历 图的遍历算法和二叉树不同的是&#xff0c;图中可能存在回路&#xff0c;且图的任一顶点都可能与其它顶点相通&#xff0c;在访问完某个顶点之后可能会沿着某些边又回到了曾经访问过的顶点。为了避免重复访问&#xff0c;我们的解决思…
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Python 密码破解指南：15~19

Python 密码破解指南：15~19

协议&#xff1a;CC BY-NC-SA 4.0 译者&#xff1a;飞龙 本文来自【OpenDocCN 饱和式翻译计划】&#xff0c;采用译后编辑&#xff08;MTPE&#xff09;流程来尽可能提升效率。 收割 SB 的人会被 SB 们封神&#xff0c;试图唤醒 SB 的人是 SB 眼中的 SB。——SB 第三定律 十五、…
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知网G4期刊《高考》简介及投稿要求

知网G4期刊《高考》简介及投稿要求

知网G4期刊《高考》简介及投稿要求 一、《高考》期刊简介&#xff1a; 主管单位&#xff1a;长春市委宣传部 主办单位&#xff1a;长春出版社 国内刊号22-1372/G4 国际刊号1673-6265 代号12-240 编辑单位&#xff1a;《高考》杂志社 出版周期&#xff1a;旬刊 类 …
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使用Termux在安卓手机上搭建Hexo博客网站，并发布到公网访问

使用Termux在安卓手机上搭建Hexo博客网站，并发布到公网访问

文章目录 1. 安装 Hexo2. 安装cpolar内网穿透3. 公网远程访问4. 固定公网地址 Hexo 是一个用 Nodejs 编写的快速、简洁且高效的博客框架。Hexo 使用 Markdown 解析文章&#xff0c;在几秒内&#xff0c;即可利用靓丽的主题生成静态网页。 下面介绍在Termux中安装个人hexo博客并…
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湘潭大学 湘大 XTU OJ 1271 Color 题解（非常详细）

湘潭大学 湘大 XTU OJ 1271 Color 题解（非常详细）

链接 1271 题面 题目描述 Alice在玩一个游戏&#xff0c;她在一个mn的格子里&#xff0c;随机涂黑k个格子。然后她每次可以把一行或者一列的格子染成红色&#xff0c;但是这一行中不能有黑色的格子。 请问她最多能把多少个格子涂成红色&#xff1f; 输入 第一行是一个整数…
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