線性模塊化車流量障礙物規(guī)劃器軌跡

規(guī)劃是無人車為了某一目標(biāo)而作出一些有目的性的決策過程，對(duì)于無人駕駛車輛而言，這個(gè)目標(biāo)通常是指從出發(fā)地到達(dá)目的地，同時(shí)避免障礙物，并且不斷優(yōu)化駕駛軌跡和行為以保證乘客的安全舒適。規(guī)劃層通常又被細(xì)分為任務(wù)規(guī)劃（Mission Planning）、行為規(guī)劃（Behavioral Planning）和動(dòng)作規(guī)劃（Motion Planning）三層。

Apollo系統(tǒng)中的Planning模塊實(shí)際上是整合了決策和規(guī)劃兩個(gè)功能，該模塊是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中最核心的模塊之一。

在包括Apollo 3.0在內(nèi)的前序版本中，都使用相同的配置和參數(shù)對(duì)不同的駕駛場(chǎng)景進(jìn)行規(guī)劃。這種方法雖然是線性的且易于實(shí)現(xiàn), 但并不靈活或者沒有面向特定的場(chǎng)景優(yōu)化。隨著Apollo系統(tǒng)的成熟，在不同的路況和駕駛用例中使用，開發(fā)更加模塊化、場(chǎng)景指定和全局的方法更有必要。在該方法中，每個(gè)駕駛用例都被視為不同駕駛場(chǎng)景。這種設(shè)計(jì)方法是很有用的，因?yàn)樵诋?dāng)前這種方式下，修復(fù)一個(gè)特定場(chǎng)景下的問題不會(huì)像以前版本中出現(xiàn)的影響那樣，來影響其他場(chǎng)景的情況。在以前版本中，所有的駕駛用例都被認(rèn)為是一個(gè)駕駛場(chǎng)景，導(dǎo)致一個(gè)問題的修復(fù)會(huì)影響其他的駕駛用例。

在Apollo 3.5中，我們將聚焦以下三種主要駕駛場(chǎng)景：

如下圖所示，車道跟隨場(chǎng)景是默認(rèn)駕駛場(chǎng)景，包括但不限于在單一車道駕駛（例如巡航）或者變道，遵循基本的交通規(guī)則或簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)彎。

▲車道跟隨場(chǎng)景—默認(rèn)駕駛場(chǎng)景

在這種場(chǎng)景中，如果在當(dāng)前車輛行駛車道上有靜止車輛或者障礙物，而且在不發(fā)生碰撞的情況下，車輛無法安全地通過當(dāng)前車道，規(guī)劃模塊將執(zhí)行以下步驟：

檢查鄰近車道是否有靠近的車輛。

如果安全，做一個(gè)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)作，從當(dāng)前車道轉(zhuǎn)到旁邊車道。

一旦安全通過障礙物，迅速回到原來車道。

▲側(cè)方行駛

對(duì)于停車標(biāo)志，有兩種不同的駕駛場(chǎng)景：

不受保護(hù)的：在這種情況下， 汽車希望通過一個(gè)具有兩路停車標(biāo)志的十字路口，如下圖所示。因此，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)必須駕駛車輛緩慢地通過十字路口，并且在繼續(xù)行駛之前測(cè)量十字路口的車流量。

▲無保護(hù)駕駛場(chǎng)景

受保護(hù)的：在這種情況下，汽車希望通過一個(gè)具有四路停車標(biāo)志的十字路口，如下所示。因此， 在繼續(xù)行駛之前，我們的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)必須衡量本車到停車標(biāo)志之間的車流量，并且理解車輛在隊(duì)列中的位置。

▲受保護(hù)駕駛場(chǎng)景

為了安全通過停車標(biāo)志區(qū)域，受保護(hù)和無保護(hù)兩種場(chǎng)景都將執(zhí)行以下步驟：

即將到達(dá)停車標(biāo)志點(diǎn)：感知當(dāng)前正在等待其他停車標(biāo)志的所有車輛或者障礙物。

完全停車：監(jiān)測(cè)并查看先前停留在其他停車標(biāo)志車道的車輛是否已經(jīng)開始移動(dòng)。保證之前到達(dá)的車輛都已經(jīng)離開是十分重要的。

緩慢向前移動(dòng)（爬行）：檢查看是否有其他車輛正在移動(dòng)或者處于非保護(hù)場(chǎng)景下的停車狀態(tài)，檢查當(dāng)前車道的旁邊車道是否有迎面駛來的車輛。

安全通過十字路口。

注意：研發(fā)團(tuán)隊(duì)正努力工作，以在規(guī)劃模塊中增加其他駕駛場(chǎng)景的規(guī)劃方案，其中一個(gè)案例就是處理交通燈。

Apollo 3.5中規(guī)劃模塊的體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)有所改變，該架構(gòu)能夠反映針對(duì)不同駕駛場(chǎng)景的模塊化設(shè)計(jì)方法。如下圖所示， 在規(guī)劃器中, 每一個(gè)獨(dú)立的駕駛場(chǎng)景都和對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景處理器一一對(duì)應(yīng)。每個(gè)駕駛場(chǎng)景都有其一組特定于該場(chǎng)景的駕駛參數(shù)，使其更安全、高效、更易于自定義和調(diào)試以及更靈活。因?yàn)槊總€(gè)階段都被劃分為多個(gè)任務(wù)，使得每個(gè)階段也是可配置的，并且可以通過編輯該場(chǎng)景的配置文件config來刪除或創(chuàng)建每個(gè)任務(wù)。

▲ Apollo 3.5 中規(guī)劃模塊的體系結(jié)構(gòu)圖

一些關(guān)鍵特性：

Apollo FSM（Apollo有限狀態(tài)機(jī)）：它是一個(gè)根據(jù)車輛的當(dāng)前位置、路由方案和高精地圖，來決定車輛狀態(tài)的有限狀態(tài)機(jī)。

規(guī)劃分發(fā)器：根據(jù)車輛的當(dāng)前狀態(tài)和一些其他相關(guān)信息調(diào)用合適的規(guī)劃器 。

規(guī)劃器：獲取所需的上下文數(shù)據(jù)和其他信息， 確定車輛的意圖，執(zhí)行該意圖所需的規(guī)劃任務(wù)，并生成規(guī)劃軌跡。它還將更新上下文以服務(wù)于未來的任務(wù)。

決策者和優(yōu)化器：一組實(shí)現(xiàn)決策任務(wù)和各種優(yōu)化的無狀態(tài)庫。優(yōu)化器專門優(yōu)化車輛的軌跡和速度。決策者是基于規(guī)則的決定制造者， 給出何時(shí)更換車道、何時(shí)停止、緩慢行駛或蠕變何時(shí)完成的建議。

黃色框：這些框主要是為未來的駕駛場(chǎng)景和開發(fā)者基于現(xiàn)實(shí)世界的駕駛用例貢獻(xiàn)自己的駕駛場(chǎng)景預(yù)留的。

注意：如果您想加入自己的駕駛場(chǎng)景，請(qǐng)參考已有的場(chǎng)景。