Apollo：modules/planning/planner/planner.h学习

源码分析

在 apollo/modules/planning/planner/planner.h 文件中，定义了2个类：Planner类和 PlannerWithReferenceLine类。

Planner

• Planner类是所有规划器的基类（纯虚类），重要函数有Init() 和 Plan()。

最重要的是virtual bool Plan(). 可以使得在运行时可以执行不同的planning算法。

• 参数1:planning起始点
• 参数2：当前帧
• 参数3：路径规划结果集，由一系列离散的轨迹点组成。
• 目的：根据历史行驶的一系列轨迹节点，并结合Perception模块+Prediction模块+Decision模块+Localization地图定位模块，来进行推算未来一段时间的行驶轨迹。本质是路径规划算法

Planner有三个成员变量: PlanningConfig, ScenarioManager, Scenario.

• PlanningConfig是定义在planning_config.proto中, 由planning_config.pb.txt文件配置。

PlannerWithReferenceLine

• PlannerWithReferenceLine类 也是继承自 Planner类
  

• 重要函数有PlanOnReferenceLine()。

继承它的：

class LatticePlanner : public PlannerWithReferenceLine {
    
    };
 
/**
 * @class NaviPlanner
 * @brief NaviPlanner is a planner based on real-time relative maps. It uses the
 * vehicle's FLU (Front-Left-Up) coordinate system to accomplish tasks such as
 * cruising, following, overtaking, nudging, changing lanes and stopping.
 * Note that NaviPlanner is only used in navigation mode (turn on navigation
 * mode by setting "FLAGS_use_navigation_mode" to "true") and do not use it in
 * standard mode.
 */
class NaviPlanner : public PlannerWithReferenceLine {
    
    };
 
 
/**
 * @class PublicRoadPlanner
 * @brief PublicRoadPlanner is an expectation maximization planner.
 */
 
class PublicRoadPlanner : public PlannerWithReferenceLine{
    
    };
 
 
/**
 * @class RTKReplayPlanner
 * @brief RTKReplayPlanner is a derived class of Planner.
 *        It reads a recorded trajectory from a trajectory file and
 *        outputs proper segment of the trajectory according to vehicle
 * position.
 */
class RTKReplayPlanner : public PlannerWithReferenceLine{
    
    };

两大流程

初始化流程

• launch命令启动，由cyber的Init()触发。简化流程如下：

PlanningComponent::Init() //由Cyber系统初始化调用
OnLanePlanning::OnLanePlanning() //在PlanningComponent::Init()中调用，由use_navigation_mode标志位决定
OnLanePlanning::Init() //在PlanningComponent::Init()中调用
LatticePlanner::LatticePlanner() //在OnLanePlanning::init()中间接调用，由PlannerDispatcher::RegisterPlanners()直接调用
LatticePlanner::Init() //在OnLanePlanning::init()中调用

消息响应流程（运动规划）

由Cyber中的Timer触发，简化流程如下：

PlanningComponent::Proc() //由Cyber系统定时器调用
OnLanePlanning::RunOnce() //由PlanningComponent::Proc()调用
OnLanePlanning::Plan() //由OnLanePlanning::RunOnce()调用
LatticePlanner::Plan() //由OnLanePlanning::Plan()调用
LatticePlanner::PlanOnReferenceLine() //由LatticePlanner::Plan()调用，具体的基于参考线的规划工作

实现

4种规划器

这两个类都是纯虚类，那么谁来实现它们呢？

从上面可以看出，它们是用来生成规划轨迹的。简单来说就是规划轨迹的具体实现。

我们先看下Planner目录结构，一共实现了5种Planner：

 open_space        // open space planner
.
├── BUILD
├── navi_planner_dispatcher.cc
├── navi_planner_dispatcher.h
├── navi_planner_dispatcher_test.cc
├── on_lane_planner_dispatcher.cc
├── on_lane_planner_dispatcher.h
├── on_lane_planner_dispatcher_test.cc
├── planner_dispatcher.cc
├── planner_dispatcher.h
├── planner.h
├── lattice           // lattice planner
├── navi              // navi planner
├── public_road       // public road planner
└── rtk               // rtk planner

它们的结构如下图所示：

这5个Planner的说明如下表所示：每个规划器针对不同的场景和问题。

名称	加入版本	类型	说明
RTKReplayPlanner	1.0	RTK	根据录制的轨迹来规划行车路线。实现了循迹算法 是比较原始的规划器，所以不用多做说明。
PublicRoadPlanner	1.5	PUBLIC_ROAD	开放道路的轨迹规划器，实现了EM算法的规划器，这是目前的默认Planner。
LatticePlanner	2.5	LATTICE	基于网格算法的轨迹规划器。主要用于高速公路场景
NaviPlanner	3.0	NAVI	基于实时相对地图的规划器。也叫做导航规划，主要用于高速公路 最新加入的规划器，目前看来还需要更多时间的验证，我们暂时也不会过多讲解。
OpenSpacePlanner	3.5	OPEN_SPACE	自主泊车规划器，主要应用于自主泊车和狭窄路段的掉头 算法源于论文：《Optimization-Based Collision Avoidance》。 最新加入的规划器，目前看来还需要更多时间的验证，我们暂时也不会过多讲解。

Apollo公开课里对两个较为成熟的Planner：EM Planner和Lattice Planner做了对比，我们可以一起来看一下：

EM Planner	Lattice Planner
横向纵向分开求解 横向纵向同时求解
参数较多（DP/QP, Path/Speed）	参数较少且统一
流程复杂	流程简单
单周期解空间受限	简单场景解空间较大
能适应复杂场景	适合简单场景
适合城市道路	适合高速场景

RTKReplayPlanner，PublicRoadPlanner，NaviPlanner，LatticePlanner，都实现了继承自Planner类的Plan()函数和继承自PlannerWithReferenceLine类的PlanOnReferenceLine()函数。在执行具体的规划任务时，都是在Plan()中调用PlanOnReferenceLine()，从而获得规划的轨迹结果。也就是说，最底层的规划方法，是在各规划器的PlanOnReferenceLine()中实现。

其大致流程如下：

• PlanningComponent在cyber中注册
• 选择Planning
• 根据不同的Dispatcher，分发Planner

具体类图如下所示：

补充

在apollo中，规划分为三种模式：

• OnLanePlanning（车道规划，可用于城区及高速公路各种复杂道路）
• NaviPlanning（导航规划，主要用于高速公路）
• OpenSpacePlanning （自主泊车和狭窄路段的掉头）

这三种模式负责调用上面算法

问题是代码中是怎么选择相应的planner呢？

Planner配置

每个Planner都会有一个字符串描述的唯一类型，在配置文件中（见下文）通过这个类型来选择相应的Planner。

Planner的配置文件路径是在/modules/planning/dag/planning.dag中指定的，相关内容如下：

// modules/planning/dag/planning.dag

    config {
    
    
      name: "planning"
      config_file_path:  "/apollo/modules/planning/conf/planning_config.pb.txt"

接下来我们可以看一下planning_config.pb.txt中的内容：

standard_planning_config {
    
    
  planner_type: PUBLIC_ROAD
  planner_public_road_config {
    
    
  }
}

怎么在代码中调用上面配置，具体参见目录【分配器初始化】，可以看到默认使用PUBLIC_ROAD规划器。

要想使用LatticePlanner，需要修改启动配置参数，即将modules/planning/conf/planning_config.pb.txt中的planner_type:PUBLIC_ROAD改为planner_type:LATTICE