1、模块概述

1.1 功能概述

Planning模块在自动驾驶系统中扮演着至关重要的角色，它在遵守交通规则的前提下，将车辆从当前位置沿着路由线路导航到终点位置。

Planning进行轨迹规划时，需要满足的基础要求有三个：

• 遵守道路交通规则，比如在人行道前停止让行，在交通灯变红时停车，变绿时通行等
• 对路上遇到的其他交通参与者，如行人，车辆，路边固定障碍物等，不能产生碰撞
• 规划输出的轨迹，包括路径曲率，速度，加速度等不能超出车辆执行能力边界

同时，Planning模块还要考虑在满足基础要求的前提下，尽量提高车辆的舒适性，避免加减速变化过于突兀，方向盘角度变化过快等不舒适的情况。

1.2 运行流程

如下图所示，Planning模块的上游是Localization, Prediction, Routing模块，而下游是Control模块。Routing模块先规划出一条导航线路，然后Planning模块根据这条线路做局部优化，如果Planning模块发现短期规划的线路行不通（比如前面修路，或者错过了路口），会触发Routing模块重新规划线路，因此这两个模块的数据流是双向的。

1.3 模块原理

Apollo 规划模块功能的实现是基于场景（scenario-based）实现的，针对不同的场景，规划模块通过一系列独立的 任务（task） 组合来完成轨迹的规划。开发者可以根据自己的使用需求，调整支持运行的场景列表，或者场景中支持的任务类型来满足自己的需求。

Apollo 规划架构示意图如上，其中部分重要模块如下：

• 状态机（Apollo FSM（Finite State Machine））：一个有限状态机，结合导航、环境等信息确定自动驾驶车辆的驾驶场景
• 规划分发器（Planning Dispatcher）：根据状态机与车辆相关信息，调用合适当前场景的规划器
• 规划器（Planner）：结合上游模块信息，通过一系列的任务组合，完成自动驾驶车辆的轨迹规划
• 决策器 & 优化器（Deciders & Optimizers）：一组实现决策和优化任务的 task 集合。优化器用于优化车辆的轨迹和速度。决策器则基于规则，确定自动驾驶车辆何时换车道、何时停车、何时蠕行（慢速行进）或蠕行何时完成等驾驶行为。

2、功能列表

Planning模块目前支持的功能列表如下：

功能名称	功能描述	功能相关代码包
lane follow	车辆沿指令中的路由线路行驶，从地图中查询路由中的车道信息，规划沿车道线行驶的轨迹	LaneFollowScenarioLaneFollowPath
nudge	如果道路前方有静止或低速障碍物占据车道，但当前车道内还有足够空间，车辆可以在当前车道内绕过障碍物行驶。	LaneFollowScenarioLaneFollowPath
lane change	车辆沿RoutingResponse中的路由线路行驶的过程中，从一个车道切换到相邻车道。	LaneFollowScenarioLaneChangePath
lane borrow	如果道路前方有障碍物长时间停留阻塞道路，车辆无法通过在当前车道内绕过，需要往相邻车道借道，绕过当前障碍物。当车辆经过障碍物之后，车辆会立即回到原车道行驶。	LaneFollowScenarioLaneBorrowPath
pull over	当车辆接近终点时，可以通过配置选择是否在终点处靠边停车。如果使能终点靠边停车，车辆在终点附近查找一个可以停车的位置，并将车辆停在这个位置上。如果这个位置前后有其他障碍物，车辆可以通过OpenSpace的泊车算法，将车辆停在这个位置。	PullOverScenarioPullOverPath
park and go	如果车辆停车位置不在道路上，再次启动的时候，车辆会先从当前位置使用OpenSpace规划算法（如有必要）先行驶到车道线上，然后再正常沿道路行驶。	ParkAndGoScenario
crosswalk	当车辆行驶到人行道前时，如果有行人通过，车辆会停车等待行人通过后再通行。	Crosswalk
bare intersection	车辆行驶到无交通灯和停止标志的交通路口，因为对向车辆没有明确通行指示，所以需要车辆根据路口交通情况决定是否通行。	BareIntersectionUnprotectedScenario
traffic light protected/unprotected	车辆经过有红绿灯的交通灯路口时，如果交通灯有左转/右转通行箭头，车辆在红灯亮起时停止，绿灯亮起时通行；如果交通灯不是箭头指示灯，车辆在通过路口时可能还有对向车辆经过，这时就需要在通过路口前减速慢行，没有冲突时再通过路口。	TrafficLightTrafficLightProtectedScenarioTrafficLightUnprotectedLeftTurnScenarioTrafficLightUnprotectedRightTurnScenario
stop sign	当车辆前方有停止标志时，先停车观察，没有其他行人或车辆冲突时再通行。	StopSignStopSignUnprotectedScenario
yield sign	当车辆在没有交通灯的路口，有让行标志时，优先让其他对向车辆通行后自车再通行。	YieldSignYieldSignScenario
keep clear area	车辆经过Keep Clear Area区域时，不能在这个区域内停车。	KeepClear
rerouting	如果车辆在道路上被阻塞超出一段时间后，planning发出重新路由的请求以便脱困。	Rerouting
valet parking	给定地图上某一个停车位的id，车辆从当前位置导航到停车位，并泊车入库。	ValetParkingScenario
emergency pull over	在车辆行驶过程中，可以接收外部命令紧急靠边停车。	EmergencyPullOverScenario

3、更新说明

planning在新版本中在降低学习和二次开发成本上进行了一些重要的优化，下面对这些优化进行详细介绍。

3.1 外部接口升级

apollo原来的接口是通过topic发送，接口调用是，命令直接分发到PNC的各个模块，数据流如下图所示：

在新版本中对这些接口进行了优化和升级：

• 统一梳理和封装，调用接口时，命令统一转发到"ExternalCommandProcessor"模块，通过封装，当PNC内部模块接口升级时，可以保持外部命令接口不变。
• 改用cyber中service-client机制调用，用户可以通过client查询当前任务的执行状态。
• 对RoutingRequest的导航命令做了精简：
  • 原来的导航命令需要查询地图，找到路由点和终点最近的车道，并得到在车道上对应的投影点；精简后的命令只需要给出坐标和朝向即可。
  • 发送导航命令不再需要发送车辆当前的位置作为起点位置，PNC会自动获取并处理起点位置。

升级后的命令数据流程如下图：

升级前后命令功能保持不变，对照关系如下表所示：

升级后的接口有以下几个优点：

• 命令调用更清晰简便，新的导航接口精简了数据，用户只需要设置必要的坐标和朝向信息即可。
• 使用service/client的调用方式，新的接口可以通过client获取命令执行的状态，查看命令是正在执行中，已经完成或有错误发生。
• 新的接口支持用户自定义扩展自己的命令。

3.2 插件化

插件是新版本中的支持用户灵活扩展新功能的一种方式，用户新扩展的插件符合父类程序接口规范，通过重写接口的实现来增加新的功能，插件以独立包的方式发布。

在planning中主要对scenario，task和traffic rules进行了插件化，用户可以根据场景需要，自定义添加自己的场景，任务或交通规则，具体插件添加的方式后续文档中有详细的介绍。

例如用户新增左转待转场景插件，增加一个包left_turn_waiting_zone，在这个包中添加左转待转场景的实现代码，以及相关的工程文件，编译调试后发布即可。

需要运行这个场景时，在planning的配置文件中，添加这个场景的pipeline：

旧版本中不使用插件的方式，用户新增一个scenario，task，traffic rules，需要修改planning component流程代码，用于创建新的类型对象，添加新增对象的流程调用，修改proto文件等。这样的问题一个是修改处较多，修改过程繁琐；另外就是当用户在planning中增加了一个新的scenario，task，traffic rules时，后续apollo升级时，用户无法直接跟着升级，需要手动merge自己修改的代码。

使用插件的方式扩展scenario，task，traffic rules，可以实现：

• 用户根据自己的场景，使用包管理的方式，选择性下载安装自己需要的scenario，task，traffic rules即可。
• 用户新增的插件独立开发，编译，发布和运行。
• 用户新增了插件后，可以直接跟随apollo一起升级。

3.3 参数配置改造

planning中的配置参数量较大，入门调试时难度较高，用户想要修改的功能对应的参数不直观，并且不易快速定位需要修改的参数位置。针对这些问题，对配置参数进行了以下调整：

• 将参数分成全局变量和局部变量，全局变量是多个算法或插件中共同使用的参数；局部变量是专属于某个算法或插件的参数。如果用户需要调整某个插件的参数，直接在插件的目录中查找。

planning的全部变量在planning/planning_base/conf目录下：

planning的局部变量在插件自身的目录下，如lane_change_path这个Task插件的参数：

添加对常用功能使用到的参数的说明文档，方便用户调试时查询。对参数目录进行重新梳理和作用范围的划分，有以下优点：

• 参数的目录跟随作用范围和功能，这样对参数的定位更清晰和直观。
• 用户新增的插件所使用的参数，可以跟随插件进行发布和管理。

4、实践案例：安装PnC工程

为了便于初学者学习，本实践项目基于Apollo alpha版发布了PnC示例工程，工程内已经编写好了PnC相关的依赖包（cyberfile.xml），安装更便捷，可满足2023星火PnC培训以及赛事使用。本版本对电脑最低要求4核 16G以上，GPU无要求。

4.1 安装基础软件

4.1.1 安装Linux - Ubuntu

安装 Ubuntu 操作系统，请参见。

Ubuntu系统安装完成请更新相关软件：

sudoapt-get update
sudoapt-get upgrade

4.1.2 安装 Docker Engine

Apollo 依赖于 Docker 19.03+。安装 Docker 引擎，您可以根据官方文档进行安装：

• 参见。
• 您还可以者通过 Apollo 提供的安装脚本直接安装：这个过程可能会运行多次脚本，根据脚本提示执行即可。

wget http://apollo-pkg-beta.bj.bcebos.com/docker_install.sh
bash docker_install.sh

4.2 安装 Apollo 环境管理工具

Apollo 环境管理工具是一个管理和启动 Apollo 环境容器的命令行工具，详细信息可参见： aem-Apollo环境管理工具。

4.2.1 基础环境准备

4.2.1 基础环境准备4.2.1 基础环境准备

# 添加访问认证
wget -O - https://apollo-pkg-beta.cdn.bcebos.com/neo/beta/key/deb.gpg.key | sudo apt-key add -
# Apollo -alpha 版源地址
sudo bash -c "echo 'deb https://apollo-pkg-beta.cdn.bcebos.com/apollo/core bionic main' >> /etc/apt/sources.list.d/apolloauto.list"
# 更新源
sudo apt update

4.2.2 安装aem工具

apollo 9.0.0-alpha1版本的aem兼容apollo 8.0aem，请使用以下指令进行更新。

sudo apt install apollo-neo-env-manager-dev --reinstall

安装成功后，可以使用以下指令进行查看aem工具功能。

aem -h

4.3 下载 PnC工程

4.3.1 下载工程代码

git clone https://github.com/ApolloAuto/application-pnc.git

4.3.2 进入工程目录

cd application-pnc

4.4 调试pnc工程

4.4.1 进入Docker环境

# 拉取并启动docker容器
aem start
# 进入容器
aem enter
# 下载安装依赖包： 会拉取安装core目录下的cyberfile.xml里面所有的依赖包
buildtool build

4.4.2 启动Dreamview

aem bootstrap start