二维占用栅格地图Occupancy grid maps

      机器人的地图表示方式有多种，如拓扑地图、特征地图、直接表征法、栅格地图等。其中，栅格地图应用广泛，方便用于机器人的导航规划中。下面就是一个占用栅格地图的例子：

 一般有一个地图和一个.yaml文件。 map_server是一个ROS node，可以从磁盘读取地图并使用ROS service提供地图。 目前实现的map_server可将地图中的颜色值转化成三种占用值：free (0), occupied (100), and unknown (-1). 未来可用0~100之间的不同值指示占用度。map_server使得地图的数据变成 ros 的service 可以被调用，其中以两种方式存储。一个是yaml文件，他存储了数据的元数据。一个是image file   他编码了地图的占据性情况。其中 image file 中白色像素是空的，黑色像素是被占据的。色彩或者灰色的是被接受的。 

地图的yaml格式中有：

• image：包含占用数据的图像文件的路径; 可以是绝对的，或相对于YAML文件的位置
• resolution：地图的分辨率，米/像素
• origin：地图中左下像素的2-D姿态为（x，y，yaw），偏航为逆时针旋转（yaw = 0表示无旋转）。系统的许多部分目前忽略偏航。
• occupancy_thresh：占据概率大于该阈值的像素被认为完全占用。
• free_thresh：占有概率小于该阈值的像素被认为是完全自由的。
• negate：白/黑自由/占用语义是否应该被反转（阈值的解释不受影响）

问题1：如何将orgin转换成实际地图中的位置？

1.确定地图的坐标系，为最右上角的像素为坐标（0,0）

整副地图都处于坐标系的第三像限

2.解析origin x=-2.5m y=-1.6m,将x，y的值除以分辨率resolution（米/像素）

得出x=-50个像素，y为-32个像素

从地图的最右上角像素数，往左数第50个像素，再往下数第32个像素，就是orgin所代表的机器人初始位置。

问题2：如何在导航中实时显示机器人的位置

1.确定机器人本身的坐标系，一般是base_footprint或者base_link，在2d的地图上这两者基本没有区别，可选取其中一个

2.获取从map到base_footprint的tf变换，代表机器人以orgin位置为原点的坐标系上位置。

3.orgin中的x,y（减去/加上）tf变换中的x，y，就是当前机器人的当前位置，再除以resolution，就是地图中机器人位置所在的像素。

map_server（地图服务器）  

map_server是一个ROS node，可以从磁盘读取地图并使用ROS service提供地图。 目前实现的map_server可将地图中的颜色值转化成三种占用值：free (0), occupied (100), and unknown (-1). 未来可用0~100之间的不同值指示占用度。

1.命令语法

map_server

2. 示例

rosrun map_server map_server mymap.yaml

注意：map data可以通过指定topic或者 service来提取。service的方式最后可能要被废弃。

3 .发布的主题

map_metadata (nav_msgs/MapMetaData)

• Receive the map metadata via this latched topic.

map (nav_msgs/OccupancyGrid)

• Receive the map via this latched topic.

4. 服务

static_map (nav_msgs/GetMap)

• Retrieve the map via this service.

5. 参数

~frame_id (string, default: "map") 

The frame to set in the header of the published map.

 

map_saver（地图保存器）

map_saver可以把地图保存到磁盘。 例如：from a SLAM mapping service.

1 .命令语法

rosrun map_server map_saver [-f mapname]

map_saver retrieves map data and writes it out to map.pgm and map.yaml. Use the -f option to provide a different base name for the output files.

2. 命令示例

rosrun map_server map_saver -f mymap

3. 订阅的主题

map (nav_msgs/OccupancyGrid) Map will be retrieved via this latched topic

更多的ROS中nav_msgs消息类型在这里，和这里。