ASAM OpenDRIVE V1.7协议超详解（一）

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前言

本文内容引用ASAM官方OpenDrive V1.7介绍

ASAM是“Automotive Software and Systems Modeling”的缩写，是一个汽车行业标准化组织，旨在制定和维护与汽车软件和系统相关的标准。OpenDRIVE是一种用于虚拟仿真场景的开放标准，旨在描述道路网络和场景的详细信息，是仿真场景中的静态组成部分，以支持自动驾驶和驾驶辅助系统的开发和测试。

点击下载OpenDRIVE官方文档及案例

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一、仿真场景的构成

ASAM OpenDRIVE定义了静态路网格式（.xodr），ASAM OpenCRG，可以为路网添加路面描述（.crg）。 ASAM OpenDRIVE和ASAM OpenCRG仅包含静态内容。要添加动态内容，需要ASAM OpenSCENARIO(.xosc)。 结合所有三个标准文件，就可以组成标准的仿真场景。

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二、openDRIVE框架

1、ASAM OpenDRIVE框架组成主要为header、road、controller、junction、junctionGroup、station，主要由6个element组成，6个Element及其子Element可选择性关联g_additionalData（附加数据）。

2、openDRIVE中的坐标系

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三、g_additionalData

1、g_additionalData附加数据做为可选的选项，Element可以自定义是否关联g_additionalData节点；g_additionalData节点用于向OpenDRIVE道路网络描述中添加自定义信息或额外的数据，其拓扑结构如下图所示；

2、g_additionalData中的include，允许将外部文件包含在ASAM OpenDRIVE文件中， 比如对外部的文件的引用可以放在include元素中。

3、g_additionalData中的userdata可以用于在OpenDRIVE道路网络描述中添加任意自定义信息，以满足特定需求或添加额外的详细信息。通常，userdata的内容是用户根据其特定应用场景定义的。

4、g_additionalData中的dataQuality，原始数据或集成在ASAM OpenDRIVE中的外部来源的数据可能具有不同的质量。 可以在ASAM OpenDRIVE中描述外部数据的质量和准确性。dataQuality的error可以描述外部数据（如GPS数据）的绝对误差和相对误差范围（以 [m] 为单位）。dataQuality的rawData描述一些基本元数据包含有关ASAM OpenDRIVE中包含的原始数据的信息，内容比较多，详细格式请看我上传的资源文档。

XML片段

<OpenDRIVE>
  <road>
    <lanes>
      <laneSection>
        <left>
          <lane>
            <g_additionalData>
              
              <key>myKeykey>
              <value>myValuevalue>
            g_additionalData>
          lane>
        left>
      laneSection>
    lanes>
  road>
OpenDRIVE>

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四、openDRIVE-header

1、OpenDRIVE中的header一般定义：版本信息、描述信息、创建者信息、日期时间戳、坐标信息等等，其拓扑结构如下图所示；

XML片段

<OpenDRIVE>
  <header>
    <revMajor>1revMajor>
    <revMinor>4revMinor>
    <name>Example Roadname>
    <version>1.0version>
    <date>2023-11-12date>
    <north>0.0north>
    <south>0.0south>
    <east>0.0east>
    <west>0.0west>
    
  header>
  
OpenDRIVE>

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五、openDRIVE-road

1、Road总拓扑结构

2、Road-link介绍

road节点中的link主要是用于描述两个不同的道路部分之间的过渡和连接关系；

1）link的拓扑结构

XML片段

<OpenDRIVE>
  
  
  <road name="Road 1" id="1" length="100.0">
    
    
    <link>
      <predecessor elementType="road" elementId="2" elementDir="-1" elementS="0.0" contactPoint="end"/>
      <successor elementType="road" elementId="3" elementDir="1" elementS="0.0" contactPoint="start"/>
    link>
    
    
    
  road>
  
  
  
OpenDRIVE>

2）link链接示例

显示了禁止、允许和推荐的道路连接场景。 重要的是，要连接的道路的车道和参考线与其前继或后继道路有直接的联系。 应避免重叠或跳跃，但如果参考线连接正确，则不禁止重叠或跳跃。

3）link前继后继

link的元素predecessor（前继）和successor（后继）表示的时道路之间的相对关闭，如road1之前没有道路，因此没有前继；road1之后有road2说明road1有后继road2；

4）道路link规则

下述这种链接方式也是被允许的

3、road-type介绍

1）type的拓扑结构

<OpenDRIVE>
  
  
  <road name="Road 1" id="1" length="100.0">
    <planView>
      
    planView>
    
    <lanes>
      
    lanes>
    
    <objects>
      
    objects>
    
    <roadType s="0.0">
      <type type="urban">
        <name>Urban Roadname>
        <priority>2priority>
        <speed max="50.0" unit="km/h"/>
        <country>Chinacountry>
      type>
    roadType>
    
    
    
  road>
  
  
  
OpenDRIVE>

4、road-elevation介绍

1) elevation类型

A、Road Elevation（标高）指的是沿道路参考线的海拔，即s方向的海拔；
B、Su[er Elevation（超高）指的是道路侧向剖面，垂直于道路参考线，且与地面存在夹角（类似于车辆的roll侧倾角），即t方向的海拔。
C、Road Shape（形状）一些横向道路形状过于复杂，无法仅用超高来描述。 形状以更详细的方式描述参考线上给定点处道路横截面的海拔。 这意味着，在一个 s 坐标处可能存在多个具有不同 t 值的形状定义，从而描述道路的弯曲形状。

2）Elevation拓扑图

XML片段

<road name="Road 1" id="1" length="100.0">
  <road-elevationprofile>
    <elevation s="0.0" a="0.0" b="0.0" c="0.0" d="0.0"/>
    <elevation s="50.0" a="0.0" b="0.0" c="0.0" d="0.0"/>
  road-elevationprofile>
  
  <road-lateralprofile>
    <superelevation s="0.0" a="0.0" b="0.0" c="0.0" d="0.0"/>
    <crossfall s="0.0" a="0.0" b="0.0" c="0.0" d="0.0"/>
  road-lateralprofile>
  
  <road-shape>
    <shape s="0.0" x="0.0" y="0.0"/>
    <shape s="50.0" x="10.0" y="5.0"/>
  road-shape>
road>

3）标高/超高计算

道路标高、超高使用以下三阶多项式函数计算：elev(ds) = a + b*ds + c*ds² + d*ds³

参数名	描述
elev	指定位置的标高/超高
a, b, c, d	多项式系数
ds	是新标高/超高元素的起点与给定位置之间沿参考线的距离

道路标高/超高的绝对位置计算：s = sstart + ds

参数名	描述
s	是参考线坐标系中的绝对位置
sstart	是元素在参考线坐标系中的起始位置

4）横向轮廓计算

在下图中显示了如何计算两个横向剖面之间的高度信息。sR1的侧剖面有5个多项式定义，而sR2的侧剖面有3个多项式定义。要计算两个侧面轮廓之间的点，下图所示的公式在这两个轮廓之间进行线性插值。

横向轮廓的形状使用以下多项式函数计算：hShape (ds)= a + b*dt + c*dt² + d*dt³

参数名	描述
hShape	是给定位置上参考平面上方的高度
a, b, c, d	是系数
dt	是形状元素的起点与给定位置之间垂直于参考线的距离

形状值的绝对位置计算如下：t = tstart + dt

参数名	描述
t	是参考线坐标系中的绝对位置
a, b, c, d	是元素在参考线坐标系中的起始位置
tstart	是元素在参考线坐标系中的起始位置

5、road-surface介绍

1）surface的拓扑结构

XML片段

<road name="Road 1" id="1" length="100.0">
  <road-surface>
    <friction s="0.0" coefficient="0.8"/>
    <color s="0.0" r="255" g="255" b="255"/>
  road-surface>
road>

因为suface涉及CRG相关内容，后续再另开分支讲述清楚吧。

6、road-lane介绍

1）lane的拓扑结构

XML片段

<road name="Road 1" id="1" length="100.0">
  <road-lane>
    <laneSection s="0.0">
      <lane id="1" type="driving">
        <width sOffset="0.0" a="3.5"/>
        <road-mark sOffset="0.0" type="solid" color="standard"/>
        <speed sOffset="0.0" max="60.0" unit="km/h"/>
        <access restriction="no"/>
        <height sOffset="0.0" inner="3.8" outer="4.0"/>
        <rule priority="1" yield="true"/>
        <material surface="asphalt" friction="0.8"/>
        <visibility sOffset="0.0" forward="100.0" back="50.0"/>
        <border left="true" right="true"/>
        <predecessor id="2" contactPoint="end"/>
        <successor id="4" contactPoint="start"/>
        <link elementId="laneLink1"/>
        <userData>
          <property name="laneType" value="driving"/>
        userData>
      lane>
      <lane id="2" type="driving">
        
      lane>
    laneSection>
  road-lane>
road>

2）车道分组

A、车道部分内的车道分为左侧、中间和右侧车道。左侧车道ID为正数，右侧车道ID为负数，中间车道线（道路参考线）为0。

3）车道部分

A、车道可以分为多个车道部分。 每个车道段包含固定数量的车道。 每当车道数量发生变化时，都需要一个新的车道段，另外车道段沿着车道参考线升序排列，即（st坐标中的s方向）

B、为了简化复杂道路的车道部分的使用，可以仅使用Lane section中的 @singleSide属性为道路的一侧定义车道部分。

C、Lane section属性，singleSide字段表示车道是否只存在于道路的一侧。它是一个布尔值，用于指示车道是否仅存在于道路的一个侧面。如果singleSide为true，则表示车道只存在于道路的一侧，通常用于描述单行道或特定交通情况下的车道布局。如果singleSide为false，则表示车道存在于道路的两侧，通常用于描述双行道或多车道道路的车道布局。

参数名	描述
s	起始位置的 S 坐标
singleSide	车道截面元素仅对一侧（左侧、中心或右侧）有效，具体取决于子元素。

4）车道偏移

A、车道偏移可用于将中心车道移离道路参考线。 这样可以更轻松地对道路上车道的局部横向移动进行建模，例如左转车道。车道偏移（road offset）和形状定义(road shape)的组合可能会导致不一致，具体取决于用于车道偏移的插值。 由于线性插值用于沿参考线的道路形状，因此线性插值也应用于偏移定义；下图描述中心车道远离道路参考线的偏移量。

B、给定点的偏移量使用以下三阶多项式函数计算：offset (ds) = a + b*ds + c*ds² + d*ds³

参数名	描述
offset	是给定位置的横向偏移量
a, b, c, d	多项式系数
ds	是新车道偏移元素的起点与给定位置之间沿道路参考线的距离

偏移值的绝对位置：s = sstart + ds

参数名	描述
s	是参考线坐标系中的绝对位置
sstart	是元素在参考线坐标系中的起始位置

C、每次多项式函数更改时，都需要一个新的通道偏移元素，下面是XML示例。

<lanes>
     <laneOffset s="25.0" a="0.0" b="0.0" c="3.9e-03" d="-5.2e-05"/>
     <laneOffset s="75.0" a="3.25" b="0.0" c="0.0" d="0.0"/>
     …
lanes>

5）车道链接

A、车道链接有两个元素，predecessor（前继）和successor（后继）， 车道可以与同一条或另一条道路上的车道相连；

它们之间的前后继链接关系如下图所示：

6）车道属性

A、车道属性-拓扑结构

车道属性描述车道的用途和形状。 车道属性是按车道路段定义的，但可能会在该路段内更改。 如果未为车道部分专门定义属性，则应用程序可以应用默认属性；车道属性拓扑结构如下图所示。

B、车道属性-车道宽度

a、给定点的宽度使用以下三阶多项式函数计算：Width (ds) = a + b*ds + c*ds² + d*ds³

参数名	描述
width	是给定位置的宽度
a, b, c, d	多项式系数
ds	是新车道宽度元素的起点与给定位置之间沿道路参考线的距离

ds每个元素从零开始。 宽度值的绝对位置计算如下：：s = ssection + offsetstart + ds

参数名	描述
s	是参考线坐标系中的绝对位置
sSection	是前一个车道段元素在航迹坐标系中的起始位置
offsetStart	是元素相对于前一个车道部分的偏移量

b、从不同偏移位置开始的正 s 方向上车道宽度的变化

C、车道属性-车道高度

a、车道高度应沿 h 坐标定义。 车道高度可用于抬高独立于道路标高的车道。 车道高度用于实现小比例尺的标高，例如抬高人行道，如图下图所示。 车道高度指定为 z 方向上与道路的偏移量（包括标高、超高、形状）。

b、XML片段

<lane id="-2" type="sidewalk" level="false">
    <link>
        <successor id="-3"/>
    link>
    <width sOffset="0.0" a="2.0" b="0.0" c="0.0" d="0.0"/>
    <height sOffset="0.0" inner="0.12" outer="0.12"/>
lane>

7）车道类型

A、车道类型分类

类型	描述
shoulder	描述道路边缘的软边框。
border	描述道路边缘的硬边框。与可行驶车道具有相同的高度。
driving	描述一条“正常”的可行驶道路，不属于其他类型之一。
stop	用于紧急停车的高速公路硬路肩。
none	描述道路最外侧的空间，没有实际内容，其唯一目的是在驾驶员离开道路时注册ASAM OpenDRIVE的存在。
restricted	描述不应该有车辆行驶的车道。该车道与可行驶车道具有相同的高度。通常使用线条分隔车道，经常包含虚线。
parking	描述带有停车位的车道。
median	描述位于相反行驶方向的行驶车道之间的车道。通常用于在大型道路上分隔交通。
biking	描述为自行车保留的车道。
sidewalk	描述供行人行走的车道。
curb	描述路缘石。路缘石的高度与相邻的可行驶车道不同。
exit	描述用于与主干道平行的部分的车道。主要用于减速车道。
entry	描述用于与主干道平行的部分的车道。主要用于加速车道。
onramp	从乡村或城市道路通向高速公路的匝道。
offRamp	从高速公路通向乡村或城市道路的匝道。
connectingRamp	连接两条高速公路的匝道，例如高速公路交汇处。

—高速公路的车道类型

—乡村道路的车道类型

—城市道路的车道类型

—高速公路出口和入口的车道类型

8）车道限速

可以定义车道上允许的最大速度。车道限速优先于道路限速。

8）车道标记

A、拓扑结构图

XML片段

<road>
  
  
  <lanes>
    
    
    <laneSection>
      
      
      <left>
        
        
        <lane>
          
          
          <roadMark>
            
            <sOffset>0.0sOffset>
            <width>0.1width>
            <type>solidtype>
            <color>whitecolor>
            
          roadMark>
        lane>
        
        
      left>
      
      <center>
        
        
        
        
      center>
      
      <right>
        
        
        
        
      right>
    laneSection>
    
    
    
  lanes>
  
  
  
road>

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以上，就是从ASAM中整理下来的一些关于openDrive的一些内容，因为内容比较多。可能会分几篇来写，也有一些内容描述的不是很详细，请大家见谅哈，后续有空再补充。