基于CARLA的自动驾驶软件在环实践

“ 经常有朋友问如何学习仿真测试，于是想着把自己的一些经验和理解分享出来，希望能有所帮助。不过视野和技术有限，所说不一定对，供大家批评和参考。一直在寻找一个免费的场景编辑器，原来CARLA自带了一个，赶紧研究了一下，与大伙分享。这是第26篇，CARLA的场景编辑器。”交通生成编辑器（TGE，traffic-generation-editor）是CARLA提供的OpenSCENARIO编辑器，采用QGIS作为基础平台，并在其上添加解析OpenDRIVE地图和编辑OpenSCENARIO场景文件的插件而成。TGE的github地址：https://github.com/carla-simulator/traffic-generation-editor下面对TGE的安装和使用方法进行介绍，并给出使用的实例。01安装（1）安装QGISQGIS是一个开源的地理信息系统桌面软件，可用于地理信息的浏览、设计和数据分析等方面，QGIS的详细使用方法，大伙可以查阅其官方网站[ QGIS官方网站：https://www.qgis.org]。TGE以QGIS为基础平台，并通过插件实现了OpenDRIVE地图加载和OpenSCENARIO编辑功能，因此首先要安装QGIS，Ubuntu20.04系统上的安装步骤如下：打开一个终端，并输入如下命令，安装必要的依赖$ sudo apt install gnupg software-properties-common安装QGIS签名密匙，以便信任并安装QGIS资源库中的软件$ sudo mkdir -m755 -p /etc/apt/keyrings$ sudo wget -O /etc/apt/keyrings/qgis-archive-keyring.gpg https://download.qgis.org/downloads/qgis-archive-keyring.gpg创建/etc/apt/sources.list.d/qgis.sources文件，并在其中填入如下内容 Types: deb deb-srcURIs: https://qgis.org/debianSuites: focalArchitectures: amd64Components: mainSigned-By: /etc/apt/keyrings/qgis-archive-keyring.gpg ‍注意将“Suites”的值更改为你实际使用的系统名称，对于Ubuntu20.04，其值为“focal”。该值可以通过在终端中输入“lsb_release -cs”命令获取。更新资源库并安装QGIS $ sudo apt update$ sudo apt install qgis qgis-plugin-grass （2）安装CARLA ad_map_access和OpenSCENARIO Editor Toolkit插件接下来在QGIS上安装场景编辑需要的插件，包括CARLA ad_map_access和OpenSCENARIO Editor Toolkit。ad_map_access实现了对地图的解析，OpenSCENARIO Editor Toolkit实现了场景的编辑。下载traffic-generation-editor，并安装依赖$ git clone https://github.com/carla-simulator/traffic-generation-editor.git$ cd traffic-generation-editor$ pip3 install --user -r /path/to/requirements.txt安装CARLA ad_map_access插件首先，到https://github.com/carla-simulator/map/releases下载最新的ad_map_access_qgis.zip。然后，打开QGIS，并依次点击Plugins → Manage and Install Plugins→ Install from ZIP，点击“ZIP file”右侧的“...”按钮，选择刚才下载好的ad_map_access_qgis.zip文件，并点击“Install Plugin”，如下图：安装成功后，可以在“Installed”标签中看到已经安装的CARLA ad_map_access，请确认其前面的复选框被勾选。此时可以在QGIS的界面上见到CARLA ad_map_access插件的工具栏，如下图：安装OpenSCENARIO Editor Toolkit插件首先，在https://github.com/carla-simulator/traffic-generation-editor页面点击“Code”并选择“Download ZIP”下载traffic-generation-editor-main.zip文件。然后，在QGIS的Plugins→Manage and Install Plugins →Install from ZIP页面选择traffic-generation-editor-main.zip文件，并在“Installed”标签，确认其被勾选。此时可以在QGIS的界面上见到OpenSCENARIO Editor Toolkit插件的工具栏，如下图：02使用实例下面通过一个实例，说明如何使用TGE搭建并导出场景。需要搭建的场景为：自车初始速度为10m/s，前车初始车速为10m/s，仿真运行20s后，前车按照1m/s2的加速度加速至15m/s，同时向左换道。（1）加载地图打开QGIS，上一节中安装的CARLA ad_map_access和OpenSCENARIO Editor Toolkit插件会自动加载。点击CARLA ad_map_access工具栏的Load图标 ，并选择需要加载的Opendrive地图文件（此处选择CARLA自带的Town06.xodr文件），稍等片刻后加载成功，地图在QGIS中部的窗口显示，如下图所示。此时可以通过左侧Layer窗口的复选框设置需要显示的道路元素，通过鼠标滚轮对画面进行放大缩小，按住鼠标左键对画面进行拖动。为后续的正确使用，需要对坐标系进行设置。单击状态栏上的 CRS 图标以显示 “Project Properties”窗口，并从左侧的选项卡菜单中选择“CRS” 。在“Filter”文本框中输入“WGS 84”，在“Predefined Coordinate Reference Systems”窗口中会相关的坐标系列表，从“Geographic Coordinate Systems”中选择“WGS84（EPSD：4326）”，然后单击“OK”按钮。（2）添加自车和前车单击OpenSCENARIO Editor Toolkit工具栏的Add vehicles按钮 ，并在弹出的Add vehicles窗口中设置自车的属性，如下图。此处选择车型为“Tesla Model 3”，勾选“Ego Vehicle”，设置InitSpeed为10（单位为m/s），选择Agent为“simple_vehicle_control”，不勾选AttachCamera，然后点击“Insert”按钮，此时鼠标光标变为十字形状，在地图的合适位置点击，即可在该位置添加车辆。按照同样的方法添加前车，并将其放置在自车前方，此处选择车型为“Audi A2”，不勾选“Ego Vehicle”，设置InitSpeed为10，选择Agent为“simple_vehicle_control”，不勾选AttachCamera。添加好的自车Ego_1和前车Vehicle_1如下图所示。（3）设置前车行为单击OpenSCENARIO Editor Toolkit工具栏的Add Maneuvers按钮，在弹出的Add Maneuver窗口中设置前车的纵向行为，如下图所示，然后点击下方的“Insert”按钮添加纵向行为。保持StartTriggers标签的内容不变，将Entity Maneuvers标签中的Maneuver Type更改为Lateral，并设置前车的横向行为，如下图所示，然后点击下方的“Insert”按钮添加横向行为。横向和纵向行为需要设置的内容和其含义如下表所示。 （4）添加一个“无法实现”的行为由于目前ScenarioRunner运行OpenSCENARIO文件的逻辑是所有交通参与者的行为都实现后会停止仿真，这会造成无法在后续场景中进行测试，因此可添加一个“无法实现”的行为，来迫使仿真持续运行。在本实例中选择为自车添加一个变速行为：当仿真时间大于1000s后，自车减速至静止，如下图所示。（5）导出OpenSCENARIO文件单击OpenSCENARIO Editor Toolkit工具栏的Export OpenSCENARIO file按钮，并在弹出的Export XOSC窗口中选择Road Network为“Town06”，点击Save to文本框右侧的“...”按钮后选择文件夹并设置文件名（此处设置为“tge_example”）后点击“OK”，即可导出OpenSCENARIO文件。需要注意的是，当前TGE版本（commit 98ce87b）有个问题，当为某个交通参与者配置多个行为时，每个行为都要单独添加，其生成的OpenSCENARIO文件中会将同一个交通参与者的不同行为错误放置到多个“Maneuver”中，而正确的方式应该是放置到同一“Maneuver”的不同“Event”中。下面为上述导出的OpenSCENARIO文件中描述Vehicle_1的横向和纵向行为的内容，可以看到横向行为（第4~31行）和纵向行为（第3~61行）在两个“Maneuver”中，并且各含有一个“Actors”内容（第4~6行和第33~35行），这样的描述是错误的。1.<!-- *** Vehicle_1的所有Maneuver *** --> 2.<ManeuverGroup maximumExecutionCount="1" name="Maneuver group for Vehicle_1"> 3. <!-- *** 横向行为 *** --> 4. <Actors selectTriggeringEntities="false"> 5. <EntityRef entityRef="Vehicle_1"/> 6. </Actors> 7. <Maneuver name="Maneuver ID 1"> 8. <Event name="Event Maneuver ID 1" priority="overwrite"> 9. <Action name="Action for Manuever ID 1"> 10. <PrivateAction> 11. <LateralAction> 12. <LaneChangeAction> 13. <LaneChangeActionDynamics dynamicsShape="linear" value="30" dynamicsDimension="distance"/> 14. <LaneChangeTarget> 15. <RelativeTargetLane entityRef="Vehicle_1" value="1"/> 16. </LaneChangeTarget> 17. </LaneChangeAction> 18. </LateralAction> 19. </PrivateAction> 20. </Action> 21. <StartTrigger> 22. <ConditionGroup> 23. <Condition name="Condition for Maneuver ID 1" delay="0" conditionEdge="rising"> 24. <ByValueCondition> 25. <SimulationTimeCondition value="20.0" rule="greaterThan"/> 26. </ByValueCondition> 27. </Condition> 28. </ConditionGroup> 29. </StartTrigger> 30. </Event> 31. </Maneuver> 32. <!-- *** 纵向行为 *** --> 33. <Actors selectTriggeringEntities="false"> 34. <EntityRef entityRef="Vehicle_1"/> 35. </Actors> 36. <Maneuver name="Maneuver ID 3"> 37. <Event name="Event Maneuver ID 3" priority="overwrite"> 38. <Action name="Action for Manuever ID 3"> 39. <PrivateAction> 40. <LongitudinalAction> 41. <SpeedAction> 42. <SpeedActionDynamics dynamicsShape="linear" value="1" dynamicsDimension="rate"/> 43. <SpeedActionTarget> 44. <AbsoluteTargetSpeed value="15"/> 45. </SpeedActionTarget> 46. </SpeedAction> 47. </LongitudinalAction> 48. </PrivateAction> 49. </Action> 50. <StartTrigger> 51. <ConditionGroup> 52. <Condition name="Condition for Maneuver ID 3" delay="0" conditionEdge="rising"> 53. <ByValueCondition> 54. <SimulationTimeCondition value="20.0" rule="greaterThan"/> 55. </ByValueCondition> 56. </Condition> 57. </ConditionGroup> 58. </StartTrigger> 59. </Event> 60. </Maneuver> 61.</ManeuverGroup> 下面为将上述错误手动修复后的正确内容，横向行为和纵向行为由同一个“Maneuver”中的两个“Event”来描述，大伙可对比一下。1.<!-- *** Vehicle_1的所有Maneuver *** --> 2.<ManeuverGroup maximumExecutionCount="1" name="Maneuver group for Vehicle_1"> 3. <Actors selectTriggeringEntities="false"> 4. <EntityRef entityRef="Vehicle_1"/> 5. </Actors> 6. <Maneuver name="Maneuver ID 1"> 7. <!-- *** 横向行为 *** --> 8. <Event name="Event Maneuver ID 1" priority="overwrite"> 9. <Action name="Action for Manuever ID 1"> 10. <PrivateAction> 11. <LateralAction> 12. <LaneChangeAction> 13. <LaneChangeActionDynamics dynamicsShape="linear" value="30" dynamicsDimension="distance"/> 14. <LaneChangeTarget> 15. <RelativeTargetLane entityRef="Vehicle_1" value="1"/> 16. </LaneChangeTarget> 17. </LaneChangeAction> 18. </LateralAction> 19. </PrivateAction> 20. </Action> 21. <StartTrigger> 22. <ConditionGroup> 23. <Condition name="Condition for Maneuver ID 1" delay="0" conditionEdge="rising"> 24. <ByValueCondition> 25. <SimulationTimeCondition value="20.0" rule="greaterThan"/> 26. </ByValueCondition> 27. </Condition> 28. </ConditionGroup> 29. </StartTrigger> 30. </Event> 31. <!-- *** 纵向行为 *** --> 32. <Event name="Event Maneuver ID 3" priority="overwrite"> 33. <Action name="Action for Manuever ID 3"> 34. <PrivateAction> 35. <LongitudinalAction> 36. <SpeedAction> 37. <SpeedActionDynamics dynamicsShape="linear" value="1" dynamicsDimension="rate"/> 38. <SpeedActionTarget> 39. <AbsoluteTargetSpeed value="15"/> 40. </SpeedActionTarget> 41. </SpeedAction> 42. </LongitudinalAction> 43. </PrivateAction> 44. </Action> 45. <StartTrigger> 46. <ConditionGroup> 47. <Condition name="Condition for Maneuver ID 3" delay="0" conditionEdge="rising"> 48. <ByValueCondition> 49. <SimulationTimeCondition value="20.0" rule="greaterThan"/> 50. </ByValueCondition> 51. </Condition> 52. </ConditionGroup> 53. </StartTrigger> 54. </Event> 55. </Maneuver> 56.</ManeuverGroup> （6）OpenSCENARIO的运行参考《仿真测试入门参考(22):CARLA的交通场景》中运行OpenSCENARIO文件的说明，运行导出的OpenSCENARIO文件。首先，打开一个终端，启动CARLA：$ cd /path/to/carla$ ./CarlaUE4.sh然后，再开一个终端，运行ScenarioRunner：$ cd /path/to/scenario_runner$ python3 scenario_runner.py --output --openscenario tge_example.xosc成功运行的画面如下图所示。来源：孙工自动驾驶