opendrive文件的格式

OpenDRIVE 是一种用于描述道路网络的高精度、可扩展的开放标准文件格式。它主要用于自动驾驶、驾驶模拟器、高精度地图和交通仿真等领域。OpenDRIVE 文件通常以 .xodr 为扩展名，并采用 XML 格式。
OpenDRIVE 的核心思想是将道路网络分解为一系列逻辑上独立的道路元素，并通过这些元素的属性和连接关系来描述整个道路系统。
以下是 OpenDRIVE 文件格式的主要组成部分和关键概念的详细介绍：

1. 整体结构

一个 OpenDRIVE 文件是一个 XML 文档，其根元素是 <OpenDRIVE>。

<OpenDRIVE><header>...</header><road>...</road><road>...</road>...<junction>...</junction><controller>...</controller><station>...</station></OpenDRIVE>

2. 主要元素

2.1 <header> (头部)

包含文件和道路网络的元数据，如版本、作者、日期、地理范围等。（还有定义opendrive原点经纬度的信息–高精度地图使用）
常用属性：

• revMajor, revMinor: OpenDRIVE 规范的主次版本号。

• name: 道路网络的名称。

• version: 文件的版本。

• date: 文件创建日期和时间。

• vendor: 文件创建者或工具的名称。

• south, north, west, east: 道路网络的地理边界（可选，用于定义一个包围盒）。

2.2 <road> (道路)

这是 OpenDRIVE 中最重要的元素，用于描述一条独立的道路。每条道路都有一个唯一的 id。
常用属性：

• id: 道路的唯一标识符。
• length: 道路的参考线长度。
• junction: 指示该道路是否属于某个交叉口 (-1 表示不属于任何交叉口，否则为交叉口的 id)。
• name: 道路的名称。
  子元素：
• <link> (连接): 描述道路的逻辑连接关系，即与相邻道路的连接。
  • <predecessor>: 前一条道路的连接信息。
  • <successor>: 后一条道路的连接信息。
  • <neighbor>: 相邻道路（例如，并行的道路）的连接信息。
  • 这些连接通过 elementId (连接的道路ID)、elementType (road 或 junction)、contactPoint (start 或 end) 来定义。
• <type> (类型): 描述道路的类型，例如 town (城镇), rural (乡村), highway (高速公路), pedestrian (人行道) 等。
• <planView> (平面视图): 描述道路的参考线（reference line）在二维平面上的几何形状。这是道路的核心几何定义。
  • 包含一系列 <geometry> 元素，每个几何元素定义了道路参考线的一部分。
  • <geometry> 常用属性：
    • s: 几何元素在道路参考线上的起始 s 坐标（弧长）。
    • x, y: 几何元素起始点的全局 X, Y 坐标。
    • hdg: 几何元素起始点的航向角（heading），以弧度表示，相对于全局 X 轴。
    • length: 几何元素的长度。
    • type: 几何元素的类型，可以是：
      • <line>: 直线。
      • <arc>: 圆弧，需要 curvature 属性。
      • <spiral>: 缓和曲线（Clothoid），需要 curvStart 和 curvEnd 属性。
      • <poly3>: 三次多项式，需要 a, b, c, d 系数。
      • <paramPoly3>: 参数化三次多项式。
• <elevationProfile> (高程剖面): 描述道路参考线在垂直方向上的高程变化。
  • 包含一系列 <elevation> 元素，每个元素定义了某个 s 坐标处的高程曲线。
  • <elevation> 常用属性：s (起始 s 坐标), a, b, c, d (三次多项式系数)。
• <lateralProfile> (横向剖面): 描述道路参考线的横向倾斜（超高）。
  • 包含一系列 <superelevation> 元素，每个元素定义了某个 s 坐标处的超高曲线。
  • <superelevation> 常用属性：s (起始 s 坐标), a, b, c, d (三次多项式系数)。
• <lanes> (车道): 描述道路上的车道布局。
  • 包含 <laneSection> 元素，每个 <laneSection> 定义了道路某一段的车道配置。
  • <laneSection> 常用属性：s (起始 s 坐标)。
  • <laneSection> 内部包含 <left>, <center>, <right> 元素，分别描述左侧、中心、右侧车道。
  • 每个 <left>, <center>, <right> 内部包含一个或多个 <lane> 元素。
  • <lane> 常用属性：
    • id: 车道的唯一标识符（中心车道为 0，左侧为正，右侧为负）。
    • type: 车道类型（例如 driving, shoulder, border, sidewalk 等）。
    • level: 车道是否与参考线在同一平面（true 或 false）。
    • <width>: 描述车道宽度，可以使用三次多项式定义宽度随 s 坐标的变化。
    • <roadMark>: 描述车道线。
    • <border>: 描述车道边界。
    • <speed>: 描述车道限速。
    • <access>: 描述车道访问权限。
    • <link>: 描述车道之间的连接（例如，车道变道）。
• <objects> (物体): 描述道路上的静态或动态物体，如交通标志、交通灯、障碍物等。
• <signals> (信号): 描述交通信号灯、交通标志等。
• <surface> (路面): 描述路面属性，如摩擦系数等。
• <controller> (控制器): 描述交通信号灯控制器。
• <junctionReference> (交叉口引用): 引用该道路所属的交叉口。

2.3 <junction> (交叉口)

描述道路交叉口区域。交叉口是多条道路交汇的地方，其内部的连接关系由 <connection> 元素定义。
常用属性：

• id: 交叉口的唯一标识符。
• name: 交叉口的名称。
  子元素：
• <connection> (连接): 描述交叉口内部的道路连接。
  • id: 连接的唯一标识符。
  • incomingRoad: 进入交叉口的道路 ID。
  • connectingRoad: 离开交叉口的道路 ID。
  • contactPoint: 连接点（start 或 end）。
  • <laneLink>: 描述车道级别的连接。

2.4 <controller> (控制器)

描述交通信号灯控制器，通常与 <signals> 元素关联。

2.5 <station> (测站)

定义道路上的特定点，例如里程碑或测量点。

3. 坐标系统

OpenDRIVE 使用两种主要的坐标系统：

• 全局坐标系 (Global Coordinates): X, Y, Z 坐标，通常是笛卡尔右手坐标系。X 轴通常指向东，Y 轴指向北，Z 轴指向天顶。
• 道路坐标系 (Road Coordinates):
  • s 坐标：沿道路参考线的弧长，从道路起点开始计算。
  • t 坐标：垂直于道路参考线的横向距离，通常向左为正，向右为负。
  • h 坐标：垂直于道路参考线的高程。
    OpenDRIVE 文件中的几何信息（如 <planView> 中的 x, y, hdg）通常使用全局坐标系，而高程、超高、车道宽度等则使用道路坐标系进行定义。

4. 关键概念和原则

• 参考线 (Reference Line): 每条道路都有一个唯一的参考线，它是道路几何形状的基础。所有车道和道路属性都相对于这条参考线进行定义。
• 分段定义 (Segmented Definition): 道路的几何形状、高程、横向剖面和车道布局都可以分段定义。这意味着道路的属性可以在不同的 s 坐标处发生变化。
• 逻辑连接 (Logical Connectivity): <link> 和 <junction> 元素定义了道路网络中道路和车道之间的逻辑连接关系，这对于路径规划和交通流仿真至关重要。
• 可扩展性 (Extensibility): OpenDRIVE 允许通过自定义用户数据来扩展其功能。

5. 总结

OpenDRIVE 是一种复杂但功能强大的格式，它提供了对道路网络进行详细和精确描述的能力。理解其分层结构、关键元素和坐标系统对于正确解析和生成 OpenDRIVE 文件至关重要。由于其广泛的应用，OpenDRIVE 已成为自动驾驶和相关领域的重要标准。