Apollo10.0学习——planning模块（8）之Frame类

Apollo自动驾驶平台中的Frame类是Planning模块的数据中枢，负责存储和管理单个规划周期内的所有相关数据，为路径生成、速度优化和决策任务提供统一的数据访问接口。

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一、核心功能

1. 数据整合中枢
   Frame类整合了来自多个模块的输入数据，包括：

   • 感知数据：包含障碍物信息（prediction_obsetacle）和红绿灯状态（traffic_light）。
   • 定位与车辆状态：车辆当前位置（localization_estimate）、速度、加速度等（vehicle_state）。
   • 导航信息：路由模块提供的全局路径（routing_response）。
   • 高精地图数据：通过ReferenceLineProvider生成的参考线（reference_line_info）。

2. 规划上下文管理

   • 存储当前规划周期的中间结果，如参考线优化后的路径（ReferenceLineInfo）、障碍物的决策标签（Obstacle类中的ObjectDecisionType）。
   • 支持开放空间（OpenSpace）与非结构化道路（OnLane）两种规划模式，通过InitForOpenSpace方法适配不同场景。

3. 跨阶段状态传递

   • 通过mutable_reference_line_info()等方法允许修改参考线信息，支持变道、避障等动态调整。
   • 记录调试信息（RecordInputDebug），用于规划过程的日志分析与问题排查。

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二、数据结构与关键成员

1. 核心成员变量

   成员变量	类型	描述
   sequence_num_	uint32_t	规划帧的唯一序列号，标识不同周期的数据。
   local_view_	LocalView	输入数据集合，包含感知、定位、底盘信息及路由响应。
   reference_line_info_	std::list<ReferenceLineInfo>	参考线列表，每条参考线包含路径、速度剖面及障碍物避让决策。
   open_space_info_	OpenSpaceInfo	开放空间规划所需的特殊数据，如泊车目标点、轨迹优化配置。
   planning_start_point_	common::TrajectoryPoint	规划轨迹的起点，通常为车辆当前位置或上一周期轨迹的终点。

2. 关键方法

   • 初始化方法
     • Init()：初始化结构化道路规划数据，加载参考线和导航路径段。
     • InitForOpenSpace()：为泊车等场景初始化开放空间数据。
   • 数据访问接口
     • FindDriveReferenceLineInfo()：选择成本最低且可行驶的参考线，用于路径跟踪。
     • Find(const std::string &id)：根据ID查询障碍物对象，支持动态避障。
   • 状态管理
     • RecordInputDebug()：记录输入数据到调试信息，用于可视化与日志分析。
     • ComputedTrajectory()：获取待发布的最终轨迹，供控制模块执行。

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三、设计特点与关联模块

1. 性能优化设计

   • 序列号标识（sequence_num_）：确保多线程环境下数据一致性，避免新旧帧数据混淆。
   • 参考线动态更新：ReferenceLineProvider异步生成参考线，与主流程并行提升效率。

2. 安全冗余机制

   • 障碍物决策擦除与重标记：在Process任务中可重置障碍物标签（如ignore），防止误判。
   • 终点距离校验：在IsTransferable方法中检查车辆到终点的距离，避免无效路径规划。

3. 模块交互

   • 上游依赖：接收Localization、Prediction和Routing模块的数据，封装至local_view_。
   • 下游输出：通过PublishableTrajectory发布轨迹至控制模块（Control）。
   • 场景切换：与Scenario类协作，根据交通状态切换变道、跟车等场景。

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四、典型应用流程

以**车道跟随（LaneFollow）**场景为例，Frame类的工作流程如下：

1. 数据注入：通过LocalView聚合感知、定位和路由数据。
2. 参考线生成：调用ReferenceLineProvider生成车道级参考线。
3. 任务链执行：依次执行LANE_CHANGE_DECIDER、PATH_OPTIMIZER等任务，各任务通过Frame访问共享数据。
4. 轨迹发布：最终轨迹存入ComputedTrajectory，经校验后发送至控制模块。

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五、扩展对比

与感知模块的Frame类（如SensorFrame）不同，Planning的Frame强调时序连续性：

• 时间窗口管理：保存历史轨迹状态以实现平滑过渡。
• 多参考线支持：候选参考线并行优化，通过成本函数选择最优解。

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总结：Frame类是Apollo Planning模块的数据枢纽，通过高效整合多源输入、管理规划上下文，确保决策与轨迹生成的一致性。其设计兼顾实时性与扩展性，是复杂交通场景下安全导航的核心基础。