3、地图基础：地图类型、生成与加载
做导航，地图就是机器人的「眼睛」。没有地图，机器人就是个瞎子。
我刚开始接触 Nav2 时，对地图的理解也很浅。觉得不就是一张图片嘛，机器人能看懂就行。后来踩了不少坑才明白——地图的类型、格式、加载方式，每一个细节都直接影响导航效果。
今天咱们就把地图这块彻底聊透。
3.1 地图类型：Occupancy Grid 与 Costmap
ROS2 导航里，地图主要分两种：Occupancy Grid（占用栅格地图）和 Costmap（代价地图）。很多人容易搞混，其实它们分工完全不同。
3.1.1 Occupancy Grid——原始地图
Occupancy Grid 是 SLAM 建图后保存下来的原始地图。它用栅格（grid）表示环境，每个格子存一个值：
- 0：空闲（可通行）
- 100：占用（障碍物）
- -1：未知（没探测到）
说白了，它就是一张黑白灰的图片。白色是路，黑色是墙，灰色是未知区域。
3.1.2 Costmap——导航用的「热力图」
Costmap 是在 Occupancy Grid 基础上生成的。它给每个格子加了一个「代价」值，范围 0~255。
- 0：完全安全
- 1~50：有轻微风险
- 50~100：接近障碍物
- 100~253：很危险
- 254：致命障碍（机器人中心不能进入）
- 255：未知区域
为什么要搞这么复杂？你想想看，机器人是有体积的。如果只靠原始地图，它可能贴着墙走，结果把自己卡住。Costmap 通过「膨胀」操作，把障碍物周围一圈也标记为危险区域，这样机器人就会自动保持安全距离。
3.2 地图生成：SLAM 与已知地图
地图怎么来的？两种方式：自己建（SLAM），或者用现成的（已知地图）。
3.2.1 SLAM 建图——从零开始
SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）就是让机器人在未知环境中一边走路一边画地图。ROS2 里常用的 SLAM 工具有：
- slam_toolbox：最推荐，功能全，支持重定位和地图保存
- Cartographer：Google 出品，精度高，但配置复杂
- Hector SLAM：不需要里程计，适合无人机或履带车
我个人习惯用 slam_toolbox。启动命令很简单：
ros2 launch slam_toolbox online_async_launch.py建图完成后，用这个命令保存地图：
ros2 run nav2_map_server map_saver_cli -f my_map它会生成两个文件：my_map.pgm（图片）和 my_map.yaml（配置文件）。
3.2.2 已知地图——拿来就用
如果你已经有地图（比如 CAD 图纸、之前建好的地图），可以直接加载。Nav2 支持两种格式：
- PGM/PNG 图片 + YAML 配置：最常见
- YAML 直接定义：适合程序生成的地图
加载已知地图的命令：
ros2 run nav2_map_server map_server --ros-args -p yaml_filename:=my_map.yaml嗯，这里要注意：YAML 文件里的 resolution（分辨率）和 origin（原点）必须和实际环境一致。否则机器人会「迷路」。
3.3 地图格式与加载
地图文件到底长什么样？咱们拆开看看。
3.3.1 YAML 配置文件
一个标准的 my_map.yaml 内容如下：
image: my_map.pgm
resolution: 0.05
origin: [-10.0, -10.0, 0.0]
occupied_thresh: 0.65
free_thresh: 0.196
negate: 0| 参数 | 含义 | 我的建议 |
|---|---|---|
| image | 地图图片文件名 | 路径要写对，建议用路径 |
| resolution | 每个像素代表的实际距离（米） | 0.05 米（5cm）比较常用 |
| origin | 地图左下角在真实世界中的坐标 (x, y, yaw) | 建图时自动生成，别手动改 |
| occupied_thresh | 像素值超过此阈值视为障碍物 | 0.65 是默认值，够用 |
| free_thresh | 像素值低于此阈值视为空闲 | 0.196，别乱调 |
| negate | 是否反转黑白 | 一般设为 0 |
occupied_thresh 和 free_thresh。图片压缩可能导致像素值变化，地图就废了。
3.3.2 地图加载流程
Nav2 加载地图的完整流程，我画了张图帮你理解：
流程其实很简单：
- map_server 读取 .pgm 和 .yaml 文件
- 发布
/map话题（Occupancy Grid 格式） - Costmap 层订阅
/map，生成全局和局部代价地图 - 导航时，全局规划器用全局 Costmap，局部规划器用局部 Costmap
3.3.3 动态地图更新
实际场景中，环境会变化。比如仓库里堆了新货架，或者会议室桌椅被移动了。这时候怎么办？
Nav2 支持两种更新方式：
- 静态地图 + 传感器实时更新：激光雷达扫描到新障碍物，Costmap 自动更新。这是默认方式。
- 动态地图重载：调用
map_server的服务，重新加载地图文件。
我建议用第一种。毕竟机器人自己「看」到的障碍物，比地图文件更实时。
3.4 本章小结
地图是导航的基石。Occupancy Grid 是原始数据，Costmap 是加了「安全距离」的增强版。建图用 slam_toolbox，加载用 map_server。记住：地图的分辨率、原点、阈值，任何一个参数错了，导航都会出问题。
我见过太多人卡在地图加载这一步。其实只要把 YAML 文件里的参数理解透，问题就解决了一大半。