第一章：ROS2与规划模块概述
大家好，我是你们这门课的老朋友。在正式开始之前，我想先聊聊我自己的经历。几年前我刚接触自动驾驶规划时，面对一堆节点、话题、服务，说实话有点懵。后来我发现，很多人卡在第一步——不是算法难，而是环境没搭好，概念没理清。所以这一章，咱们先把地基打牢。
1.1 ROS2核心概念：从通信到协作
ROS2说白了，就是一个分布式通信框架。它让车上的各个模块——感知、定位、规划、控制——能互相说话。我个人习惯把ROS2的核心抽象成三样东西：节点、话题、服务。
- 节点：每个节点就是一个独立进程。比如规划节点、控制节点。节点之间不直接调用，而是通过话题或服务通信。
- 话题：一对多、异步通信。规划节点发布路径，控制节点订阅。我经常跟新人说，话题就像广播电台，谁想听谁听。
- 服务：一对一、同步通信。比如规划节点请求地图数据，服务端返回结果。适合需要即时响应的场景。
重要概念：ROS2的DDS（数据分发服务）是底层通信中间件。它保证了实时性、可靠性。我在项目中遇到过因为DDS配置不当导致消息丢帧的问题，后来发现是QoS策略没设对。嗯，这里要注意，QoS（服务质量）是调试时的关键参数。
来看一个最简单的规划节点示例：
import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String
class PlannerNode(Node):
def __init__(self):
super().__init__('planner_node')
self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'planned_path', 10)
self.timer = self.create_timer(1.0, self.publish_path)
def publish_path(self):
msg = String()
msg.data = 'Path: [x1,y1] -> [x2,y2]'
self.publisher_.publish(msg)
self.get_logger().info('Publishing: "%s"' % msg.data)
def main(args=None):
rclpy.init(args=args)
node = PlannerNode()
rclpy.spin(node)
node.destroy_node()
rclpy.shutdown()
if __name__ == '__main__':
main()这段代码创建了一个规划节点，每秒发布一次路径消息。你想想看，实际项目中，这个节点会订阅感知结果、定位信息，然后计算出一条安全轨迹。
1.2 自动驾驶规划栈介绍：分层决策的艺术
自动驾驶规划不是一步到位的。它像剥洋葱一样，一层层细化。我习惯把规划栈分成三层：
| 层级 | 名称 | 输入 | 输出 | 典型频率 |
|---|---|---|---|---|
| L1 | 全局规划 | 起点、终点、地图 | 粗粒度路径（车道级） | 1-10 Hz |
| L2 | 行为规划 | 全局路径、障碍物 | 驾驶决策（跟车、变道、停车） | 10-50 Hz |
| L3 | 运动规划 | 行为决策、车辆状态 | 轨迹（时间+空间） | 50-100 Hz |
为什么会这样分层？说白了，全局规划考虑宏观路线，不需要高频更新。而运动规划要实时避障，必须跑得快。我曾经在一个项目里把全局规划频率设到50Hz，结果CPU爆了，车辆反而反应迟钝。后来降到5Hz，一切正常。
个人经验：调试时先检查每一层的输出是否合理。比如全局路径是否穿墙？行为决策是否在路口犹豫？运动规划是否急转弯？逐层排查，效率最高。
下面这张图展示了规划栈的完整流程：
从图中你能看到，规划不是单向的。运动规划的结果会反馈给行为规划，行为规划也可能触发全局重规划。这种闭环设计，保证了系统的鲁棒性。
1.3 调试环境搭建：工欲善其事，必先利其器
环境搭建是很多人头疼的地方。我建议按以下步骤来：
- 安装ROS2 Humble（推荐Ubuntu 22.04）。直接用apt安装，别自己编译，省时间。
- 创建工作空间：
mkdir -p ~/planning_ws/src - 安装依赖工具：
sudo apt install python3-colcon-common-extensions - 安装可视化工具：
sudo apt install ros-humble-rviz2 - 安装规划相关包：
sudo apt install ros-humble-nav2-*
避坑指南：我曾经因为Python版本冲突，折腾了一整天。后来发现ROS2 Humble要求Python 3.10以上。如果你用Python 3.8，很多包会报错。建议先检查版本：python3 --version。
搭建完成后，验证环境：
# 终端1
ros2 run demo_nodes_cpp talker
# 终端2
ros2 run demo_nodes_py listener如果能看到消息收发，说明环境OK。接下来，我习惯用ros2 topic list和ros2 node list来检查节点和话题是否正常。这是调试的第一步。
调试小技巧：用ros2 bag record录制数据，然后离线回放。这样你可以反复分析规划模块的行为，而不需要真车跑。我在测试新算法时，总是先录一段数据，再离线调试。
嗯，这一章的内容就到这里。记住，规划调试的核心是理解通信、分层排查、善用工具。后面我们会一步步深入每个模块的实战细节。