11.在自定义地图中进行自动导航

0x00 概述

在前面的文章中，我们介绍如何自动导航时，都是基于使用gmapping或者hector_mapping创建的地图。当然使用其他的建图方法创建的地图也可以，但是目前为止，无论使用哪种建图方法。通过激光雷达或深度摄像头建立的地图仍然是存在误差的。下面我们可以来回顾一下看看使用gmapping建立的地图，如下图所示，可以看到右侧的地图就是扫描建立的地图，与左侧的地图基本上相同。现在可以思考一下，我们有没有可能不用激光雷达来扫描建图（这个slam过程真的是挺麻烦的），因为现在基本上在设计施工时都是有设计图纸的，如果我们将这些设计图纸拿来，修改一下直接就当作导航地图来用。这样不是就省去建地图的步骤了嘛，而且地图的与实际环境100%匹配（除非施工建造时没有按照图纸来做）：

0x01 创建自定义地图

在前面一篇文章10.在STDR中加载其他地图中，介绍了如何在stdr中加载自定义的地图。这张地图是从网上下载的一个两居室户型图，后来经过简单修改我们就可以在stdr中加载了。现在我们可以更进一步，可以将这张地图使用map_server加载。这样我们就可以把地图在rviz中直接加载，就可以在这张地图上进行自动导航了。下面先来看看我们上次创建的这个户型图，如下图所示：

现在我们已经可以在stdr中加载这张地图了，现在我们要将这张地图使用map_server加载。那具体如何操作呢？我们可以先来看看使用gmapping建好的地图是使用什么格式来存储的。我们可以按照它的格式来修改一下这张地图不就可以了嘛，说干咱就开始动手操作：

（1）查看gmapping创建的地图

可以看出gmapping完成后，保存的地图格式为pgm，另外有一个配套的yaml文件。现在来简单介绍下这个pgm格式的图片，可能大多数人不了解这种格式。PGM 是便携式灰度图像格式(portable graymap file format)，在黑白超声图像系统中经常使用PGM格式的图像，文件的后缀名为".pgm"。PGM格式图像格式分为两类：P2和P5类型。不管是P2还是P5类型的PGM文件都由两部分组成，文件头部分和数据部分。

[文件头部分]

文件头包括的信息依次是:

1.PGM文件的格式类型(是P2还是P5);

2.图像的宽度;

3.图像的高度;

4.图像灰度值可能的最大值;

文件头的这四部分信息都是以ASCII码形式存储的，下面我们可以看看gmapping建好的地图格式是P2还是P5，如下图所示：

可以看出这里使用的是P5格式，第二行为一个注释信息。第三行416 416就是这张图片的长和宽，最后一行就是图像灰度值的最大值。

[数据部分]

数据部分记录图像每个像素的灰度值，按照图像从上到下，从左到右的顺序依次存储每个像素的灰度值，对于像素灰度值的表示P2格式和P5格式有所不同。下面来重点介绍P5格式：

P5格式图片的数据部分是从上到下，从左到右排列灰度值。每个灰度值取值为[0，Maxval]，其中0表示黑色，Maxval表示白色。每个灰度值由1个或2个字节的纯二进制表示。如果最大值小于256，则为1字节。否则，它是2字节。最重要的字节是第一个。

（2）安装KolourPaint4软件

一般从网上下载的照片格式是png或jpg的，这里我介绍一种简单的方式来将这些格式转换为pgm格式。需要安装一下KolourPaint4画图工具，这个软件就跟我们常用的画图软件类似，安装软件的命令如下：

sudo apt-get install kolourpaint4

安装好该软件后，就可以来打开了，下图就是这个软件的界面：

（3）使用软件转换图片格式

使用KolourPaint软件打开png格式或jpg格式的地图软件，如下图所示：

然后使用图片另存为pgm格式，如下图所示：

最后来查看下该图片格式是否为P5：

（4）创建对应的yaml配置文件

这个yaml配置文件编写比较简单，我们按照gmapping中地图的yaml格式来修改就可以了。下面来看看自定义地图的yaml内容：

这里来简单介绍下yaml中两个参数的意义：

image：要加载的地图，这里的路径可以写绝对路径也可以写相对路径。这里由于pgm图片和yaml文件都放在同一个文件夹中，所以就可以直接写home.pgm，不用加其他路径了。

resolution：将图片解析成多少实际距离，从file命令中得知，图片分辨率为761*721。这里0.015意思是：米/像素，这样就可以计算出这个地图表示的实际大小为：761*0.015=11.415米，721*0.015=10.815米。这就表示地图为11.4*10.8=123平米的大小。

0x02 编写launch文件

现在已经将自定义的图片格式修改为pgm格式了，对应的yaml配置文件也编写好了。下面我们就可以来编写对应测试的launch文件，下面首先来看看用来加载地图的launch文件load_home_map.launch：

<!--   
Copyright: 2016-2019 ROS小课堂 www.corvin.cn   
Author: corvin   
Description: 该启动文件用于加载自定义的home地图,这样就可以进行自动导航了.   
History:     
    20190102: initial this file. 
--> 
<launch>   
    <!-- load home map -->   
    <node pkg="map_server" type="map_server" name="stdr_load_home_map" args="$(find stdr_navigation)/maps/home.yaml">     
        <remap from="map" to="/amcl/map" />   
    </node>
</launch>

下面来看看最后用来最终测试用的launch文件home_map_nav.launch：

<!--   
Copyright: 2016-2019 ROS小课堂 www.corvin.cn   
Author: corvin   
Description: STDR simulator robot auto navigation with amcl and move base packages.     
  load home_map to test.   
History:     
    20190102: 加载home_map地图进行自动导航测试. 
-->
<launch>   
    <!-- load stdr simulator with robot0 -->   
    <include file="$(find stdr_launchers)/launch/home_map_robot_gui.launch" />   
    <!-- startup move_base node -->   
    <include file="$(find stdr_move_base)/launch/stdr_move_base.launch" />   
    <!-- load home map -->   
    <include file="$(find stdr_navigation)/launch/load_home_map.launch" />
    <!-- startup amcl node -->   
    <include file="$(find stdr_amcl)/launch/home_map_amcl.launch" /> 
</launch>

其实这里所有的代码都已经提交到stdr_ws代码仓库中，如果你已经下载了本代码的话，就可以在本地直接拉取最新代码。不过目前我的代码都是优先往kinetic分支上提交，indigo分支会逐渐放弃维护。

https://code.corvin.cn:3000/corvin_zhang/stdr_ws

0x03 测试查看效果

要想开始测试，我们首先需要启动上面编写的launch文件，使用如下命令来启动测试：

roslaunch stdr_navigation home_map_nav.launch

下面通过动图来查看导航效果，我们可以直接在Rviz中使用“2D Nav Goal”功能来选取导航的目的地：

0x04 References

[1]. corvin_zhang. 10.在STDR中加载其他地图. http://www.corvin.cn/1047.html

[2]. Netpbm. PGM Format Specification. http://netpbm.sourceforge.net/doc/pgm.html

[3]. 编号1993. Python pgm解析和格式转换. https://blog.csdn.net/u012005313/article/details/83685584

[4]. suonikeyinsu. ppm\pgm格式. https://www.cnblogs.com/black-mamba/p/6755295.html

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