詳談自動駕駛汽車GPS系統(tǒng)數(shù)字孿生建模（二）

標(biāo)注：本文來自本實驗室胡宗盛的研究成果。

GPS系統(tǒng)數(shù)字孿生建模的仿真模型實時同步數(shù)據(jù)中，實時與仿真時間之間存在差異，模擬世界擁有自己的時鐘和時間，由服務(wù)器來執(zhí)行， 計算兩個模擬步驟需要一些實時的時間，但是在這兩個模擬時刻之間也存在時間跨度， 即時間步長，服務(wù)器只有在等待一個客戶端發(fā)送的 world_tick() 后才會計算下一個 step， 為了搜集同步的數(shù)據(jù)，要同時設(shè)置同步模式和固定時間步。

可變的時間步長

下面是 carla 中的默認(rèn)模式，步驟之間經(jīng)過的仿真時間將是服務(wù)器計算這些步驟所花費的時間：

settings=world.get_settings()

settings.fixed_delta_seconds=None

world.apply_settings(settings)

設(shè)置時間步長為 0：python3 config.py –delta-seconds 0

固定時間步

步驟之間經(jīng)過的時間保持不變，如果將其設(shè)置為 0.05 秒，則每秒鐘模擬 20 幀，在每個步驟上都使用相同的時間增量是模擬手機(jī)數(shù)據(jù)的最佳方法，物理和傳感器數(shù)據(jù)將對應(yīng)于易于理解的仿真時刻。同樣，如果服務(wù)器足夠快，則可以在較短的時間內(nèi)模擬更長的時間段。

settings=world.get_settings()

settings.fixed_delta_seconds=0.05

world.apply_settings(settings)

或者使用提供的腳本進(jìn)行設(shè)置時間步長為 0.05：python3 config.py –delta-seconds 0.05。

記錄模擬的提示

carla 具有記錄器功能，可以記錄模擬然后重新執(zhí)行。但是在尋找精度時候，需要考慮一些因素。使用固定時間步的話，重新制定將會很容易，可以將服務(wù)器設(shè)置為原始模擬中使用的相同時間步；有了可變的時間步，事情就變得更加復(fù)雜了。

如果服務(wù)器以可變的時間步長運行，則該時間步長將不同于原始時間步長，因為邏輯周期有時候會不同，然后將使用記錄的數(shù)據(jù)對信息進(jìn)行插值；如果服務(wù)器被迫重現(xiàn)完全的時間步長，則模擬的步長將相同，但是它們之間的實時時間會改變。時間步應(yīng)該要一一隨之改變，這些原始時間步是原始模擬盡可能快的運行的結(jié)果，由于表示這些事件所花費的時間將大部分不同，因此模擬必然會隨著怪異的時間波動而重現(xiàn)；可變時間步長會引入浮點算術(shù)錯誤，仿真運行的時間步長等實際時間步長，實時是一個連續(xù)變量，在模擬中用一個 float 值表示，該值具有十進(jìn)制限制，累計在每個步驟上的時間會累積，從而使得模擬無法精確重復(fù)發(fā)生的事情。

客戶端-服務(wù)器同步

carla 建立在客戶端-服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)之上，服務(wù)器運行模擬，客戶端獲取信息，并要求對世界進(jìn)行改變。默認(rèn)情況下，carla 在異步模式下運行，服務(wù)器盡可能快的模擬運行，無需等待客戶端；在同步模式下，服務(wù)器在更新到下一步模擬步驟之前要先等待客戶端的準(zhǔn)備就緒的消息。

設(shè)定同步模式在同步模式和異步模式之間切換僅僅是布爾狀態(tài)的問題。

settings=world.get_settings()

settings.synchronous_mode=True

world.apply_settings(settings)

如果要禁用同步模式，只需要將變量設(shè)置為 false，或者使用腳本 python3 config.py–np。需要注意的是不能夠使用腳本來啟用同步模式，只能夠禁用。啟用同步模式會使服務(wù)器等待客戶端應(yīng)答。使用此腳本，用戶無法在需要時發(fā)送報價。

使用同步模式同步模式與慢速客戶端應(yīng)用程序相關(guān)，并且當(dāng)需要不同元素之間的同步時，如果客戶端太慢而服務(wù)器不等待，會出現(xiàn)信息溢出，客戶端無法管理所有內(nèi)容，并且將丟失或混淆所有內(nèi)容。以下代碼段擴(kuò)展了上一個代碼段?？蛻舳藙?chuàng)建一個攝像頭傳感器，將當(dāng)前步驟的圖像數(shù)據(jù)存儲在隊列中，并且在隊列中檢索服務(wù)器后對服務(wù)器進(jìn)行打勾。

可能的配置如果是同步模式和可變時間步長，基本上可以確定這是沒有什么希望的，因為當(dāng)時間步長大于 0.1s 時，物理學(xué)將會無法正常運行，如果服務(wù)器必須等待客戶端計算步驟，則很可能會發(fā)生這種情況，仿真時間和物理原理不會同步， 模擬將會變得不可靠。

結(jié)果顯示用 pygame 將收集到的數(shù)據(jù)顯示出來，打印出服務(wù)器端的fps 和客戶端的 fps:

可以看到服務(wù)器的 fps 是 30，客戶端的 fps 是 20 左右。同步模式下客戶端不會自動計算下一個 step，它只有在接收一個 world.tick() 之后才會計算下一個 step，然后暫停仿真，繼續(xù)等待下一個 world.tick()。

本文結(jié)合數(shù)字孿生仿真建模工具carla，對自動駕駛GPS 傳感器進(jìn)行建模，主要指獲取自動駕駛汽車的GPS 數(shù)據(jù)，位置信息，星歷數(shù)據(jù)等，在此基礎(chǔ)上嘗試獲取同步的傳感器數(shù)據(jù)，要求服務(wù)器端與客戶端同步，固定時間步長，設(shè)置同步模式，借助pygame，在carla 自動駕駛仿真模擬器中實現(xiàn)GPS 傳感器和定位信息的實時可視化建模，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時交互和呈現(xiàn)。

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