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       编辑/江畔雨落
       前言
       近年来在城市环境中的人行道上运行的商用和近商用自动驾驶汽车大幅增加，直观地说，这些自主导航车辆的性能取决于地图数据的质量，就像位置传感设备的质量一样。
       共享导盲犬是与非营利基金会合作开发的自动驾驶汽车，旨在为视障人士提供指导，提供这种解决方案是有益的，因为在未知环境中的定向仍然对视障人士构成重大挑战。


       相关数据显示，视力差异与肌肉骨骼系统的残疾密切相关，而共享导盲犬类似于助行器，也可以用来坐下休息，提高视障者在社会和经济中的需求认识。
       近年来数字助手也变得可用，识别人和识别产品的小型设，又或者是一种专门的智能手机导航应用程序，其中包含的功能可以简化残疾人的方向。


       高精度调查数据来自各种项目，但侧重于道路交通环境数据，包括交通标志、停车场和电动汽车充电点，迄今为止，没有专门针对残疾人福利收集的地理数据。


       开放街道地图旨在创建和维护世界开源地图，到2023年10月，约有13万注册用户为其做出贡献，针对残疾人的指导应用程序可以从志愿者社区中受益匪浅。
       该社区以逻辑一致的方式相应地添加、维护和补充功能，开放街道地图的数据已被证明在各种研究项目中有用，也被一些商业运输公司使用。
       如何克服这些遇到的问题？残障人士的福音还需要多久呢？


       开放街道地图的使用
       随着自动驾驶车辆的推进，本地传感器数据与给定地图的全球环境表示相结合正日益成为研究的焦点，记录环境表示的常用方法是手动驾驶移动机器人穿越未知环境。
       并让传感器记录环境，这种方法的缺点是地图的初始记录和处理需要花费大量时间，并且每次环境发生变化时都必须重复。


       于是研究一种使用开放街道地图作为数据库的方法，用于创建全球环境地图并为移动机器人计算最佳全球路径，我们将研究从分析数据到在共享导盲犬上使用它的整个过程。
       重点是开放街道地图项目的数据模型，并展示了如何整合残疾人功能，讨论了典型的数据不一致，这些不一致阻碍了自动驾驶汽车运行所需的可导航图的创建。


       于是为了克服这些问题，导出了用于增强地理数据的指令集和用于预处理结果的算法，人行道和步行区通常表示为多面体物体，本身不可导航，于是受到特殊考虑和处理。


       在最近的几年里根据志愿地理信息调查了行动不便人群的路线查找，其中一个主要的挑战是所用数据的完整性和准确性，重点是开放街道地图作为数据库和人行道导航的适用性。
       结果显示开放街道地图提供了开源地图中最完整的地图，但在使用之前，应仔细检查测试区域，特别关注基于三种类型的人行道信息的完整性，对象、属性和值。


       于是就有了所呈现的德国城市的完整性大多远低于20%，在每次使用之前，人行道都必须使用其他属性来丰富，在许多情况下，人行横道信息被分配给街道，这样就无法得出关于几何形状和确切位置的结论。


       英国专家研究了英格兰轮椅使用者的属性，得出的结论是大约98%的节点没有轮椅属性，虽然有一个专门的轮椅使用者使用开放街道地图，但完整性非常低。
       于是就建议使用其他数据源来提供更大的覆盖范围，尽管数据质量存在限制，但通过研究结果发现，开放数据源在未来将具有重要意义。


       开放街道地图也会因其庞大而活跃的用户而成为最有前途的候选者，在使用之前，建议将地图数据与地面实况信息进行比较，或者执行内部验证，其中仅对属性进行逻辑估计。


       人行道导航实验
       在近期的研究中显示，有几个项目为具有不同需求的用户群体研究人行道上的路线查找，于是开发了一个使用开放街道地图进行行人导航的系统。
       除了这个外，还实施了众包系统来收集障碍物并将其添加到地图中，而人行道的生成是使用与道路的偏移量执行的。


       通过研究的数据，然后计算出经过难度标准测量的最佳路径，提出了一种面向服务的路由算法。
       将地图转换为类似图形的结构，并引入多准则算法进行成本计算，属性分配给节点，节点根据用户可以自由选择策略进行不同的权重，然后使用成本最小化的图形寻路算法。


       根据用户偏好计算合适的路径，开发一种用于计算盲人最佳路径的寻路工具，开放街道地图数据用于生成加权网络图。
       并根据条件长度、复杂性、地标和路径类型计算路径，不考虑地图预处理，并使用第三方软件进行路径计算的事实，这也是为什么这个解决方案不适合共享导盲犬的主要原因。


       其中有专家对用户选择不同路线以避免潜在洪水区域的行为进行了研究，向用户建议了到达目的地的不同路线，这些包括最短路线和避免任何洪水区域的路线。
       专家通过研究得出的结论是，平均结果显示如果可以避开危险区域，使用者愿意选择更远的行动路线。


       研究得要在于处理开放街道地图数据，为各种机器人做好准备，所呈现的工具链不处理映射错误，而是专注于街道，不考虑宽度小于3m的道路。
       在用户提出的建议中，地图的适应可能不足让移动机器人在人行道上安全行驶，根据我们的研究，目前还没有针对人行道上行动不便的用户的道路解决方案。


       接下来开始研究，为共享导盲犬的路径规划算法开发的成本函数，以及通过计算得出路线与使用标准算法计算得出路线的比较。
       其中顶层由全局规划器组成，用于计算所选目的地和当前位置之间的路径，在导航开始时，全局规划器计算路径，然后将此路径传递给第二层，即本地规划器。


       如果全局路径被障碍物阻挡，本地规划器将会重新计算路径，并对共享导盲犬周围特写范围内的物体做出反应。
       其装置上的扫描仪用于扫描环境，假如检测到障碍物，本地规划器会生成替代路线，如果共享导盲犬附近没有障碍物，则按计算好的路径行驶。


       在共享导盲犬上，时间弹性带规划器的实现用于局部路径规划，底层由控制器组成，控制器控制运动以保持在计划的路径上。
       通过研究全局规划器的调整和实现，将结果作为其他图层的基础，以及共享导盲犬上的示例应用程序。


       路径规划分为三个步骤，开放街道地图数据的预处理、可导航图的创建和路线计算，当预处理和图形生成离线执行时，路线计算在共享导盲犬上在线执行。
       所呈现的工具链基于编辑器，它是各种开放街道地图数据的开源编辑器，可用于下载地图，使用各种工具对其进行编辑。


       并以不同的格式导出，并且其中的功能可以通过各种插件进行扩展，之后可以集成用户特定的插件


       开放街道地图的质量在世界各地差异很大，这取决于开放街道地图社区的活动，但是没有指标来描述映射质量。
       于是开放街道地图社区声称，在处理新的环境和改变的方式时，开放街道地图通常比其他商业地图更新质量更高。


       但是由于开放街道地图数据是由志愿者创建的，因此可以假设与农村地区相比，人口密度导致城市地区的数据质量更高。
       除了这个问题外，开放街道地图项目指出“我们的目标是成为可访问性最佳的世界地图”。


       其中有几个项目，就比如盲人开放街道地图，其中包括触觉铺路、交通信号灯处的声学信号、特别是盲人的兴趣点、轮椅无障碍等属性。
       因此导致覆盖范围差异很大，并且没有具有全球覆盖范围的多合一解决方案，于是为了评估开放街道地图的准确性和完整性，根据ISO数据进行了分析。


       根据分析标准完整性、专题精度、逻辑一致性、时间质量、位置精度和可用性对地图进行评估，得出了合适的解决方案。
       首先通过将开放街道地图数据与汉堡市土地注册处的航空照片进行比较来分析，这允许确定位置精度，在对航拍图像进行比较后，在现实中检查了这些位置。


       这样就可以评估完整性、时间质量和专题准确性，其中完整性、时间质量和主题准确性是通过在现实中行走测试区域来评估的。
       通过实际的环境证明，树木、长凳、障碍物和墙壁几乎完全被吸引进来，另一方面，用于边界路径的垃圾桶和界石根本没有被吸引进来。


       进一步的优化
       为了确保任何路径的安全，所有这些对象都应包含在路线计算中，
       开放街道地图
       数据中的一些常见错误，总的来说完整性分析表明许多对象已经存在，但需要验证和后处理。
       通过之前的分析表明有必要对数据进行审查和扩充，作为开放街道地图项目的一部分，开发了质量保证工具、允许自动检查地图和手动报告地图错误以重新评估，在共享导盲犬项目的质量保证过程中。


       使用了验证器，这是编辑器的核心功能，它能够发现映射错误，就比如没有公共节点的相交路径、紧密间隔的节点和可疑的标记组合。
       而这些错误，也称为数据集的逻辑不一致，可以通过自动化工具很好地发现和纠正，但是，逻辑不一致引起的错误只占开放街道地图整体错误的一小部分。


       在为共享导盲犬项目处理的开放街道地图数据中，最常见的错误是缺少道路、人行道未与街道分开、缺少障碍以及缺少或错误的属性。
       由于开放街道地图主要是为街道车辆创建的，因此完全缺少单独的人行道很普遍，在许多情况下，街道和人行道之间没有区别。
       人行道要么作为属性添加到道路上，没有关于其属性的其他信息，要么甚至可能根本没有关于人行道的任何信息，这些错误分为完整性错误和主题准确性错误，即使是验证器也无法检测到它们，因此必须执行手动处理。


       为了实现标准化程序，开发了指令集，在处理各个步骤时，编辑器的共享导盲狗插件可能会有所帮助，并且支持网格划分和创建障碍物图的整个过程。
       就比如网格划分期间新节点的插值和生成通过，可使得检测错误和可视化工具得到简化。


       总结
       网格划分节点的目标是创建一个跨越所有可驾驶表面的可导航连接方式网络，我们选择通过两种额外的方式来增强每种准备好的方式，这些方式以网状图案相互连接，三条车道代表每个方向一条车道和一条超车道。


       使用这种方法，可以使用右手步行规则显著提高安全性，尽管在实验区域不需要靠右侧行走，但人们这样做是很自然的。
       因为他们从道路交通中知道这一点，另一个优点是，在路径规划期间仍然可以考虑部分阻塞的路径。
       并且可以在开始规划时就绕过障碍物的路径，它留给本地规划的工作更少，后者将在稍后阶段通过车辆传感器检测障碍物。
       就比如在路径规划过程中，已经可以轻松考虑仅挡住一半路径的长期建筑工地，以便共享导盲犬可以导航到路径的自由侧。