0302:Lanelet2 地图概述

1. Lanelet2 地图概述

1.1 核心概念

Lanelet2 将道路网络表达为车道片段的组合：

Lanelet（车道片段）：左右边界围成的可通行区域，包含方向、参与者类型、区域属性、车道类型等信息
Area（区域）：停车区、绿化带、建筑物、交通岛等环境要素
RegulatoryElement（规则元素）：将交通标志、信号灯、让行规则、限速等与车道关联

应用场景：

路径规划：在车道拓扑图上搜索可行路线
规则约束：推断通行权限、变道规则、限速、路口约束
定位匹配：将车辆位姿匹配到车道，获取沿程坐标

2. OSM XML 基础

核心元素：

<node>：点（WGS84 经纬度），可带 tag 属性
<way>：有序点序列，表达线或面轮廓
<relation>：多个元素的组合，表达 lanelet、multipolygon、regulatory element
<tag>：键值对属性

2.1 坐标与单位

lat/lon：地理坐标（度），内部投影到局部平面（如 UTM）
ele：高程（米）
speed_limit：建议带单位（如 50 km/h）

2.2 ID 与引用

node/way/relation 的 ID 分别独立编号，允许重复
引用时用 type + ref 组合唯一标识
解析时应使用（type, id）作为唯一键

3. 语义层映射

Lanelet2 将 OSM 元素映射为基本元素（点、线、车道、区域、规则）。

关键区别：

结构属性（Attributes）：XML 结构定义（id、坐标、成员引用）
语义标签（Tags） ：<tag> 定义对象含义、类型、规则

3.1 LineString ↔ OSM Way

Lanelet2 的 LineString（线） 用 <way> 表达：由若干 <nd ref=.../> 连接成有序折线
<way> 上的 type/subtype 等标签决定它的角色（边界线、标志、信号灯、路面符号等）

3.2 Polygon ↔ OSM Way（带 `area=yes`）

多边形也可以用 <way> 表达，但需要 area=yes（仅首尾点相同并不充分也不必要；Lanelet2 使用 area=yes 判断）。

3.3 Lanelet ↔ OSM Relation（`type=lanelet`）

Lanelet2 maps 文档定义 lanelet relation 的成员角色（role）与约束：

type=lanelet 的 <relation> 必须包含：
- role=left 的成员：type=way，表示左边界
- role=right 的成员：type=way，表示右边界
- （可选）role=centerline 的成员：type=way，表示中心线
- （可选、可多）role=regulatory_element 的成员：type=relation，引用规则元素
如果 lanelet relation 的成员超出上述集合，Lanelet2 会报错（这是非常重要的"格式硬约束"）。

方向性：lanelet 的"行驶方向"由左右边界的点序以及 lanelet 几何关系推断；并由 one_way（及其分参与者变体）进一步约束，详见 §5。

3.4 Area ↔ OSM Relation（`type=multipolygon`）

Area 使用 OSM 的 multipolygon 表达：<relation> 带 type=multipolygon。
role=outer：外边界（有序列表，可能由多个 way 拼接）。
role=inner：内孔边界（同样是有序列表）。
Lanelet2 会按 inner 的顺序解析，当某条 inner linestring 的末点与下一条 inner 的首点相同时，会认为这在描述同一个孔的拼接；当不连续时，开始一个新孔。

3.5 Regulatory Element ↔ OSM Relation（`type=regulatory_element`）

Regulatory element 使用 relation：type=regulatory_element。
relation 的成员（parameters）使用 role 字符串表示其语义（例如 refers/ref_line/yield/right_of_way 等）。
Lanelet2 maps 文档指出：没有 type 或 type 错误的 relation 会在解析 .osm 时被忽略。

3.6 Lanelet2 基本元素与 OSM 元素映射详解

本节深入解释 Lanelet2 基本元素（点、线、多边形）与 OSM 元素之间的映射细节，这些细节对于正确理解地图数据至关重要。

3.6.1 Point 与 OSM Node 的映射

基本映射：

Lanelet2 的 Point 用 <node> 表达
lat/lon 是点的几何属性（WGS84 经纬度）
ele tag 用于表示 z 坐标（高程），单位通常为米，表示距地球椭球面的高度

Node 的语义标签 ：

Node 可以带有 type tag 来标注特殊语义点（这些点仍然是 linestring 的组成部分，但带有额外的语义信息）：

type=begin：标记虚线 dash 的起始点（沿 linestring 方向）
type=end：标记虚线 dash 的结束点
type=pole：标记护栏/围栏的立柱位置
type=dot：标记点状标线

这类语义点用于高精细度可视化或更精确的规则/感知仿真，但不影响基本的几何表达。

3.6.2 LineString 与 OSM Way 的映射

基本映射：

Lanelet2 的 LineString （线）用 <way> 表达
way 由有序的 <nd ref=.../> 连接成折线

关键概念：中心线语义 （官方文档明确强调）

Linestrings are generally characterized by their centerline.

核心要点：

Way 默认代表对象的中心线，而非边缘或轮廓
车道边界线 (type=line_thin)：way 为标线中心轴
护栏 (type=guard_rail)：way 为护栏中轴线
墙体 (type=wall)：way 为墙体中轴线

Width 和 Height 的语义：

width（单位：米）：描述对象在垂直于 way 方向的宽度
- way 仍然代表中心线（不是边缘）
- 例如：type=wall, width=0.3 表示墙体宽 30cm，way 是墙体中轴
height（单位：米）：描述对象在垂直方向的高度
- 特殊语义：way 代表对象的下沿/最低边（与 width 不同！）
- 例如：type=traffic_sign, height=0.8 表示标志牌高 80cm，way 是标志底边
- 注意：这里的 height 是对象自身高度，不是离地高度（离地高度应通过 z 坐标/ele 表达）

轮廓表达的例外情况 ：

对于某些对象（如 traffic_sign、traffic_light），可以用以下两种方式表达：

轮廓方式：way 包含多个点围成多边形轮廓（通常用于精确建模）
两点线段方式 ：way 只有两个点
- 首点 = 对象左边缘
- 末点 = 对象右边缘
- 配合 height tag 表达对象尺寸

建议：用两点线段方式时，确保 way 只有两个点，避免与轮廓方式混淆。

3.6.3 Polygon 与 OSM Way 的映射

单个多边形：

Lanelet2 的 Polygon （多边形）用 <way> + area=yes tag 表达
重要：仅凭首尾点相同不足以判定为多边形（也不是必要条件）
Lanelet2 使用 area=yes tag 明确判断该 way 是否为多边形

带孔的复杂多边形：

使用 type=multipolygon 的 relation 表达（详见 §3.4）

3.6.4 Attributes 与 Tags 的区别（重要）

理解这个区别对于正确理解 Lanelet2 数据模型至关重要：

属性类型	定义位置	示例	作用
Attributes	OSM XML 结构	id, lat, lon, ref, role, type（member 的 type）	定义对象的结构关系
Tags	`<tag k=... v=.../>`	type（tag 的 type）, subtype, location, speed_limit	定义对象的语义

易混淆点：

<member type='way' ...>：这里的 type 是 attribute（表示成员类型）
<tag k='type' v='lanelet'/>：这里的 type 是 tag（表示语义类型）
两者完全不同，不要混淆

实例对比：

xml 复制代码

<!-- Attribute 示例：id, lat, lon 是结构属性 -->
<node id='1001' lat='49.0' lon='8.4' />

<!-- Tag 示例：type/subtype 是语义属性 -->
<way id='2001'>
  <nd ref='1001' />
  <nd ref='1002' />
  <tag k='type' v='line_thin' />
  <tag k='subtype' v='solid' />
</way>

<!-- Member 的 type attribute vs Tag 的 type -->
<relation id='3001'>
  <member type='way' ref='2001' role='left' />  <!-- type 是 attribute -->
  <tag k='type' v='lanelet' />                  <!-- type 是 tag -->
</relation>

3.6.5 基本元素映射总结表

Lanelet2 基本元素	OSM 元素	关键标识	几何语义
Point	`<node>`	lat, lon, (ele)	点坐标
LineString	`<way>`	有序 `<nd>` 序列	默认为中心线
Polygon	`<way>`	`area=yes` tag	闭合区域
Lanelet	`<relation>`	`type=lanelet` tag	左右边界围成的车道片段
Area	`<relation>`	`type=multipolygon` tag	外边界 + 内孔
RegulatoryElement	`<relation>`	`type=regulatory_element` tag	规则元素

4. "最小可用"Lanelet2-OSM

如果你只想最快把一张 Lanelet2-OSM 地图读进来并用于规划/定位，至少确保：

有 lanelet relation：<relation><tag k='type' v='lanelet'/> ...</relation>
每个 lanelet relation 至少有 left/right 两个边界 way 成员（role 必须正确）
车道边界 way 带 type（例如 line_thin/curbstone/road_border/virtual），否则 Lanelet2 很可能默认"不可变道"
lanelet 上的 subtype/location/one_way/participant:* 至少能推断出：
- 行驶方向（one_way）
- 允许参与者（participant）
- 限速（speed_limit 或基于 location/subtype 的默认推断，或 regulatory element）
路口规则（红绿灯/让行/停止线/限速牌）用 regulatory element 关联到 lanelet

4.1 一个"最小 lanelet"的 OSM/XML 示例

下面示例只展示 Lanelet2-OSM 的结构：两个边界 way + 一个 lanelet relation（真实地图需要更多点、更合理的几何与规则元素）。

xml 复制代码

<osm version='0.6' generator='example'>
  <node id='1' lat='49.0000000' lon='8.0000000' />
  <node id='2' lat='49.0000100' lon='8.0000000' />
  <node id='3' lat='49.0000000' lon='8.0000100' />
  <node id='4' lat='49.0000100' lon='8.0000100' />

  <way id='10'>
    <nd ref='1' /><nd ref='2' />
    <tag k='type' v='line_thin' />
    <tag k='subtype' v='solid' />
  </way>
  <way id='11'>
    <nd ref='3' /><nd ref='4' />
    <tag k='type' v='line_thin' />
    <tag k='subtype' v='dashed' />
  </way>

  <relation id='100'>
    <member type='way' ref='10' role='left' />
    <member type='way' ref='11' role='right' />
    <tag k='type' v='lanelet' />
    <tag k='subtype' v='road' />
    <tag k='location' v='urban' />
    <tag k='one_way' v='yes' />
    <tag k='region' v='de' />
  </relation>
</osm>

5. Lanelet / Area 的标签

这一部分来自 LaneletAndAreaTagging.md，强调一个核心原则。

5.0 自洽性原则

核心要求：每个 Lanelet/Area 必须包含完整交通规则，无需依赖相邻元素。

必须可确定的信息：

行驶方向 ：通过 one_way 确定，默认单向
通行参与者 ：通过 subtype + location 推断或 participant:* 指定
限速：通过标签、规则元素或默认值确定

设计目的：

避免推断歧义，保证数据一致性
支持独立解析和分布式处理
提高鲁棒性

5.1 关键标签：`subtype` 与 `location`

subtype：描述 lanelet 的类型（road/highway/bicycle_lane/crosswalk/...）
location：区分 urban / nonurban（影响默认限速等）

文档给出"默认推断表"（注意：最终解释依赖所选 TrafficRules 实现）：

subtype=road, location=urban：城市道路（车辆与自行车，城市默认限速）
subtype=highway：高速（通常仅车辆，不同地区默认/建议限速不同）
subtype=bicycle_lane：自行车道（自行车）
subtype=walkway/crosswalk：人行相关（行人）
以及 bus_lane、play_street、shared_walkway、stairs 等

5.2 覆盖机制：`participant:` 与 `speed_limit`

需显式覆盖默认推断时，使用以下标签：

交通参与者覆盖 （官方文档明确强调）：

使用格式：participant:<participant>=yes/no（例如 participant:vehicle:bus=yes）
关键约束 （官方原文用词："ignored"）：
- 一旦使用任何一个交通参与者覆盖标签，subtype/location 的推断将被完全忽略
- 所有未显式设置的交通参与者默认为 no（不允许通行）
- 必须逐个显式设置允许通行的交通参与者

示例：

复制代码

participant:vehicle:bus=yes
participant:vehicle:taxi=yes
participant:pedestrian=yes

含义：只允许公交车、出租车和行人通行，其他所有交通参与者（如私家车、货车、自行车）都不允许

可用的交通参与者类型（层级结构）：

vehicle（影响所有机动车参与者）或
- vehicle:car 或
  - vehicle:car:electric
  - vehicle:car:combustion
- vehicle:bus
- vehicle:truck
- vehicle:motorcycle
- vehicle:taxi
- vehicle:emergency
pedestrian
bicycle

重要规则：

vehicle tag 不能与任何 vehicle:xxx tag 组合使用
如果定义了任何一个 vehicle:xxx tag，所有其他 vehicle:xxx tag 必须单独设置

限速覆盖：

speed_limit：值可带单位（如 50 km/h），无单位默认 km/h
speed_limit_mandatory：yes/no（默认 yes）
也可以按参与者细分：speed_limit:<participant>、speed_limit_mandatory:<participant>
注意：限速也可能被 regulatory elements 覆盖（例如 speed_limit regulatory element）

官方建议 ：

尽量避免使用覆盖机制。更清晰的方式是：

创建新的 TrafficRule 类来支持未涵盖的道路类型
使用规则元素 (RegulatoryElement) 表达特殊规则

5.3 方向性：`one_way` 与 `one_way:<participant>`

Lanelet 默认"单向"。
one_way=no 表示双向。
可按参与者细分：one_way:bicycle=no 等。
one_way 与 one_way:xxx 不能混用。
行人默认可双向（除非覆盖）。

5.4 其他可选标签

来自文档的常见建议：

road_name：道路名称
road_surface：路面类型（asphalt/concrete/dirt...）
region：ISO 3166-2 国家/地区代码（例如 de），TrafficRules 可能据此确认适用性

5.5 TrafficRules 机制与覆盖优先级

Lanelet2 采用"数据与解释分离"的设计：地图数据（tags）只表达"是什么"（描述性），而 TrafficRules 实现负责"如何解释"（规则引擎）。

TrafficRules 的作用：

TrafficRules 是 Lanelet2 的规则解释引擎，位于 lanelet2_traffic_rules 库
同一份地图数据，在不同国家/地区的 TrafficRules 实现下可能得到不同的解释
例如：subtype=road, location=urban 在德国可能推断为 50 km/h 限速，在美国可能是不同值

覆盖优先级链（从高到低）：

复制代码

┌─────────────────────────────────────────┐
│ 1. Regulatory Element（最高优先级）      │
│    - speed_limit regulatory element      │
│    - traffic_light regulatory element    │
│    - right_of_way regulatory element等   │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 2. Lanelet 显式覆盖 Tags                 │
│    - speed_limit=60 km/h                 │
│    - participant:vehicle:bus=yes         │
│    - one_way:bicycle=no                  │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 3. subtype/location 默认推断              │
│    - 依赖 TrafficRules 实现               │
│    - 不同国家/地区可能不同                │
└─────────────────────────────────────────┘

实例说明 ：

假设某 lanelet 有以下标签：

复制代码

subtype=road
location=urban
speed_limit=60 km/h

并且被一个 speed_limit regulatory element 引用，该元素指定 sign_type=30 km/h。

最终生效的限速为 30 km/h（regulatory element 优先级最高）。

region tag 的作用：

region tag（如 region=de、region=cn）用于标识地图所属的国家/地区
TrafficRules 实现可以通过 region 判断是否适用（例如德国规则要求 region=de）
建议：同一地图内统一使用相同的 region，避免跨地区混用导致规则冲突

交通参与者覆盖的"全有或全无"原则 ：

一旦使用任何一个 participant:xxx=yes：

subtype/location 的交通参与者推断被完全忽略
所有未设置的交通参与者默认为 no
必须逐个显式设置所有允许的交通参与者

5.6 兼容性提示：布尔值写法

官方文档多使用 yes/no 表达布尔值；但在 mapping_example.osm 中，one_way 出现了 false（与 no 等价的语义）。这说明在实际数据链路中你可能会遇到 true/false 与 yes/no 混用：

做解析器/校验器时，建议把 yes/true/1 视为真，把 no/false/0 视为假（并在导出时统一成一种写法）。
做建图规范时，建议团队统一为 yes/no（更贴近 OSM 生态习惯）。

6. Linestring（OSM Way）标签：边界/符号/标志/信号灯

本节来自 LinestringTagging.md，并结合示例文件中出现的类型做解释。

6.1 车道边界（Lane Boundary）类型与变道推断

Lanelet2 用边界线的 type/subtype 来判断能否变道；若无法判断，默认不可变道。

典型边界类型（文档表格）：

type	subtype	含义	默认变道
line_thin	solid	实线	否
line_thin	dashed	虚线	是
line_thin	dashed_solid	左虚右实	左→右可变（从虚线侧跨越）
line_thin	solid_dashed	左实右虚	右→左可变
line_thin	solid_solid	双实线	否
line_thick	同上	粗线同理	依 subtype
curbstone	high	高路沿	否
curbstone	low	低路沿（可跨越）	否（注意：可跨越 ≠ 允许变道）
virtual	-	非物理边界（多用于路口）	否
road_border	-	道路边界（通常是可通行区域的边界）	否

6.1.1 强制覆盖变道（lane_change）

如果你不满意默认推断，可用：

lane_change=yes（双向可变）或
lane_change:left=<yes/no> 与 lane_change:right=<yes/no>（必须两者都设）

这在"线型看起来不允许变道但业务想允许"的场景很常用；反之也可用来禁止虚线变道。

6.1.2 其他常见边界类型

这些类型默认都表示不可变道/不可跨越（具体可通行性仍依 TrafficRules 与几何）：

guard_rail, wall, fence, keepout, jersey_barrier, gate, door, rail 等。

6.2 可选几何尺寸标签：`width` / `height`

当线表示的是"有宽度/高度"的实体（护栏、墙、标志牌等）：

width：单位 m，linestring 表示对象中心线
height：单位 m，linestring 表示对象的下沿/最低边
temporary=yes/no：施工临时标线
color：标线颜色（默认 white）

6.2.1 "虚线的每一段"如何表达（Individual Dashes）

Lanelet2 文档指出：虚线在几何上通常仍用一条连续折线表达，会丢失"每一段 dash 的起止位置"。若要保留，可在 dash 的起止点打点（OSM node），并用 node 的 type 标注：

type=begin：某一段 dash 的开始点（沿 linestring 方向）
type=end：某一段 dash 的结束点
也可扩展：type=pole（护栏/围栏的立柱点）、type=dot（点状标线）

这类 node 是"附加语义点"，常用于高精细可视化或更精确的规则/感知仿真。

6.3 路面符号（Symbols）

文档给出常见符号表达方式：

箭头：type=arrow + subtype=left/right/straight/...
其他：stop_line, zig-zag, lift_gate, bump, 以及 30/50/70 等限速文字

符号既可用轮廓（多点）表示，也可用中心线（两点）表示；用中心线时建议仅两点以免与轮廓混淆。

6.4 交通标志（Traffic Signs）

type=traffic_sign
subtype=<region+编号>：ISO 3166 区域码 + 交通标志编号
- 示例（文档）：subtype=de206（德国 stop），或 subtype=usR1-1（美国 stop）

几何表示：

可用多边形轮廓表示（way 多点）
或用折线表示（way 的首点为标志左下边缘，末点为右下边缘），可配合 height 表示标志尺寸；注意：height 在此语境是标志自身高度，不是离地高度（离地高度应通过 z/ele 或其他约定表达）。

6.5 交通信号灯（Traffic Lights）

type=traffic_light
subtype 可描述灯型：red_yellow_green / red_yellow / red / ...
同样可用轮廓或折线表达

7. RegulatoryElement（规则元素）

7.1 核心约束

双向引用（重要）：

规则元素与 lanelet/area 必须相互引用
单向引用会导致规则失效

示例：

xml 复制代码

<!-- 正确：双向引用 -->
<relation id='100'>  <!-- lanelet -->
  <member type='way' ref='10' role='left' />
  <member type='way' ref='11' role='right' />
  <member type='relation' ref='200' role='regulatory_element' />  <!-- 引用规则 -->
  <tag k='type' v='lanelet' />
</relation>

<relation id='200'>  <!-- regulatory element -->
  <member type='relation' ref='100' role='yield' />  <!-- 引用 lanelet -->
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <tag k='subtype' v='right_of_way' />
</relation>

<!-- 错误：仅单向引用 -->
<relation id='100'>  <!-- lanelet，缺少对规则的引用 -->
  <member type='way' ref='10' role='left' />
  <member type='way' ref='11' role='right' />
  <!-- 缺少 regulatory_element 成员！ -->
  <tag k='type' v='lanelet' />
</relation>

<relation id='200'>  <!-- regulatory element -->
  <member type='relation' ref='100' role='yield' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <tag k='subtype' v='right_of_way' />
</relation>

通用标签：

Regulatory element relation：

type=regulatory_element（缺失时 Lanelet2 写回 .osm 会补齐）
subtype：基本类型之一：
- traffic_sign
- traffic_light
- speed_limit
- right_of_way
- all_way_stop

可选标签（默认值以粗体为准）：

dynamic（yes/no）：动态规则（详见 §7.1.1）
fallback（yes/no）：低优先级规则（详见 §7.1.1）

7.1.1 Dynamic 与 Fallback 的实际应用

Dynamic 规则（dynamic=yes）：

定义：表示此规则元素的含义可能根据条件变化（官方原文："might change its meaning based on a condition"）。

典型应用场景：

可变限速：
- 电子显示屏限速（雨天降速、雪天降速）
- 示例：晴天 80 km/h，雨天 60 km/h
时段限制：
- 公交专用道（7-9点、17-19点限制）
- 示例：工作日早晚高峰仅公交/出租车可用，其他时段所有车辆可用
临时封路：
- 施工期间封闭
- 活动/赛事期间临时改道

处理建议：

地图数据 ：标记 dynamic=yes，表达"规则会变"，但不在地图中硬编码具体条件
运行时：TrafficRules 需要外部输入（当前时间/天气/V2X 信息等）来解析当前有效规则
Lanelet2 默认行为 ：默认 TrafficRules 实现会忽略 dynamic=yes 的规则（需自定义 TrafficRules 才能处理）

示例：

xml 复制代码

<relation id='300'>
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <tag k='subtype' v='speed_limit' />
  <tag k='sign_type' v='80 km/h' />  <!-- 基准值，实际由外部系统提供 -->
  <tag k='dynamic' v='yes' />  <!-- 标记为动态规则 -->
</relation>

Fallback 规则（fallback=yes）：

定义：表示此规则元素的优先级低于其他规则元素（官方原文："has a lower priority than another Regulatory Element"）。

典型应用场景：

路口备用规则：
- 主规则：信号灯（fallback=no）
- 备用规则：让行规则（fallback=yes），仅当信号灯故障时生效
限速备用：
- 主规则：电子限速牌（fallback=no）
- 备用规则：固定限速牌（fallback=yes），仅当电子牌故障时生效

处理逻辑：

同一 lanelet 可能被多个 regulatory element 引用（一个主规则 + 多个 fallback 规则）
TrafficRules 应优先解析 fallback=no 的规则
当主规则不可用/不适用时（如信号灯状态未知、电子牌离线），启用 fallback=yes 的规则

示例：

xml 复制代码

<!-- 主规则：信号灯 -->
<relation id='400'>
  <member type='way' ref='...' role='refers' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <tag k='subtype' v='traffic_light' />
  <tag k='fallback' v='no' />  <!-- 默认值，可省略 -->
</relation>

<!-- 备用规则：让行 -->
<relation id='401'>
  <member type='relation' ref='...' role='yield' />
  <member type='relation' ref='...' role='right_of_way' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <tag k='subtype' v='right_of_way' />
  <tag k='fallback' v='yes' />  <!-- 低优先级，信号灯故障时生效 -->
</relation>

<!-- 受控 lanelet 引用两个规则 -->
<relation id='500'>
  <member type='way' ref='...' role='left' />
  <member type='way' ref='...' role='right' />
  <member type='relation' ref='400' role='regulatory_element' />  <!-- 主规则 -->
  <member type='relation' ref='401' role='regulatory_element' />  <!-- 备用规则 -->
  <tag k='type' v='lanelet' />
</relation>

7.2 parameters（成员）与通用 role

Regulatory element 的成员称为 parameters，通过 <member ... role='...'/> 表达。通用 role：

refers：规则来源（标志/信号灯等）
cancels：规则结束标志（若适用）
ref_line：规则生效/停止线（常为 stop_line 线）
cancel_line：规则失效线（若适用）

7.2.1 role 是"字符串协议"

Regulatory element 的 role 本质上是字符串协议：TrafficRules/相关算法会按约定字符串查找参数。因此：

role 名称必须与文档/实现一致（例如 ref_line 不是 refline）
建图时建议复用官方文档中的 role 字符串；新增自定义 role 时需要同步实现对应的 TrafficRule/RegulatoryElement 逻辑

7.3 常见规则元素的结构

下面给出文档中的典型结构（并在 §9 对应到 mapping_example.osm 的真实片段）。

7.3.1 Traffic Light（`subtype=traffic_light`）

refers：信号灯（通常是 type=traffic_light 的 way）
ref_line：停止线（可选；缺失时默认为 lanelet/area 末端）

官方示例：

xml 复制代码

<relation id='1'>
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <tag k='subtype' v='traffic_light' />
  <member type='way' ref='2' role='ref_line' />
  <member type='way' ref='3' role='refers' />
</relation>

7.3.2 Speed Limit（`subtype=speed_limit`）

两种方式：

由限速牌构成：refers 指向 type=traffic_sign 的 way，TrafficRules 从 traffic_sign 的 subtype 解释出具体限速。
非标志来源：在 regulatory element 上用 sign_type tag 直接写速度（值带单位，如 50 km/h；无单位默认 km/h）。

官方示例（由标志构成）：

xml 复制代码

<relation id='1'>
  <tag k='subtype' v='speed_limit' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <member type='way' ref='2' role='refers' />
</relation>

7.3.3 Traffic Sign（`subtype=traffic_sign`）

通用交通标志规则（不限于限速）：

refers：构成规则的标志
cancels：结束标志（如"解除禁止超车"）
ref_line/cancel_line：精确定义生效/失效位置

文档还强调：若 ref_line/cancel_line 与所引用 lanelet/area 有交点，则规则生效区间可按交点裁切；否则规则可能作用于整条 lanelet/area（具体实现依 TrafficRules）。

7.3.4 Right of Way（`subtype=right_of_way`）

用于修改路口默认"先到先行"的规则。roles：

yield：需要让行的 lanelet（member type=relation，引用 lanelet relation）
right_of_way：拥有优先权的 lanelet（同上）
ref_line：让行 lanelet 的停车/让行线（可选；缺失则为 yield lanelet 末端）

重要一致性约束：被 right_of_way 规则引用到的 lanelet，通常也需要在 lanelet 自身通过 role=regulatory_element 引用该规则元素（形成双向关联），文档明确指出这一点。

7.3.5 All Way Stop（`subtype=all_way_stop`）

四向停止等场景：让行顺序取决于到达顺序与路线。

roles：

yield：所有可能需要让行的 lanelet（通常是路口各入口 lanelet）
refers：构成规则的 stop 标志牌
ref_line：每个 yield lanelet 对应的停止线

关键约束（官方文档明确强调）：

为了避免停止线与 lanelet 的匹配歧义，All Way Stop 规则元素的 ref_line 必须满足以下条件之一：

所有 yield lanelet 都没有 ref_line（停止位置默认为 lanelet 末端）
每个 yield lanelet 恰好对应一个 ref_line ，且 ref_line 的顺序与 yield lanelet 的顺序一一对应

错误示例：

xml 复制代码

<!-- 错误：4个 yield lanelet 但只有2个 ref_line，无法确定对应关系 -->
<relation id='600'>
  <member type='relation' ref='701' role='yield' />
  <member type='relation' ref='702' role='yield' />
  <member type='relation' ref='703' role='yield' />
  <member type='relation' ref='704' role='yield' />
  <member type='way' ref='510' role='ref_line' />  <!-- 缺少2个 -->
  <member type='way' ref='511' role='ref_line' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <tag k='subtype' v='all_way_stop' />
</relation>

正确示例：

xml 复制代码

<!-- 正确：4个 yield lanelet 对应4个 ref_line，顺序一致 -->
<relation id='600'>
  <member type='relation' ref='701' role='yield' />   <!-- 对应 ref_line 510 -->
  <member type='relation' ref='702' role='yield' />   <!-- 对应 ref_line 511 -->
  <member type='relation' ref='703' role='yield' />   <!-- 对应 ref_line 512 -->
  <member type='relation' ref='704' role='yield' />   <!-- 对应 ref_line 513 -->
  <member type='way' ref='510' role='ref_line' />
  <member type='way' ref='511' role='ref_line' />
  <member type='way' ref='512' role='ref_line' />
  <member type='way' ref='513' role='ref_line' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
  <tag k='subtype' v='all_way_stop' />
</relation>

官方原文强调（RegulatoryElementTagging.md）：

"To avoid confusion when matching lanelets and stop lines, an All Way Stop regelem is only valid if either no lanelet has a stop line or all lanelets have exactly one."

7.4 常见规则元素组合错误

基于官方文档和实践经验，以下是最常见的 regulatory element 使用错误：

错误类型	表现	排查方法	正确做法
错误1：单向引用	TrafficRules 未发现规则	检查 lanelet 是否包含 `role=regulatory_element` 成员	确保双向引用（见 §7.1）
错误2：ref_line 不相交	停止线位置推断失败	检查 ref_line 与 yield lanelet 是否有交点	ref_line 应横跨或至少触及 lanelet 几何
错误3：All Way Stop 匹配失败	解析错误或停止线对应错误	检查 yield lanelet 数量与 ref_line 数量	要么全无 ref_line，要么数量、顺序一致（见 §7.3.5）
错误4：traffic_sign subtype 无法解释	限速/禁令未生效	检查 TrafficRules 是否支持该 subtype	使用 `sign_type` tag 作为兜底（见 §7.3.2）
错误5：多个规则冲突	规则优先级不明确	检查是否有多个非 fallback 规则作用于同一 lanelet	使用 `fallback=yes` 明确优先级（见 §7.1.1）
错误6：dynamic 规则被忽略	动态限速未生效	检查 TrafficRules 是否实现了 dynamic 规则处理	默认 TrafficRules 会忽略 dynamic，需自定义实现

错误诊断示例：

场景：限速规则未生效

排查步骤：

检查 regulatory element 是否被 lanelet 引用

bash 复制代码

# 在 .osm 文件中搜索 lanelet relation，查看是否包含该 regulatory element
grep -A 20 "relation id='<lanelet_id>'" map.osm | grep "regulatory_element"

检查 traffic_sign subtype 是否可解释

bash 复制代码

# 查看 traffic_sign 的 subtype
grep -A 5 "way id='<sign_id>'" map.osm | grep "subtype"
# 确认 TrafficRules 是否支持该 subtype，或使用 sign_type 兜底

检查是否有多个限速规则冲突

bash 复制代码

# 查找所有引用该 lanelet 的 speed_limit 规则
grep -B 5 "ref='<lanelet_id>'" map.osm | grep "speed_limit"

8. 格式硬约束

lanelet 成员仅限：left/right/centerline（way）和 regulatory_element（relation）
Area 使用 type=multipolygon，按点连接顺序解析孔洞
relation 必须有正确的 type，否则被忽略
Tag key 使用小写

8.1 共享边界与车道拓扑

核心机制 ：相邻车道共享边界 way，一个车道的 right 同时是另一个的 left。

影响：

变道图建立（左右邻接关系）
边界连续性保证
变道规则推断（根据共享边界的线型）

9. 官方示例解读

样例文件：

mapping_example.osm：完整示例（lanelet/multipolygon/regulatory_element等）
mapping_example-debug.osm：调试输出（routing_cost、拓扑关系）

官方路径：

GitHub仓库：Lanelet2/lanelet2_maps
示例文件位置：lanelet2_maps/res/mapping_example.osm
完整URL：https://github.com/fzi-forschungszentrum-informatik/Lanelet2/blob/master/lanelet2_maps/res/mapping_example.osm

9.1 全局统计（快速建立直觉）

mapping_example.osm：

元素数量：node=2258, way=1141, relation=456
地理范围（WGS84）：lat 约 49.0018~49.0111，lon 约 8.4119~8.4588
出现的 tag keys（按 node/way/relation 汇总）：type/subtype/location/region/one_way/participant:*，以及 ele、fallback

mapping_example-debug.osm：

元素数量：node=328, way=436
主要 tag keys：relation, relation_reverse, routing_cost, routing_cost_reverse（用于表达路由图边/代价）

9.2 这个样例里有哪些 lanelet / area / rules？

relation（按 type/subtype）的主要分布：

lanelet：
- subtype=road（最多）
- subtype=bicycle_lane/crosswalk/highway/rail/walkway 等
multipolygon：
- vegetation/walkway/parking/traffic_island/building/exit/keepout 等
regulatory_element：
- traffic_light
- right_of_way
- speed_limit

9.3 lanelet relation 的成员形态（与 lanelet2_maps 规则一致）

在 mapping_example.osm 中，lanelet 的成员 role 统计（可见其结构非常"规整"）：

left：371 次
right：371 次
regulatory_element：26 次
centerline：未出现（说明本样例不依赖 centerline；Lanelet2 可在需要时生成/推导）

示例片段（节选，实际见文件）：

xml 复制代码

<relation id='45216'>
  <member type='way' ref='43978' role='left' />
  <member type='way' ref='43974' role='right' />
  <tag k='location' v='urban' />
  <tag k='one_way' v='yes' />
  <tag k='region' v='de' />
  <tag k='subtype' v='road' />
  <tag k='type' v='lanelet' />
</relation>

9.4 线要素（ways）的类型

本样例中 <way> 的 type/subtype 组合：

边界/道路结构：road_border, curbstone(low/high), wall, fence, guard_rail, virtual
车道线：line_thin(solid/dashed), line_thick(solid/dashed)，以及 dashed_solid/solid_dashed
停止线：stop_line
行人/自行车标线：pedestrian_marking, zebra_marking, bike_marking
交通标志：traffic_sign(subtype=de205/de301/de274_1/...)
信号灯：traffic_light(subtype=red_yellow_green/...)
路面符号：symbol(subtype=30)（例如道路上画的"30"限速字样）

它们决定了可行驶走廊边界、是否允许变道、路口停止位置与信号灯约束来源。

9.5 regulatory element 的真实结构

9.5.1 traffic_light regulatory element

样例中可见：

ref_line 指向某条 way（停止线）
refers 指向 1~N 条信号灯 way（type=traffic_light）

例如（节选）：

xml 复制代码

<relation id='45218'>
  <member type='way' ref='43606' role='ref_line' />
  <member type='way' ref='49639' role='refers' />
  <member type='way' ref='44960' role='refers' />
  <tag k='subtype' v='traffic_light' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
</relation>

9.5.2 right_of_way regulatory element

样例中可见：

ref_line：停止/让行线
refers：让行/优先标志牌（type=traffic_sign 的 way）
yield / right_of_way：直接引用 lanelet relation（member type=relation）
fallback=yes：低优先级（例如"信号灯坏了才用"）

（节选）：

xml 复制代码

<relation id='45230'>
  <member type='way' ref='43584' role='ref_line' />
  <member type='way' ref='85773' role='refers' />
  <member type='relation' ref='44968' role='right_of_way' />
  <member type='relation' ref='45014' role='yield' />
  <tag k='fallback' v='yes' />
  <tag k='subtype' v='right_of_way' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
</relation>

9.5.3 speed_limit regulatory element

样例中 speed_limit 规则元素非常精简：只用 refers 指向一个限速牌：

xml 复制代码

<relation id='45390'>
  <member type='way' ref='44952' role='refers' />
  <tag k='subtype' v='speed_limit' />
  <tag k='type' v='regulatory_element' />
</relation>

对应的限速牌 way（节选）：

xml 复制代码

<way id='44952'>
  <tag k='subtype' v='de274_1' />
  <tag k='type' v='traffic_sign' />
</way>

TrafficRules 会根据 traffic_sign.subtype（地区+编号）解释出具体限速（或你也可以用 sign_type 在规则元素上直接写速度值，见 §7.3.2）。

10. 自动驾驶应用

10.1 几何层

边界：定义可通行空间和变道约束
线型：决定横向可达性（实线不可变道，虚线可变道）
环境要素：标识不可通行区域

规划器用途：参考线、横向边界、代价地图

10.2 拓扑层

路由图构建：

Successor：前后继关系
Left/Right：左右邻接（变道）
Merging/Splitting：汇入分流

10.3 规则层

关键规则：

participant:*：通行参与者
one_way*：行驶方向
speed_limit：速度约束
traffic_light：信号灯与停止线
right_of_way：让行/先行规则

规划器用途：停止线约束、通行权判断、速度上限

11. 制作地图实践建议

11.1 标签一致性

Tag key 使用小写
region 与 traffic sign subtype 匹配
严格遵守 lanelet 成员角色规范
保持规则元素与 lanelet 双向引用

11.2 变道语义

默认按边界线型推断
使用 lane_change 显式覆盖

11.3 限速表达优先级

speed_limit regulatory element（推荐）
lanelet 的 speed_limit 属性
默认推断（不推荐）

免责声明

本文档仅供技术学习和交流使用，内容基于作者对Lanelet2地图格式和OpenStreetMap规范的个人理解和分析整理。

重要提示：

本文档不代表Lanelet2官方文档或OpenStreetMap官方规范
文档内容为个人学习整理，仅供参考
Lanelet2是开源项目，遵循BSD 3-Clause许可证，版权归原作者所有
OpenStreetMap数据遵循ODbL许可协议
实际使用Lanelet2时应参考官方文档：
- Lanelet2: https://github.com/fzi-forschungszentrum-informatik/Lanelet2
- OpenStreetMap Wiki: https://wiki.openstreetmap.org/
文档内容可能存在理解偏差或过时信息，欢迎指正
不同版本的Lanelet2和TrafficRules实现可能存在差异，请以实际使用版本为准
因使用本文档产生的任何后果由使用者自行承担

参考来源：

Lanelet2 官方文档（LaneletAndAreaTagging、LinestringTagging、RegulatoryElementTagging）
Lanelet2 maps 映射规则
OpenStreetMap Wiki

0302:Lanelet2 地图概述

1. Lanelet2 地图概述

1.1 核心概念

2. OSM XML 基础

2.1 坐标与单位

2.2 ID 与引用

3. 语义层映射

3.1 LineString ↔ OSM Way

3.2 Polygon ↔ OSM Way（带 area=yes）

3.3 Lanelet ↔ OSM Relation（type=lanelet）

3.4 Area ↔ OSM Relation（type=multipolygon）

3.5 Regulatory Element ↔ OSM Relation（type=regulatory_element）

3.6 Lanelet2 基本元素与 OSM 元素映射详解

3.6.1 Point 与 OSM Node 的映射

3.6.2 LineString 与 OSM Way 的映射

3.6.3 Polygon 与 OSM Way 的映射

3.6.4 Attributes 与 Tags 的区别（重要）

3.6.5 基本元素映射总结表

4. "最小可用"Lanelet2-OSM

4.1 一个"最小 lanelet"的 OSM/XML 示例

5. Lanelet / Area 的标签

5.0 自洽性原则

5.1 关键标签：subtype 与 location

5.2 覆盖机制：participant:* 与 speed_limit*

5.3 方向性：one_way 与 one_way:<participant>

5.4 其他可选标签

5.5 TrafficRules 机制与覆盖优先级

5.6 兼容性提示：布尔值写法

6. Linestring（OSM Way）标签：边界/符号/标志/信号灯

6.1 车道边界（Lane Boundary）类型与变道推断

6.1.1 强制覆盖变道（lane_change）

6.1.2 其他常见边界类型

6.2 可选几何尺寸标签：width / height

6.2.1 "虚线的每一段"如何表达（Individual Dashes）

6.3 路面符号（Symbols）

6.4 交通标志（Traffic Signs）

6.5 交通信号灯（Traffic Lights）

7. RegulatoryElement（规则元素）

7.1 核心约束

7.1.1 Dynamic 与 Fallback 的实际应用

7.2 parameters（成员）与通用 role

7.2.1 role 是"字符串协议"

7.3 常见规则元素的结构

7.3.1 Traffic Light（subtype=traffic_light）

7.3.2 Speed Limit（subtype=speed_limit）

7.3.3 Traffic Sign（subtype=traffic_sign）

7.3.4 Right of Way（subtype=right_of_way）

7.3.5 All Way Stop（subtype=all_way_stop）

7.4 常见规则元素组合错误

8. 格式硬约束

8.1 共享边界与车道拓扑

9. 官方示例解读

9.1 全局统计（快速建立直觉）

9.2 这个样例里有哪些 lanelet / area / rules？

9.3 lanelet relation 的成员形态（与 lanelet2_maps 规则一致）

9.4 线要素（ways）的类型

9.5 regulatory element 的真实结构

9.5.1 traffic_light regulatory element

9.5.2 right_of_way regulatory element

9.5.3 speed_limit regulatory element

10. 自动驾驶应用

10.1 几何层

10.2 拓扑层

10.3 规则层

11. 制作地图实践建议

11.1 标签一致性

11.2 变道语义

11.3 限速表达优先级

免责声明

3.2 Polygon ↔ OSM Way（带 `area=yes`）

3.3 Lanelet ↔ OSM Relation（`type=lanelet`）

3.4 Area ↔ OSM Relation（`type=multipolygon`）

3.5 Regulatory Element ↔ OSM Relation（`type=regulatory_element`）

5.1 关键标签：`subtype` 与 `location`

5.2 覆盖机制：`participant:` 与 `speed_limit`

5.3 方向性：`one_way` 与 `one_way:<participant>`

6.2 可选几何尺寸标签：`width` / `height`

7.3.1 Traffic Light（`subtype=traffic_light`）

7.3.2 Speed Limit（`subtype=speed_limit`）

7.3.3 Traffic Sign（`subtype=traffic_sign`）

7.3.4 Right of Way（`subtype=right_of_way`）

7.3.5 All Way Stop（`subtype=all_way_stop`）