amcl_demo之地图服务器——map_server

在amcl_demo的launch文件中，通过如下的形式开启了map_server。首先根据系统环境变量"TURTLEBOT_GAZEBO_MAP_FILE"指定地图文件。然后开启ROS节点map_server提供地图服务。

        <arg name="map_file" default="$(env TURTLEBOT_GAZEBO_MAP_FILE)"/>
        <node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(arg map_file)" />

我们也可以通过如下指令完成相同的操作。首先需要保证roscore存在，如果不存在，我们可以通过下面的第一行语句将之打开。该语句最后的'&'是类Unix系统的一个特性，可以通过后台的形式运行roscore。然后，通过rosrun工具加载map_server节点。该指令通过`echo $TURTLEBOT_GAZEBO_MAP_FILE`获取环境变量，即map_server的地图文件。

        $ roscore &
        $ rosrun map_server map_server `echo $TURTLEBOT_GAZEBO_MAP_FILE`

地图服务器通过服务的形式提供地图数据，它是amcl_demo的导航系统运行的基本数据之一。本文先介绍地图文件的格式，再介绍map_server的功能和使用方法，源码分析不是本文所要讨论的内容。

1. 地图文件格式

通过如下指令我们可以找到demo所用的地图文件，它是turtlebot_gazebo包的目录maps下的一个yaml文件。yaml是一种描述语言，类似于xml,html，只是格式相对简单很多。

        $ echo $TURTLEBOT_GAZEBO_MAP_FILE
        /home/xxx/catkin_ws/src/turtlebot_simulator/turtlebot_gazebo/maps/playground.yaml

我们查看一下存放地图文件的目录，里面一共有两个文件。这两个文件一起描述了地图数据，其中playground.yaml描述了地图的基本信息(metadata)，playground.pgm则是一个图片，如下面右图所示，它描述了地图中实际的占用信息。

        $ roscd turtlebot_gazebo/maps/
        $ ls
        playground.pgm  playground.yaml

下面是文件playground.yaml的内容。

        free_thresh: 0.196
        image: playground.pgm
        negate: 0
        occupied_thresh: 0.65
        origin: [-6.8999999999999915, -5.8999999999999915, 0.0]
        resolution: 0.05

其中字段image指示了实际的地图图片，这里是playground.pgm。我们也完全可以使用"*.png, *.jpg"的图片当作地图。一般都是用灰度图的，彩色图片也可以的，map_server会将之转换为灰度图后再进行处理。图片中像素越接近于白色，对应的删格是空闲的可能性就越大。相应的，像素越深越可能被占用。在ymal文件中字段free_thresh和occupied_thresh是两个阈值，用于判定对应删格是否空闲。两个阈值之间的范围被认为是未知的环境，不确定是否被占用了。

字段negate标志着是否反转图像灰度对应占用概率的逻辑。而origin以$(x, y, yaw)$的形式描述了图像中左下角的像素在地图中的位置和方向角，$yaw = 0$表示地图没有转动。 resolution描述了地图的分辨率，单位为米每像素(meters / pixel)。

2. map_server

我们以文初的终端指令的形式运行map_server，可以使用工具rosnode来查看运行节点的信息。通过$ rosnode list我们可以获取当前ROS系统中运行的节点。其中'/map_server_"后面跟着一串数字的节点正是我们的研究对象，'/rosout'则是伴随着roscore一起运行的节点。

        $ rosnode list 
        /map_server_1560416807248702808
        /rosout

我们通过指令$ rosnode info获取了地图服务器节点的运行信息。从输出结果来看，该节点没有订阅任何主题，发布了'/map','/map_metadata'和'/rosout'三个主题。其中'/rosout'与系统的日志相关，主要用于打印调试信息。'/map'和'/map_metadata'是两个latched topic。这种latched topic发布了最后一条消息后，ros会将之保存下来，每当右新的订阅者出现时，就会自动的发送最后信息到该订阅器。我们可以通过订阅'/map'或者'/map_metadata'来获取地图信息。

        $ rosnode info /map_server_1560416807248702808 
        --------------------------------------------------------------------------------
        Node [/map_server_1560416807248702808]
        Publications: 
         * /map [nav_msgs/OccupancyGrid]
         * /map_metadata [nav_msgs/MapMetaData]
         * /rosout [rosgraph_msgs/Log]
        
        Subscriptions: None

下面是指令$ rosnode info输出信息的一部分。我们除了订阅'/map'来获取地图信息之外，还可以通过服务'/static_map'获取地图信息。个人认为，地图服务器还应该提供一个set_map的服务用于更新地图信息。

        Services: 
         * /map_server_1560416807248702808/get_loggers
         * /map_server_1560416807248702808/set_logger_level
         * /static_map

3. 完

map_server在acml_demo中扮演了地图数据提供者的角色。它发布了'/map'和'/map_metadata'两个latched主题，我们可以通过订阅这两个主题来获取地图信息。此外，还可以通过服务'/static_map'获取地图信息。