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自动驾驶系列科普 | OpenDRIVE静态场景语言的通用架构——坐标系概况
科普，就像一座灯座，照亮探索未知世界的道路。在这个信息爆炸的时代，需要将真实、准确的科学知识以简洁、易懂的方式传递给读者，更全面地认识科技发展带来的便利。
本篇是自动驾驶系列科普的第八篇，将主要介绍ASAM OpenDRIVE标准静态场景语言的坐标系。让我们一同踏上神奇的科普之旅，探索无限可能。
01 坐标系概况
OpenDRIVE中可以使用的坐标系如下图所示：
OpenDRIVE可使用的坐标系
若无另外说明，对局部坐标系的查找与定位将相对于参考线坐标系来进行。对参考线坐标系位置与方向的设定则相对于惯性坐标系来开展，具体方法为对原点、原点的航向角/偏航角、横摆角、翻滚角和俯仰角的旋转角度及它们之间的关系进行详细说明。
OpenDRIVE中坐标系之间的相互关系
02 惯性坐标系
根据ISO 8855标准规定，惯性坐标系是右手坐标系，其轴的指向方向如下：x轴表示右方；y轴表示上方；z轴表示指向绘图平面外。
以下惯例适用于地理参考：x轴表示东边；y轴表示北边；z轴表示上方。通过依次设置航向角/偏航角（heading）、俯仰角（pitch）和横摆角/翻滚角（roll），元素（如物体、标志等）可被置于惯性坐标系中。
含有旋转定义的惯性坐标系
惯性坐标系（带旋转定义）
x′/y′/（z′=z）指的是以航向角/偏航角围绕z轴旋转x/y/z轴之后的坐标系。坐标系x″/（y″=y′）/z″指的是以俯仰角围绕y′轴旋转x′/y′/z′轴之后的坐标系。最后，坐标系（x′″=x″）/y′″/z′″在用横摆角/翻滚角旋转 x″/y″/z″后获得。
03 参考线坐标系
参考线坐标系同样也是右手坐标系，应用于道路参考线。
s方向跟随着参考线的切线方向。这里需要说明的是：参考线总是被放置在由惯性坐标系定义的x/y平面里。t方向与s方向成正交。在定义完垂直于x 轴和y轴、朝上的h方向后，整个右手坐标系才算完成。被定义的自由度如下图所示。
参考线坐标系
s表示坐标沿参考线，以m为单位，由道路参考线的起点开始测量，在xy平面中计算（这里不考虑道路的高程剖面）。t表示侧面，在惯性x/y平面里正向向左。h表示在右手坐标系中垂直于st平面。
参考线系（带旋转定义）
与惯性系相似，s′/t′/h′与s′″/t′″/h′″指的是围绕航向角/偏航角和横摆角/ 翻滚角旋转后得到的坐标系。如下图所示，通过提供原点坐标以及相对于惯性坐标系原点的方向（航向角/偏航角），参考线坐标系可被置于惯性空 间中。
航向角/偏航角在参考线中
超高程导致参考线内产生横摆角/翻滚角，如下图所示。
横摆角/翻滚角在参考线中
俯仰角在s/t/h轴坐标系中不可能出现，参考线的高程如下图所示。高程对 s的长度不产生影响。
在参考线中的高程
04 局部坐标系
根据ISO 8855标准，局部坐标系是右手坐标系，其轴的指向方向如下（以 下内容适用于非旋转坐标系）：u表示向前匹配s。v表示向左匹配t。z表示向上匹配h。可通过依次设置航向角/偏航角、俯仰角和横摆角/翻滚角，将元素（例如物体）置于局部坐标系中，如下图所示。
局部坐标系（带旋转定义）
带航向角/偏航角、俯仰角和横摆角/翻滚角的局部坐标系
下图展示了对应角的正轴与正方向。局部坐标系只能通过以下方法被置于参考线空间中：在参考线坐标系中提供局部坐标系的原点和相对于参考线坐标系、局部系原点的方向（航向角/偏航角）。
相对于参考线坐标系的局部坐标系
惯性坐标系、参考线坐标系和局部坐标系将在OpenDRIVE中同时被使用。
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