ROS原理与技术应用

党的二十大报告指出：“统筹职业教育、高等教育、继续教育协同创新，推进职普融通、产教融合、科教融汇，优化职业教育类型定位。”产教融合是培养智能网联汽车产业端所需的素质高、专业技术全面、技能熟练的大国工匠、高技能人才的重要方式，也是我们教材体系建设的重要依据。
2022年11月上旬，工业和信息化部与公安部联合发布《关于开展智能网联汽车准入和上路通行试点工作的通知（征求意见稿）》。在电动化、智能化、网联化、共享化已成为汽车产业发展趋势的当下，政策的利好更进一步地推动了产业的健康发展。工业和信息化部数据显示，2022年上半年，我国具备组合驾驶辅助功能的乘用车销量达288万辆，渗透率提高至32.4%，同比增长46.2%。国家智能网联汽车创新中心数据显示，到2025年，我国智能网联汽车产业仅汽车部分新增产值将超过1万亿元；到2030年，汽车部分新增的产值将达到2.8万亿元。智能网联汽车行业的快速发展推进了产业端对人才的需求，根据等三部门联合印发的《制造业人才发展规划指南》，未来节能与新能源汽车人才缺口为103万人，智能网联汽车人才缺口为3.7万人，汽车行业技术人才、数字化人才非常稀缺。而智能网联汽车产业作为汽车、电子、信息、交通、定位导航、网络通信、互联网应用等行业领域深度融合的新兴产业，院校在专业建设时往往会遇到行业就业岗位模糊、专业建设核心不清等情况。在政策大力支持、产业蓬勃发展的大背景下，为满足行业对智能网联汽车技术专业人才的需要，促进中高职院校汽车专业建设，特编写本教材。
本教材围绕智能网联相关专业“岗课赛证”综合育人的教育理念与教学要求，基于“学生为核心、能力为导向、任务为引领”的理念编写。在对智能网联技术技能人才岗位特点、1 X职业技能等级证书和“校—省—国家”三级大赛体系进行调研的基础上，分析出岗位典型工作任务，进而创设真实的工作情景，引入企业岗位真实的生产项目，强化产教融合深度，从而构建整套系统化的课程体系。
本书共分为6个能力模块，能力模块一为掌握车身硬件的搭建方法，讲解了“智慧猫”桌面小车的车身组件、车身结构的拼装、车身电路的连接和线控底盘串口的调试；能力模块二为掌握操作系统的安装与使用方法，讲解了Ubuntu系统的安装与基本操作；能力模块三为掌握自动驾驶系统的安装与使用方法，讲解了ROS的安装与ROS文件系统和ROS通信系统的构建；能力模块四为掌握线控底盘的调试方法，讲解了自动驾驶系统的远程登录、线控底盘通信功能包的调试、线控底盘行驶速度的校准和线控底盘的远程控制；能力模块五为掌握激光雷达地图构建与导航的方法，讲解了激光雷达地图的构建与激光雷达自主导航的实现；能力模块六为掌握视觉传感器的应用方法，讲解了深度视觉跟随功能和车道线识别与巡线功能的实现。
能力模块 理论学时 实践学时 权重
能力模块一 掌握车身硬件的搭建方法 4 4 12%
能力模块二 掌握操作系统的安装与使用方法 3 4 11%
能力模块三 掌握自动驾驶系统的安装与使用方法 6 11 27%
能力模块四 掌握线控底盘的调试方法 4 8 19%
能力模块五 掌握激光雷达地图构建与导航的方法 4 7 17%
能力模块六 掌握视觉传感器的应用方法 3 6 14%
总计 24 40 100%
由于编者水平有限，本书内容的深度和广度尚存在欠缺，欢迎广大读者予以批评指正。

编 者

本书分为“掌握车身硬件的搭建方法”“掌握操作系统的安装与使用方法”“掌握自动驾驶系统的安装与使用方法”“掌握线控底盘的调试方法”“掌握激光雷达地图构建与导航的方法”“掌握视觉传感器的应用方法”6个能力模块，并下设21个任务。全书以“做中学”为主导，以程序性知识为主体，配以必要的陈述性知识和策略性知识，重点强化“如何做”，将必要知识点穿插于各个“做”的步骤中，使学生边学习、边实践，同时将“课程思政”融入课程的培养目标，在实训教学中渗透理论的讲解，使所学到的知识能够融会贯通，让学生具有独立思考、将理论运用于实践的动手能力，成为从事智能网联汽车相关工作的高素质技能型专业人才。
本书内容通俗易懂，可作为职业院校新能源汽车技术、智能网联汽车技术、智能网联汽车工程技术等专业教材，也可供从事本专业工作的工程技术人员参考。

序
前言
能力模块一 01
掌握车身硬件的搭建方法 /001
任务一 认知车身组件 /001
任务二 完成车身结构的拼装 /013
任务三 完成车身电路的连接 /020
任务四 完成基础线控底盘串口调试 /026
能力模块二 02
掌握操作系统的安装与使用方法 /038
任务一 认知Ubuntu系统 /038
任务二 安装Ubuntu系统 /047
任务三 掌握Ubuntu系统的基本操作 /060
能力模块三 03
掌握自动驾驶系统的安装与使用方法 /088
任务一 认知ROS /088
任务二 安装ROS /100
任务三 完成ROS文件系统构建 /111
任务四 完成ROS通信系统构建 /123
能力模块四 04
掌握线控底盘的调试方法 /141
任务一 实现自动驾驶系统的远程登录 /141
任务二 完成线控底盘通信功能包的调试 /148
任务三 完成线控底盘行驶速度的校准 /157
任务四 实现线控底盘运动远程控制 /165
能力模块五 05
掌握激光雷达地图构建
与导航的方法 /174
任务一 认知激光雷达 /174
任务二 构建激光雷达地图 /185
任务三 实现激光雷达自主导航 /199
掌握视觉传感器的应用方法 /207
能力模块六 06
任务一 认知视觉传感器 /207
任务二 实现深度视觉跟随功能 /221
任务三 实现车道线识别与巡线功能 /227
参考文献 /235

本书分为“掌握车身硬件的搭建方法”“掌握操作系统的安装与使用方法”“掌握自动驾驶系统的安装与使用方法”“掌握线控底盘的调试方法”“掌握激光雷达地图构建与导航的方法”“掌握视觉传感器的应用方法”6个能力模块，并下设21个任务。全书以“做中学”为主导，以程序性知识为主体，配以必要的陈述性知识和策略性知识，重点强化“如何做”，将必要知识点穿插于各个“做”的步骤中，使学生边学习、边实践，同时将“课程思政”融入课程的培养目标，在实训教学中渗透理论的讲解，使所学到的知识能够融会贯通，让学生具有独立思考、将理论运用于实践的动手能力，成为从事智能网联汽车相关工作的高素质技能型专业人才。
本书内容通俗易懂，可作为职业院校新能源汽车技术、智能网联汽车技术、智能网联汽车工程技术等专业教材，也可供从事本专业工作的工程技术人员参考。

为了响应高速发展的智能网联汽车产业对素质高、专业技术全面、技能熟练的大国工匠、高技能人才的迫切需求，为了响应《国家职业教育改革实施方案》提出的“建设一大批校企‘双元’合作开发的国家规划教材，倡导使用新型活页式、工作手册式教材并配套开发信息化资源”的倡议，行云新能科技（深圳）有限公司联合中高职院校的一线教学老师与华为、英特尔、百度等行业内头部企业共同开发了智能网联汽车专业“岗课赛证”融通活页式创新教材。
本套“智能网联汽车专业‘岗课赛证’融通活页式创新教材”包括《智能网联汽车概论》《Arduino编程控制与应用》《Python人工智能技术与应用》《ROS原理与技术应用》《智能网联汽车传感器技术与应用》《智能驾驶计算平台应用技术》《汽车线控底盘与智能控制》《车联网技术与应用》《汽车智能座舱系统与应用》《车辆自动驾驶系统应用》《智能网联汽车仿真与测试》共十一本，力求突出以下特点：
1）以学生为中心。活页式教材具备“工作活页”和“教材”的双重属性，这种双重属性直接赋予了活页式教材在装订形式与内容更新上的灵活性。这种灵活性使得教材可以依据产业发展及时调整相关教学内容与案例，以培养学生的综合职业能力为总目标，其中每一个能力模块都是完整的行动任务。按照 “以学生为中心”的思路进行教材开发设计，将“教学资料”的特征和“学习资料”的功能完美结合，使学生具备职业特定技能、行业通用技能以及伴随终身的可持续发展的核心能力。
2）以职业能力为本位。在教材编写之前，我们全面分析了智能网联汽车技术领域的特征，根据智能网联汽车企业对智能传感设备标定工程师、高精度地图数据采集处理工程师、智能网联汽车测试评价工程师、智能网联汽车系统装调工程师、智能网联汽车技术支持工程师等岗位的能力要求，对职业岗位进行能力分解，提炼出完成各项任务应具备的知识和能力。以此为基础进行教材内容的选择和结构设计，人才培养与社会需求的无缝衔接，最终实现学以致用的根本目标。同时，在内容设置方面，还尽可能与国家及行业相关技术岗位职业资格标准衔接，力求符合职业技能鉴定的要求，为学生获得相关的职业认证提供帮助。
3）以学习成果为导向。智能网联汽车横跨诸多领域，这使得相关专业的学生在学习过程中往往会感到无从下手，我们利用活页式教材的特点来解决此问题，活页式教材是一种以模块化为特征的教材形式，它将一本书分成多个独立的模块，以某种顺序组合在一起，从而形成相应的教学逻辑。教材的每个模块都可以单独制作和更新，便于保持内容的时效性和精准性。通过发挥活页式教材的特点，我们将实际工作所需的理论知识与技能相结合，以工作过程为主线，便于学生在实际的操作过程中掌握工作所需的技能和加深对理论知识的认知。
总体而言，本活页式教材以学生为中心，以职业能力为本位，以学习成果为导向，让学生在教师指导下经历完整的工作过程，创设沉浸式教学环境，并在交互体验的过程中构建专业知识，训练专业技能，从而促进学生自主学习能力的提升。每一个任务均以学习目标、知识索引、情境导入、获取信息、任务分组、工作计划、进行决策、任务实施、评价反馈这九个环节为主线，帮助学生在动手操作和了解行业发展的过程中领会团结合作的重要性，培养执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越的工匠精神。在每个能力模块中引入了拓展阅读，将爱党、爱国、爱业、爱史与爱岗教育融入课程中。为满足“人人皆学、处处能学、时时可学”的需要，本活页式教材同时搭配微课等数字化资源辅助学习。