rosbag、回放与离线测试

rosbag、回放与离线测试

前端 bug 常保存 JSON fixture 或录屏；机器人则可以用 rosbag 记录 topic、时间和连接上下文，再在没有真实设备的环境中回放。bag 不只是“数据文件”：它保留了消息序列和时间间隔，回放节点的参数、QoS 和 /clock 设置决定测试是否重现现场。先把现场问题缩成可保留、可脱敏、可自动比较的输入。

学习目标

• 能把 JS/TS 中保存 JSON fixture 的经验迁移到选择 topic、TF、诊断和配置，建立可脱敏、可复现的现场证据。
• 能理解 bag 时间、消息时间和 wall/steady clock 的区别，并用 /clock 正确回放。
• 能把人工观察转成计数、延迟、年龄和输出误差组成的离线回归验收。

把现场问题变成固定输入

await recordSession("scan", "imu");
await replay("session.json", message => pipeline(message));
expect(metrics.invalid).toBe(3);

ros2 bag record /scan /imu /tf -o session
ros2 bag play session --clock
// test node consumes replayed topics and publishes metrics

记录 /tf、参数和相关诊断 topic，否则离线处理可能缺少坐标或无法解释异常。ros2 bag info 先确认 topic、消息类型、起止时间和数量；回放时用 use_sim_time 的节点订阅 /clock，时间驱动的超时才会和现场节奏一致。对高频流可以调整 rate，但要知道它会改变并发和延迟行为。

记录和回放的最小流程

ros2 bag record /scan /imu /tf -o bad_range_2026_09_12
ros2 bag info bad_range_2026_09_12
ros2 bag play bad_range_2026_09_12 --clock --rate 1.0
ros2 topic echo /diagnostics

生产记录要注意磁盘、隐私和保留期限；只记录必要 topic，给 bag 名称带设备/版本/时间。回放测试要固定参数文件、节点 namespace 和输出窗口，不能让当前工作区的旧配置悄悄影响结果。自动判定可以比较输出消息数量、错误计数、最大输入年龄、最终状态和控制命令边界。

时间、QoS 和确定性

bag 里有消息的原始时间戳，但回放传输仍受 executor 和 QoS 影响。可靠性策略不兼容时，bag 正常播放而订阅者收不到；先用 ros2 topic info --verbose 检查端点。节点使用 wall clock 而其它节点使用 simulated clock，会出现超时立即触发或永不触发。对非确定算法固定随机种子，确保处理器只读取明确的输入和参数。

常见编译、链接、运行时错误

找不到消息类型先检查接口包和 overlay；C++ 测试节点链接失败看 ament 依赖与生成头文件。回放无输出时依次查 bag topic 名、namespace、QoS、订阅者是否启动以及 /clock。结果不同于现场，记录播放 rate、CPU 负载和参数快照；不要通过延长测试超时来掩盖时钟不一致。bag 太大或含敏感数据时使用筛选、脱敏和校验和，并记录它对应的代码版本。

迁移练习

设计一次“测距偶发负值”的回放测试：记录 /scan、/tf、/diagnostics，记录 QoS 与参数版本；用 --clock 回放，统计 invalid 数、输出数量、最大延迟和最终节点状态。把结果写成可重复的命令和自动断言。

记录相关 scan、TF 和诊断，保存消息类型/QoS/代码版本；回放时启动固定参数的处理节点并启用 simulated clock，使用 info 确认数量。成功条件可包括 invalid_count 等于基准、输出数量一致、最大输入年龄不超阈值且节点最终 healthy。

记录前先定义证据边界

不要默认把整台机器人所有 topic 都录下来。先列出重现问题必需的 /scan、/imu、/tf、参数和诊断，再检查是否含有图像、音频、个人信息或设备序列号。记录命令本身也应进入实验笔记，包含 ROS 发行版、commit、QoS 和参数哈希。

ros2 bag record -o bags/scan-drop-001 \
  /scan /imu /tf /tf_static /diagnostics
ros2 bag info bags/scan-drop-001

ros2 bag info 的消息数量、起止时间和 topic 类型是第一份证据。若只录到 /scan 而没有 /tf，后面很可能无法重建空间关系；若录制端 QoS 不兼容，文件为空并不表示传感器没有发布。

用仿真时间重现时序

回放时使用 --clock 会发布 /clock，节点必须通过 use_sim_time 采用 ROS time。定时器、message header 和超时判断都要使用同一个时间基准；年龄计算不能把仿真时间和 wall clock 相减。

ros2 bag play bags/scan-drop-001 --clock --rate 0.5
ros2 topic echo /clock
ros2 topic hz /diagnostics

先以 0.5 倍速观察，再以原速验证。若暂停 bag 后节点仍处理新消息，检查是否有绕过 ROS clock 的 std::chrono::steady_clock 定时任务；它可以测执行耗时，却不能代替消息时间。

从人工观察到自动回归

回放节点应输出稳定指标，例如输入 1000 条、接受 997 条、过期 2 条、NaN 1 条，处理延迟 p95 为 8 ms。测试程序订阅诊断或结果 topic，等待明确的结束条件，不要用“睡两秒后断言”掩盖机器快慢差异。对算法输出可比较摘要、轨迹误差和计数，不要对浮点数组做过度严格的字节相等。

bag 问题的排错层次

先确认文件可读和 topic 存在，再确认回放发布端、订阅端 QoS、use_sim_time、TF 是否完整，最后才检查算法。修改录制内容或降速不能修复错误的 timestamp 单位；应在日志中同时输出 bag 时间、接收时间、消息序号和 frame。真实机器人回归前，先在脱敏 bag 和仿真中通过，再做低速台架验证。