基于Prescan 的信号灯路口跟停场景虚拟重构

为满足我国智能驾驶汽车测试场景库的搭建和ADAS(高级驾驶辅助系统)功能研发和验证的需求,设计了一种基于Prescan的交通信号灯路口车辆跟停场景虚拟重构方法,该方法由道路环境建设模块、初始条件设定模块和车辆控制模块组成。道路环境建设模块通过输入道路参数信息构建虚拟道路,初始条件设定模块通过输入本车和目标车的初始位置、初始速度信息确定零时刻车辆和道路的空间位置及状态信息,车辆控制模块依据车辆速度位置等信息,利用训练的神经网络控制本车加速度,实现跟停场景的虚拟重构。仿真结果表明,该方法可以实现交通信号灯路口车辆跟停场景的虚拟重构。     

基于神经网络的智能驾驶模式识别研究

为满足智能驾驶汽车高级驾驶辅助系统(ADAS)功能研发和验证的需求,提高ADAS功能的准确性,设计了一款基于神经网络的智能驾驶模式识别程序,该程序由数据采集、目标检测、场景识别预测3个模块组成。数据采集模块利用ESR毫米波雷达、前置摄像头对交通环境及周围车辆的数据信息进行采集;目标监测模块通过控制算法选择判断触发各类ADAS功能场景的最可疑目标;场景识别处理模块以汽车制造商提供的大量自然驾驶数据的场景挖掘结果为依据,利用神经网络学习各类ADAS场景的特征行为,并通过约束条件对各类ADAS功能场景的识别结果进行实时判定。通过开放道路试验进行验证,结果表明,该程序的场景识别结果准确率可达到99.86%。     

交织车辆的跟车换道行为研究

在不满足换道条件下,交织车辆因换道的强制要求,会有选择地放弃跟车转而进行挤车换道.针对此现象,在深入分析交织车辆的跟车换道行为的基础上,从驾驶员的角度出发,选择其跟车换道的影响因素,构建了跟车换道的效用函数,建立了交织车辆跟车换道的二元选择 Logit 概率模型.基于车辆轨迹获取技术对模型的相关变量进行了调查,采用最大似然估计法对模型进行了标定.选择命中率作为评价指标,采用实例对模型的有效性进行了验证.结果表明,模型能有效地模拟交织车辆的跟车换道行为,精度高达99.0%.      

高速公路相机自动标定及道路坐标系构建

为解决高速公路场景下利用视频监控系统正确描述车辆相对于道路的空间位置问题，通过引入Frenet坐标系概念，提出一种基于相机自动标定的道路坐标系模型。在相机自动标定阶段，利用线分段拟合方法从曲线车辆轨迹中提取平行于直线路段的轨迹点，并通过级联霍夫变换精确估计道路方向的消失点。然后,根据多车辆三维模型约束，对相机参数进行迭代优化。基于标定结果，将车辆轨迹映射到世界坐标系平面上，并用3次样条插值进行拟合。根据大量运动车辆在道路平面内形成的轨迹域分布特征，综合边界约束估计道路中心点。最后，结合道路中心线在各点处的法线向量与车道宽度信息确定平移量，并利用点平移运动拟合车道线，实现道路坐标系的自动建立。使用真实高速公路视频数据，在多种道路条件下进行试验。研究结果表明:在标定阶段，构建方法对不同高速公路场景的最大标定误差不超过11.55%;与最新的方法相比，直线道路平均标定误差分别降低6.68%和3.58%，弯曲道路平均标定误差分别降低7.43%和2.61%;在道路坐标系构建阶段，构建方法的平均投影距离为0.077 m，接近最新方法的0.069 5 m；而其平均精度为0.916，显著优于最新方法的0.663；所提道路坐标系能够自适应道路形态的变化，有效解决了从监控视频中描述车辆与道路之间相对位置关系的问题。     

基于二次规划的智能车辆动态换道轨迹规划研究

为实现智能车辆的自主换道操作并满足安全性、舒适性和实时性等约束条件,提出一种针对动态交通环境的换道轨迹规划模型。该模型由道路平面曲线表征模块、路径生成模块以及速度曲线生成模块组成。首先,在道路平面曲线表征模块中,模型基于实时获取的周边道路信息,利用切比雪夫多项式插值法回归拟合出连续可导的道路平面曲线函数,用以保证模型在各种道路平面线形上的普适性。然后,在路径生成模块中,根据换道车辆初始时刻的运动状态,建立一系列多项式方程,并利用牛顿迭代法求解方程未知参数,以此生成连接初始位置和目标位置的换道路径,用以保证换道轨迹的平滑性。最后,在速度曲线生成模块中,以满足防碰撞约束、跟驰加速度约束以及车辆运动状态约束为目标,构建二次规划模型,生成沿着换道路径的车辆速度曲线,用以保证换道轨迹的安全性和舒适性。此外,考虑到周边动态的交通环境,车辆系统在每个时间步内会循环调用提出的模型实时更新换道轨迹,直至车辆到达目标位置。仿真试验结果表明：应用提出的换道轨迹规划模型,车辆能够有效避免与周边动态车辆发生碰撞,成功完成换道;基于二次规划框架,模型优化求解时间明显缩短,满足轨迹规划的实时性和有效性要求。     

基于CenterNet的路侧单目视角车辆3D形态精确感知

车辆3D形态的精确实时感知对于智能交通中的车辆行为分析、交通流参数估计等应用和无人驾驶都至关重要，其中，如何克服透视投影的限制，从路侧单目视角下感知车辆3D形态正成为具有挑战的课题之一。为解决这个难题，采取深度网络提取投影特征，结合空间标定模型中的几何约束，实现2D投影至3D空间的3D形态恢复构建。首先，基于前期工作，对道路场景中的相机构建空间标定模型，以获取透视空间的2D-3D互映射矩阵；然后，以当前流行的简洁高效的CenterNet深度网络为基础，设计车辆3D形态投影特征的检测网络，融入多尺度特征融合模块以优化透视投影下不同尺度车辆目标的检测，同时优化高斯凸包热力图以增强车辆目标的特征检测力度，根据先验几何约束设计加强损失函数以加快收敛；最后，通过建立的空间形态几何约束模型，对网络输出特征投影点进行解码，构建出完整的车辆3D形态信息。试验以路侧视角下的BrnoCompSpeed数据集和自制数据集为基础，手工标注满足试验需求的样本目标，并做图像增广以模仿多变的道路监控视角及环境。在试验结果评价中，分别对网络检测结果及最终构建的3D形态进行评价，其中对于网络检测结果，以投影特征构成投影凸包的平均精度为评价指标，交并比(IoU)阈值为0.7时，在BrnoCompSpeed测试数据集上得到AP值为87.35%，召回率和精确率分别为87.39%与90.78%。同时，设计消融试验证明网络改进模块的有效性。对于3D形态构建结果，分别对空间定位、3D尺寸、偏转角及3DIoU等指标都进行定义，并以3DIoU为评价标准，验证多个改进模块及不同视角对于最终精度的影响，最后在BrnoCompSpeed测试数据集中的平均3DIoU达到0.738。设计的网络FPS为27，可满足实时性的需求。     

城市郊区道路跟车条件下智能网联汽车速度规划

随着智能网联汽车技术的快速发展，跟车行驶控制能够有效实现车辆智能跟随及快速高效队列行驶。针对城市郊区道路条件下的智能网联汽车速度规划问题，以提高车辆的燃油经济性、舒适性及安全性为目的，基于跟车速度限幅和车辆动力系统信息，设计了基于初值优化的序列二次规划算法(Sequential Quadratic Programming, SQP),实时求解获取车辆跟车过程中的最优速度轨迹。首先，在车联网环境下，基于车车(Vehicle to Vehicle, V2V)通信及车辆与交通设施(Vehicle to Infrastructure, V2I)通信技术实时获取前方车辆的速度、加速度及位置等行驶信息并实时采集道路交通信息；然后，为减少车辆动态能耗损失和减小所需牵引力，并在规定的时间段内完成相应的行驶路程，利用采集到的前车行驶信息，采用基于初值优化的SQP算法对最优目标车速进行求解；此外，基于周边动态的道路交通场景，考虑边界约束条件，采用滚动时域的方法实现目标车辆速度在每个采样时刻的在线滚动优化，保证目标车辆节能安全地跟车行驶；最后，通过仿真验证了该算法的有效性和实时性。研究结果表明：基于初值优化...     

车路协同下车队避让紧急车辆的换道引导方法

为保证紧急车辆更安全、高效地到达紧急事故现场,基于车路协同系统,提出车队避让紧急车辆的换道引导策略。针对目标车道无车辆、有车辆和有车队3种不同场景,分别提出确保紧急车辆快速通过的协同换道策略。通过协同换道策略引导紧急车辆前方行驶的车队和目标车道的车辆改变速度以调整车辆间距,使其满足换道安全距离,依据换道轨迹规划使车队完成换道,并提出紧急车辆发送紧急避让信号的位置方法,计算当不影响紧急车辆的速度情况下,其发送紧急避让信号时与车队尾车的最短距离。利用SUMO交通仿真软件,实现车路协同环境下3种不同场景车队避让紧急车辆的换道引导,并比较目标车道为车队的场景下,车队换道至目标车队的每个空档中（方式A）和车队换道至目标车队的同一个空档中（方式B）2种不同的换道引导策略。研究结果表明：目标车道有车队的场景下,方式B的协同换道时间更短,发送紧急信号的位置距车队尾车82 m,较方式A的87 m更近,对周围车辆影响更小,因此此场景采用方式B的协同换道策略;在目标车道无车辆、有车辆和有车队3种场景下,紧急车辆分别距车队尾车71,71,82 m时发送紧急避让信号,其可以维持期望速度,验证了最短距离与车辆速度的关系式;与未使用换道引导策略的情况相比,紧急车辆的速度提高,延误减少。     

双目视觉技术在目标测量中的应用

给出了一种用于目标空间三维距离、方位信息探测的立体视觉系统实现方法。该系统根据双目视觉原理,利用预制三维标定物对图像获取系统的内、外参数进行标定,求出投影变换矩阵,根据图像识别结果运用灰度模板、连续性假设和对极几何约束进行识别目标的特征匹配,进而获得目标的三维信息。试验结果表明,该方法可以有效地获取目标周边环境的信息。     

基于CCP协议的ABS标定系统

针对ABS ECU数据标定问题,设计并开发r包括车辆状念监测、实验数据保存、数据分析、控制效果评价、控制参数优化和数据标定模块的ABS标定系统.该系统基于CCP通讯协议,通过CAN通信卡将上位监控计算机与ABS ECU进行连接,实现了对制动效果的在线监测、分析、评价及控制参数优化和标定.某款汽车的应用实例表明,该标定系统可大大缩短ABS控制系统开发周期.     

纯电动汽车制动避撞系统的建模与分析EI北大核心CSCD

针对纯电动汽车制动避撞系统,提出了基于反馈线性化的跟车距离、速度跟踪误差的滑模控制方法;考虑了模型非线性、系统参数不确定性和外部干扰的因素,建立车辆纵向动力学模型;采用指数趋近律的控制方法,设计了一种双输入双输出的汽车避撞系统控制器;并进行了跟车场景下制动避撞控制器的仿真。结果表明:该控制器避撞控制效果明显,在保证汽车行驶的舒适性的同时,跟车过程的跟踪误差小。     

网格法在视频图像车速中的研究与应用

视频图像车速计算的工作中,相当一部分视频图像虽然能确定车辆运动过程对应的时间,但由于目标车辆大部分移动过程都在固定标尺之外的区域,或者找不到确定的移动标尺,无法标定或量化整个移动过程的距离参数,使车辆行驶速度无法计算;本文通过研究"kinovea"软件的基本功能——透视网格功能,在了解其功能、特点的基础上发现其特殊用途:可用经已知固定标尺标定后的透视网格来标定未知区域,使该区域的车辆位移参数可测量或量化,实现对车辆行驶速度进行精确计算;同时还可运用基于Kinovea软件网格功能的网格法对事故进行深度分析,通过网格的铺设,计算出目标车辆的车速,测算两肇事主体之间的距离,推断安全的停车距离,可以得到交通事故中目标车辆或物体的关键性位置参数,为事故的深度分析及处理提供强有力的技术支持。     

纯电动汽车制动避撞系统的建模与分析

针对纯电动汽车制动避撞系统,提出了基于反馈线性化的跟车距离、速度跟踪误差的滑模控制方法;考虑了模型非线性、系统参数不确定性和外部干扰的因素,建立车辆纵向动力学模型;采用指数趋近律的控制方法,设计了一种双输入双输出的汽车避撞系统控制器;并进行了跟车场景下制动避撞控制器的仿真。结果表明:该控制器避撞控制效果明显,在保证汽车行驶的舒适性的同时,跟车过程的跟踪误差小。     

基于云计算的卡尔曼滤波速度诱导模型研究

利用自适应卡尔曼滤波器来建立城市快速路瞬时交通预测模型,同时通过Hadoop基础框架及Ma—pReduce的编程模型设计和开发了交通属性指标最小约简云处理系统,并在此基础上对车辆进行速度诱导控制,建立了以车辆总行程时间为目标函数的诱导优化模型。并以上海南北高架南段东线为例建立了仿真场景,对模型进行了参数标定与校验,通过有效性与性能分析表明：用云计算能够提高运算效率,且速度诱导控制后,降低了路段上交通流的整体速度差异,提高了交通安全性。     

智慧公路毫米波雷达感知精度分析与验证

毫米波雷达是当前智慧公路中路侧感知系统的重要组成部分,在交通流运行态势感知与智能管控、车路协同与自动驾驶中广泛应用。然而,车辆与毫米波雷达之间的相对位置、相对姿态的变化会对雷达信号回波及点云分布产生影响,导致雷达对车辆的感知结果出现偏差,进而影响交通系统的管控决策。分析毫米波雷达感知精度的空间特征,对于指导毫米波雷达在智慧公路中的应用至关重要。为此,基于毫米波雷达的感知原理,综合考虑毫米波雷达信号处理与点云数据处理2个阶段中的感知误差来源,通过数值仿真与实测试验相结合的方式对目标在不同位置与姿态下毫米波雷达的感知精度特征进行分析与验证。研究表明：雷达纵向感知精度主要受到与车辆相对位置的影响,当车辆与雷达纵向距离小于30 m或大于200 m时,车辆位置感知结果会向车头或车尾方向显著偏移,相应产生的纵向感知误差通常超过0.5 m;雷达横向感知精度主要受到车辆横向位置及相对姿态的影响,当车辆横向位置偏离雷达中心光束超过5 m或车辆行驶的航向角超过40°时,车辆位置感知结果会向车身侧向偏移,相应产生的横向感知误差通常超过0.5 m。得到的影响因素分析结果,可进一步为智慧公路场景中毫米波雷达感知...     

交叉路口转弯车辆对横穿行人的避撞策略

针对交叉路口转弯车辆与横穿行人碰撞的危险场景,提出了一种综合碰撞时间和制动距离的避撞策略。首先,建立转弯车辆与行人的位置关系模型,确定行人目标跟踪方法,然后,通过比较行人进入转弯区域时间、避撞剩余时间、行人离开转弯区域时间的关系确定行人是否为危险目标,最后,建立此种场景下的制动安全距离模型并确定了避撞策略。通过PreScan和MATLAB软件对避撞策略进行了仿真验证,结果表明,该策略能有效避免该类危险场景中的碰撞事故。     

基于运动约束的激光雷达与车体坐标系旋转参数标定

激光雷达是智能网联汽车环境感知的重要传感器,多坐标系空间标定是激光雷达精准环境感知的前提条件。针对激光雷达与车体坐标系空间同步面临传感器观测单一的问题,提出基于激光雷达与车辆的平面运动和直线运动约束2步标定方法。为构建运动约束,基于激光里程计获取激光雷达运动位姿信息,通过激光雷达运动轨迹信息和时域上多帧地面平面拟合信息进行平面行驶识别,在满足平面路况下构建平面运动约束标定,进而标定横滚角与俯仰角;基于俯仰角和横滚角对车辆轨迹进行修正,通过激光运动轨迹建立直线行驶判别模型判别车辆运动状态,在满足车辆直线行驶路况下构建直线运动约束,从而标定偏航角。最后,在智能驾驶试验车上开展了激光雷达与车辆坐标系标定的实车试验,通过实车采集的数据验证了提出的空间同步方法的可行性。试验结果表明：提出的激光雷达与车体坐标系标定方法优于基于标定物的方法,在原始数据上可以保证标定后的旋转误差降低至0.61,误差率降低约47.4%。在手动调整的扩充数据上标定后的旋转误差降至1.64,误差率降低约40.6%。相对于基于标定物的方法,其旋转误差均有降低且不需要借助特定的标定物与标定场,降低了对环境的依赖程度。同时通过消...     

基于MM-STConv的端到端自动驾驶行为决策模型

针对现有端到端自动驾驶模型输入数据类型单一导致预测精确度低的问题，选取RGB图像、深度图像和车辆历史连续运动状态序列作为多模态输入，并利用语义信息构建一种基于时空卷积的多模态多任务（Multimodal Multitask of Spatial-temporal Convolution，MM-STConv）端到端自动驾驶行为决策模型，得到速度和转向多任务预测参量。首先，通过不同复杂度的卷积神经网络提取场景空间位置特征，构建空间特征提取子网络，准确解析场景目标空间特征及语义信息；其次，通过长短期记忆网络（LSTM）编码-解码结构捕捉场景时间上、下文特征，构建时间特征提取子网络，理解并记忆场景时间序列信息；最后，采用硬参数共享方式构建多任务预测子网络，输出速度和转向角的预测值，实现对车辆的行为预测。基于AirSim自动驾驶仿真平台采集虚拟场景数据，以98 200帧虚拟图像及对应的车辆速度和转向角标签作为训练集，历经10 000次训练周期、6 h训练时长后，利用真实驾驶场景数据集BDD100K进行模型的测试与验证工作。研究结果表明：MM-STConv模型的训练误差为0.130 5，预测精确度达到83.6%，在多种真实驾驶场景中预测效果较好；与现有其他主流模型相比，该模型综合场景空间信息与时间序列信息，在预测车辆速度和转向角方面具有明显的优势，可提升模型的预测精度、稳定性和泛化能力。     

基于预测的快速公交信号优先设计及效果仿真

建立了一套基于预测的公交信号优先干线联动控制方法。考虑到公交车辆在停靠站的停留时间受到多重因素的综合影响,首先构建了ARIMA-SVR的组合模型用于预测公交车辆的站点延误,并以此为重要依据,预测了公交到达交叉口的时间。通过比较车辆预计到达时间与理想时间的差值,计算了延伸和压缩信号周期的惩罚因子,根据惩罚因子的大小调整了信号周期和绿灯时间。在进行交叉口间协同控制时,又将交叉口平面设计的物理条件和交叉口群的协同控制条件纳入对信号的调整进行约束。为了验证该方法的实际应用效果,为某城市快速公交工程实例设计了VISSIM信号优先模块。研究结果表明:组合模型预测公交车辆站点延误的相关系数为0.890 4,预测精度较好;在改进的信号优先算法的情况下,公交交叉口延误比现状降低近50%,公交车车头时距一致性平均下降38.8%,且该算法为信号调整提供了较为充足的缓冲空间,在绿灯时间调整时兼顾考虑了对社会车辆的影响,因此,在预测式信号优先中,社会车辆的行驶延误和交叉口排队长度也较其他优先方法有所降低。     

认知分心对车辆跟驰过程操控安全性的影响

为了研究车辆跟驰过程中驾驶人认知分心与驾驶安全的关系,采用驾驶模拟器构建城市道路车辆跟驰场景,并设计3种难度等级的认知分心次任务,采集35名被试驾驶人在试验过程中的方向盘转角、油门开度、制动踏板力等操作参数,以及车辆位置、速度、加速度等车辆运动参数。采用重复测量一般线性模型,分析不同等级认知分心对上述参数的影响。研究结果表明：在横向操控方面,随着认知分心程度增高,方向盘回转率增大,但车辆横向位置标准差减小,表明驾驶人处于认知分心时,采取频繁修正方向盘的补偿方式,降低车辆横向位置波动,过度补偿车辆横向安全性,且该补偿行为与认知分心程度正相关;在纵向操控方面,认知分心时,油门开度、制动踏板位置方差增大,且制动踏板位置均值增大,同时车头间距及时距未观察到显著性变化,表明认知分心时驾驶人采取频繁操作油门、制动踏板,增大制动幅度等方式进行补偿,使车头间距及车头时距等表征车辆纵向跟车安全性参数处于正常驾驶水平,但加速度标准差增大,表明跟车稳定性降低。研究结果为涉及分心的人车交互装置优化设计及考虑分心状态的驾驶人状态管理系统开发提供了一定的理论依据。