基于近邻目标区域表征与CVAE的智能汽车测试场景生成方法

基于场景的虚拟测试是研发高安全、高可靠智能汽车的必要手段,场景自动生成技术对于智能汽车测试场景库的构建具有重要意义。为此,针对多车动态测试场景,提出一种基于近邻目标区域表征(NORR)和条件变分自编码器(CVAE)的场景生成方法,实现复杂测试场景的快速生成以及对生成场景类型的控制。首先,针对高速公路场景特征,提出应用NORR方法对场景情境进行描述,将测试场景中关键车辆目标信息转化为尺度统一的灰度图像。接着,利用HighD自然车辆轨迹数据集提取大量场景片段,经过数据规范化处理后构建出真实场景库。在此基础上,以场景中车辆目标数量为条件参数,训练基于条件变分自编码器的生成模型,能够生成包含8条车辆轨迹的动态测试场景。通过计算生成样本集的匹配误差、覆盖度和不合理性3个指标,检验生成模型在样本真实性、多样性和合理性方面的表现。验证结果显示：(1)相比随机轨迹采样方法和基于GAN的生成模型,VAE模型生成的样本质量最好,其生成样本集的平均匹配误差小于5.22,覆盖度能达到57.2%,不合理样本比例仅为1.7%;(2)所提出的NORR方法有助于提高生成模型的场景生成效果;(3)CVAE模型能够在条件...     

基于体素柱形的激光雷达点云车辆目标检测算法

环境车辆是自动驾驶汽车行驶时的主要障碍物之一，对环境车辆的尺寸、位置、朝向等空间信息进行感知对于保障行驶安全具有重要意义。激光雷达点云数据包含了场景中物体表面扫描点的三维坐标，是实现车辆目标检测任务的重要数据来源。结合SECOND与PointPillars方法，提出一种基于体素柱形的三维车辆目标检测模型，利用三维稀疏卷积聚合点云局部特征，在体素特征图上构造柱形并进行特征编码，有效解决点柱形方法缺乏柱形间特征交互问题，增强点云特征的空间语义信息；基于均值池化操作生成锚框点云占据位图并提出一种简单负样本过滤策略，在模型训练阶段筛除预设在无点云覆盖区域的无效锚框，缓解正负样本或难易样本不均衡问题；在目标框回归模块中，使用类别置信度与交并比(IoU)预测值计算混合置信度，改善分类分支与位置回归分支结果不一致问题，并使用KITTI三维目标检测数据集进行模型训练与评估。研究结果表明：在严格判定标准下(IoU阈值设置为0.7),所提算法在简单、中等、困难3种难度级别下分别获得了89.60%、79.17%、77.75%的平均检测精度(AP_3D),与SECOND、PointPill...     

面向高速公路车辆切入场景的自动驾驶测试用例生成方法

为在自动驾驶汽车基于场景的测试中生成涵盖相应场景中复杂多变的真实交通运行过程的测试用例,从highD数据集中提取车辆切入场景的多个实际样本,通过分析运动参数和参与车辆之间的位置关系,建立车辆切入场景的描述模型,根据切入点的碰撞时间评估该方案的风险程度,并结合描述模型中参数的分布,采用蒙特卡罗方法生成测试用例。结果表明,生成的车辆切入测试用例能够覆盖所有风险等级,可较好地支持自动驾驶测试。     

路侧感知车辆轨迹数据质量智能评估方法

智慧公路布设了大量路侧智能传感器，可以获取全时空车辆运行轨迹数据。然而，如何实现轨迹数据质量高效便捷的评估一直是困扰行业管理部门的难题。现有评估方法大多存在量化指标维度单一、鲁棒性较差等问题。为此，提出一种通过挖掘轨迹数据多维特征以快速评估轨迹数据质量的方法。首先基于轨迹多元信息从元素特征、时序特征和空间特征3个维度设计轨迹合理性、波动性与交互异常性评估指标，并分析评估指标与轨迹数据质量水平的相关关系；在此基础上提出一种利用多元评估指标实现轨迹质量评估的自适应融合回归模型；最后，结合公开轨迹数据集和实测数据集对指标和模型的可靠性及稳定性进行测试与验证。结果表明：轨迹合理性、波动性指标与数据质量显著相关，可基于此构建指标融合模型评估轨迹质量，且引入提出的交互异常性指标可较好地提升模型评估效果。随着模型得分的降低，轨迹数据的运动与交互特征的异常程度增大，持续时间增加。提出的智能评估模型可以挖掘评估指标与轨迹质量的关系，对不同质量水平的轨迹均保持较好的评估效果且优于传统的单一维度评估指标方法，具有良好的稳定性、鲁棒性和优越性，可为车路协同环境下海量的路侧感知轨迹数据提供可靠的质量评价与监测方法。     

基于整车在环仿真的自动驾驶汽车室内快速测试平台

整车在环仿真测试方法可以安全、高效地验证复杂环境和极端工况等场景下自动驾驶汽车性能的有效性,基于此研发一种基于整车在环仿真的自动驾驶汽车室内快速测试平台,该平台由前轴可旋转式转鼓试验台、试验台测控子系统、虚拟场景自动生成子系统、虚拟传感器模拟子系统、驾驶模拟器、自动驾驶汽车和测试结果自动分析评价子系统组成。通过在试验台滚筒上独立加载转矩模拟车辆行驶阻力,可动态模拟不同的路面附着系数,同时利用坡度、侧倾和转向随动机构可模拟车辆俯仰角、侧倾角和航向角3个自由度;采用虚拟现实技术柔性集成车辆动力学模型、传感器仿真、复杂道路交通环境及测试用例仿真,模拟多种道路交通场景,并通过传感器仿真及数据融合等技术快速测试自动驾驶汽车智能感知与行为决策等性能指标。将自动驾驶汽车、虚拟仿真场景和试验台耦合构建一个闭环系统,完成了多项关键技术研发,包括：多自由度高动态试验台结构设计、虚拟测试场景自动重构方法和传感器数据模拟及注入方法,可满足在各种场景下测试自动驾驶汽车整车性能的需求。此外,为验证快速测试平台的有效性,以U-turn轨迹跟踪控制为研究实例,基于简化的车辆运动学模型和模型预测控制算法,在平台上搭建U-turn场景并对自动驾驶汽车的轨迹跟踪控制算法性能进行大量测试。结果表明：自动驾驶汽车室内快速测试平台可以真实地模拟汽车在道路上的运行工况,自动驾驶汽车在虚拟场景中的轨迹跟踪效果良好,与参考轨迹的偏差小于8%,证明了该测试平台检测方法的有效性。     

城市道路场景下考虑多类交通参与者的多模态车辆轨迹预测方法研究

车辆轨迹预测是自动驾驶的关键技术之一,针对以往模型较少考虑城市道路场景中车辆以外多类交通参与者的问题,本研究提出了一种多类交通参与者的多模态车辆轨迹预测模型。该模型使用门控循环单元对历史轨迹信息进行编码,并利用注意力机制将多类交通参与者的特征映射到用图结构表达的驾驶场景中,通过图注意力网络进行环境特征提取,从而使模型能感知环境中的多类交通参与者。此外,模型通过节点轨迹预测与坐标轨迹预测模块输出最终的多模态轨迹预测结果。基于城市道路场景数据集nuScenes的实验结果表明：相较于同类现有模型,所提出的模型算力需求更低、预测更准确,且能适用于人车混合的城市道路驾驶场景。     

面向自动驾驶汽车测试的交通车辆交互过程建模

为满足自动驾驶汽车测试对场景真实度的要求,提出一种针对交通车辆交互关系的耦合特征建模方法。结合基于机理模型构建的虚拟数据和采集的真实场景数据建立交通车辆行为数据集;采用深度学习建立局部信息响应的交通车辆行为决策模型、跟驰模型和换道模型,结构相对简单的单体模型能提升场景模拟的可扩展性;针对自动驾驶汽车测试对模型鲁棒性要求高的问题,建立分布执行-集中对抗训练的架构进行交通车辆模型优化,提高模型对输入扰动的鲁棒性。构建交通车辆交互仿真环境对模型进行仿真,通过仿真数据与真实数据分布之间的对比和量化评价指标验证模型的有效性。     

基于车辆动力学模型的换道轨迹规划研究

针对自动驾驶车辆换道轨迹规划时的操纵稳定性问题，基于CarSim/Simulink仿真平台建立了车辆动力学模型，构建了轨迹规划系统框架，通过轨迹信息后处理并提出了目标函数设计，进行了横向控制序列采样以保证车辆的稳定与极限性能，完成了算法对轨迹的综合评价选优。随后开展了仿真试验，对比分析了轨迹跟踪控制系统下的实际轨迹、最优规划方法所规划的换道轨迹。仿真结果表明，该轨迹规划系统框架及算法模型能有效提高车辆的操纵稳定性，可实现冰雪路面等极端工况下自动驾驶车辆换道轨迹规划。     

基于车辆轨迹的高速公路异常事件自动检测算法

高速公路异常事件自动检测是有效保障道路交通安全和运输效率的重要手段,由于监控视频数据量巨大,现有自动检测算法存在实时性、准确性低的问题。为此本文提出了基于轨迹分类的对比性悲观似然（comparative pessimistic likelihood estimation,CPLE）算法。构建了包含车辆检测、车辆跟踪和轨迹分类3种功能的异常事件自动检测模型框架,采用YOLO v3对车辆进行目标检测,获得4类不同车辆类型的相关信息,采用简单在线和实时跟踪算法对车辆进行多目标跟踪,获得不同场景的异常事件车辆轨迹;基于半监督学习,采用极大似然法对车辆轨迹分类进行改进,引入对比性悲观似然估计,围绕其对比和悲观原则进行参数设置和标定,进行异常事件轨迹分类和确认,提出基于车辆轨迹的异常事件自动检测算法。以甘肃省G312线公路智能化检测系统为测试对象,共收集1 300段视频,形成530条测试集轨迹和630条验证集轨迹,测试结果表明：通过对不同场景异常事件进行检测和预警,基于对比性悲观似然估计的轨迹分类算法性能准确率达到89.7%,比自学习和监督学习方法的准确率分别高出23.6%和41.3%,尽管对散落...     

基于触须算法构建与修正的智能车辆自主驾驶与避障

基于二自由度的智能车辆模型,研究了在不同转向盘转角和车速下,影响行车轨迹的因素.构建了基于行车轨迹的触须,对障碍物的避障算法进行了分析.根据三维和二维激光雷达测得的数据绘制512×512地图,实现智能车辆合理和自主避障.仿真和试验结果验证了模型和算法的有效性.     

基于时间序列的目标车辆轨迹预测算法

针对高速道路场景,对智能车辆前方的目标车辆进行轨迹预测。根据车辆运动轨迹数据具有时序性的特点,并为了增加轨迹特征的表征能力和上下文时空关联性,提出了将车道线特征、目标车辆的特征与历史轨迹数据的特征进行融合,和LSTM-CNN-LSTM融合模型,以提高目标车辆轨迹预测的精度。     

自动驾驶汽车行为预测综述

为了能够满足自动驾驶汽车在复杂交通场景中安全高效运行,自动驾驶汽车必须做到对周围对象不确定性行为进行准确预测。作为自动驾驶的关键技术,近年来不断有新的轨迹预测思路和算法被提出,尤其是针对复杂交通场景中的对象轨迹预测。通过将复杂交通场景中的预测对象分为:车辆轨迹预测和行人轨迹预测2类,在此基础上对不同预测对象采用近年来的主流预测算法进行分类总结。最后讨论了当前行为预测存在的问题,并提出了一些有价值的研究展望。     

基于时-空注意力机制的车辆轨迹预测

城市交通环境中车辆的驾驶行为随机性较高，且驾驶人驾驶风格迥异。为了解决复杂交通环境下车辆行驶轨迹难以精确预测的问题，在社会生成对抗网络(Social GAN)的基础上，考虑车辆的行驶速度、加速度、航向角等行驶状态参数和形状尺寸，建立车辆间交互影响力场模型，提出一种基于时-空注意力机制的车辆轨迹预测算法(SIA-GAN)。根据受到场景中其他车辆交互影响力的大小赋予其他车辆不同的空间注意力权重因子，重点关注对自车行驶影响较大的车辆信息，并结合时间注意力机制挖掘自身车辆对观测时段内历史轨迹特征向量的时间依赖性，得到车辆预测轨迹。为验证所提算法的有效性，在开源数据集上对算法进行迭代训练，并与LSTM、Social LSTM、Social GAN三种轨迹预测算法进行对比分析。研究结果表明：SIA-GAN不仅在训练时的收敛速度上有较大提升，且与现有其他轨迹预测算法相比在平均位移误差、最终位移误差、平均速度误差、平均航向角误差等评价指标均有大幅下降，预测3.2 s时各项指标平均降低了51.25%、60.1%、37.84%、13.75%;预测4.8 s时各项指标平均降低了52.78%、61.47%、3...     

基于自适应阈值的三维激光点云地面分割算法研究

针对自动驾驶汽车感知模块中三维激光点云前后背景分割过程存在的误分割问题,提出了一种基于路面波动幅度的自适应阈值地面分割方法。该方法将原始点云进行栅格划分,依据点云数量信息设计了相应的高度阈值分割算法和地面平面模型分割算法。具体地,地面平面模型分割算法首先选取局部区域点集拟合地面平面模型,然后针对地面点云分割中存在的误分割问题,构建路面波动幅度方程,并采用基于点集分布特征的自适应阈值方法实现初步分割,最后借助分割后的地面点云重新优化平面模型与分割阈值。本文中基于开源语义分割数据集Semantic-KITTI提出了统一的算法评价基准数据集Semantic-Nova与性能评价指标,同时基于自研的自动驾驶汽车平台采集的实际场景进行了性能测试。试验结果表明,本文中提出的自适应阈值地面分割算法不仅在基准数据集上能够达到较高的精度,而且在实际场景中满足鲁棒性和实时性要求,具有较高的工程应用价值。     

基于SMPA的半挂车自动泊车运动规划方法研究

半挂车辆的非稳定运动学特性为其泊车过程中自主运动规划带来严峻挑战。针对半挂车在多障碍物的静态场景中泊车运动规划算法效率低、结果平滑性差等问题,本文提出了序列式运动规划方法（sequential motion planning algorithm, SMPA）。首先,提出了基于二次规划策略和改进双向快速扩展随机树（bidirectional rapidly-exploring random tree algorithm,Bi-RRT）的初始路径生成方法。然后,结合车辆非完整微分约束下的路径节点可行性判别方法研究,提出基于概率的目标偏向采样策略,提高了采样效率。最后,构建了面向车辆系统控制变量连续性的非线性最优化控制模型,解决泊车换向点的对接问题,提高了泊车轨迹平滑性。仿真结果表明,该方法在多障碍物场景中,规划时间相比Hybrid A~*和Bi-RRT分别降低了86.71%和21.44%,轨迹质量也更具优越性。     

高速公路路网运行指数评估模型应用研究

由于高速公路路网交通流量分布不均衡,往往会造成部分节点或区域拥堵,而量化评估路网运行状态能快速确定交通拥堵位置。提出了一种基于波动率和机器学习的路网运行指数评估模型:首先选取合适的机器学习算法确定路网各节点的基准值;然后运用波动率理论构建各节点的运行指数评估模型;之后利用广东省高速公路若干节点路段的真实数据对模型进行了验证,并与阈值进行对比。研究结果表明:本文提出的路网运行指数评估模型能在各类场景下及时准确地定位交通拥堵节点,为缓解交通拥堵问题提供一定的参考意义。     

基于车联网BSM数据与路侧视频融合的港口集装箱卡车碰撞危险辨识方法

大型港口集装箱码头运输车辆调度频繁,堆场过道和交换区等区域视距狭窄,容易导致港口集装箱卡车与设施、作业人员和车辆发生擦碰事故。为提高智能集装箱卡车在港口密集区域的轨迹跟踪精度和行车安全感知能力,提出了一种车联网条件下融合车载终端基本安全消息（Basic Safety Messages,BSM）数据和路侧视频数据的集装箱卡车碰撞风险辨识方法。采用YOLOv5s算法提取视频监控范围内的目标车辆和作业人员,根据目标集卡大尺寸特点设计非极大值抑制锚框来提高目标识别准确度。运用透视变换原理将目标像素坐标转换成地理坐标,并应用Deep-SORT算法匹配每帧图像的车辆轨迹信息。应用交互式多模型方法（interactive multi-model,IMM）融合视频轨迹信息和车载单元（on-board units,OBU）定位数据,减小了目标机动过程中的观测误差。基于集卡融合轨迹结果,提出了1种新型的轨迹冲突风险评估模型,能够根据目标集卡与周围目标轨迹的相对运动状态实时感知车辆碰撞危险,该碰撞危险检测结果在实际场景中可通过路侧设备对车载终端和作业人员终端实时播发预警信息。针对集卡跟踪误差的实验结果表明：...     

基于动态博弈算法的切入场景下自动驾驶车辆运动规划研究

鉴于在车辆换道切入的场景中，自动驾驶车辆容易出现频繁的误减速、误避让，而造成通行能力和乘员舒适性的下降，提出一种基于主旁车动态博弈的切入场景决策规划算法。在行为决策层，根据切入场景中主旁车的冲突性关系，联立相关车辆运动方程建立整体系统的运动模型，构建考虑旁车状态的切入博弈模型，设计安全性和舒适性收益函数，进行驾驶行为博弈，输出行为决策结果。在轨迹规划层，根据车辆间距构建避障约束条件，以Sigmoid函数轨迹的变曲率和速度切向矢量的时间分量来构建车辆动力学约束。同时以加权收益方式联合考虑驾驶习惯和舒适性等需求，建立轨迹规划数学模型，求解得到满足上层博弈决策要求的运动轨迹。Carsim-Simulink联合仿真结果表明，在不同的初始条件下主车与切入的旁车能进行多种形式的合理的交互决策，准确完成切入场景下的运动规划任务，车辆能准确跟踪输出的轨迹，更符合一般驾驶习惯，提高了车辆的舒适性。     

变道切入场景下ADAS系统测试与评价研究

为了满足变道切入场景下的ADAS系统测试评价需求,提出一种考虑场景风险系数的变道切入场景生成方法和客观综合评价模型。通过采集自然驾驶数据,采用阈值法自动提取变道切入功能场景并深入分析变道切入行为特征。使用单因素方差分析法与皮尔逊相关性检验法共同分析场景风险系数与场景要素的相关性来确定关键场景要素。结合Kmeans算法对离散逻辑场景参数进行聚类,从而得到5个典型测试场景。基于场景风险系数,采用AHP与CRITIC法构建多层次综合评价模型,采用灰色关联理论对ADAS系统进行客观评价。借助VTD仿真软件构建变道切入虚拟测试场景库,进行仿真试验验证。结果表明,相关性分析使场景要素维度降低了60%,生成的测试场景可以有效验证ADAS系统的综合性能,综合评价模型可对ADAS系统表现进行客观有效的评价,为智能驾驶系统开发提供有效参考。     

无人驾驶车辆轨迹跟踪控制研究

为了提升智能车辆在轨迹跟踪控制中的性能,文章基于车辆运动学模型建立了一种带有前馈补偿和反馈最优控制策略的线性二次型调节器(LQR)轨迹跟踪控制算法。并通过搭建Carsim/Simulink联合仿真模型,验证该算法在不同工况下的轨迹跟踪效果。结果表明,该算法在不同车速和不同路面附着条件下都能保证无人驾驶车辆准确地跟踪参考轨迹,且具有较强的鲁棒性。