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自动驾驶安全挑战:行为决策与运动规划

模式识别与人工智能 2023年第3期36卷 191-210页

作者：关鑫史佳敏陈仕韬刘剑毅郑南宁西安交通大学人工智能与机器人研究所西安710049

在自动驾驶技术发展中,安全性一直作为首要因素被业界重视.行为决策与运动规划系统作为该技术的关键环节,对智慧属性具有更高要求,需要不断地随着环境变化做出当前的最优策略与行为,确保车辆行驶过程中的安全.文中分别对行为决策和运动... 详细信息

在自动驾驶技术发展中,安全性一直作为首要因素被业界重视.行为决策与运动规划系统作为该技术的关键环节,对智慧属性具有更高要求,需要不断地随着环境变化做出当前的最优策略与行为,确保车辆行驶过程中的安全.文中分别对行为决策和运动规划系统进行深层次阐述,首先,介绍行为决策中基于规则的决策算法、基于监督学习的决策算法、基于强化学习的决策算法的算法理论及其在实车中的应用.然后,介绍运动规划中基于采样的规划算法、基于图搜索的规划算法、基于数值优化的规划算法和基于交互性的规划算法,并对算法的设计展开讨论,从安全角度分析行为决策和运动规划,对比各类方法的优缺点.最后,展望自动驾驶领域未来的安全研究方向及挑战.

关键词：人工智能自动驾驶行为决策运动规划安全性

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自动驾驶高精度地图众源更新技术现状与挑战

中国公路学报 2023年第5期36卷 244-259页

作者：杨蒙蒙江昆温拓朴陈会仙黄晋张浩黄健强唐雪薇杨殿阁清华大学车辆与运载学院北京100084 自然资源部地图技术审查中心北京100830 自然资源部陕西测绘产品质量监督检验站陕西西安710054

针对自动驾驶高精度地图实时动态更新在高精度、高可靠、高安全等方面所面临的挑战,总结当前高精度地图更新面临的困难与挑战,加快自动驾驶高精度地图的大规模商业化落地,从而提升智能汽车的安全性和稳定性,为高级别自动驾驶提供重要支... 详细信息

针对自动驾驶高精度地图实时动态更新在高精度、高可靠、高安全等方面所面临的挑战,总结当前高精度地图更新面临的困难与挑战,加快自动驾驶高精度地图的大规模商业化落地,从而提升智能汽车的安全性和稳定性,为高级别自动驾驶提供重要支撑。首先描述了自动驾驶地图的定义与内涵,指出自动驾驶地图的数据特性和功能应用;其次梳理了高精度地图更新的发展现状与趋势,综述了地图集中式更新与众源式更新的优劣,指出众源更新已成为地图更新发展的新趋势;再次,总结了目前众源更新的基本架构与关键核心模块,并针对关键核心技术展开分析,归纳了众源更新所涉及关键技术的现状及趋势。结果表明:当前技术仍然面临着7个主要方面的挑战,涉及地图模型、高精定位、三维重建、融合更新、数据安全、快速审查、标准法律法规。针对这些挑战,指出自动驾驶高精度地图众源更新技术难题需要政产学研多部门从技术、政策、法律多维度共同推进解决,从而加速自动驾驶地图众源更新技术的发展与应用。

关键词：汽车工程高精度地图综述自动驾驶众源式更新集中式更新地图模型

自动驾驶等级提高条件下驾驶人驾驶姿势变化规律分析

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汽车工程 2023年第3期45卷 382-392页

作者：黄青阳金晓萍张怡康中国农业大学工学院北京100083

为研究驾驶人在自动驾驶等级提高条件下的坐姿变化规律,基于直接测量的人体标志点位计算人体内部目标标志点并构建人体模型,确定驾驶人在驾驶过程中7个部位的关节角度,定量描述L0和L3级自动驾驶坐姿特征差异。结果表明,自动驾驶等级由L... 详细信息

为研究驾驶人在自动驾驶等级提高条件下的坐姿变化规律,基于直接测量的人体标志点位计算人体内部目标标志点并构建人体模型,确定驾驶人在驾驶过程中7个部位的关节角度,定量描述L0和L3级自动驾驶坐姿特征差异。结果表明,自动驾驶等级由L0提高到L3后,驾驶人的肘部屈曲、胸腹部屈曲、膝盖弯曲度不同程度的增大导致活动空间得到扩展,坐姿舒适度有所提高,而腰背部后倾的趋势加深,上躯干倾向处于扭曲或压缩状态,腰背部由于得不到充分支撑而疲劳,降低了乘坐舒适性。自动驾驶等级的提高改变了驾驶任务,因此驾驶人坐姿特征发生显著变化。本文可为高度自动驾驶汽车的驾驶室布局与自动驾驶功能研究提供重要参考依据。

关键词：自动驾驶驾驶姿势关节角度坐姿舒适度人体标志点

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自动驾驶测试公共服务平台建设与思考

交通运输工程学报 2023年第6期23卷 1-9页

作者：王之中田野孙剑黄䶮余荣杰国家自然科学基金委员会工程与材料科学部北京100085 同济大学交通运输工程学院上海201804

为促进中国自动驾驶技术发展,在充分调研论证的基础上,按照工具化设计的理念,国家自然科学基金委员会交通与运载工程学科提出了场景库社会共建、开发环境敏捷、被测技术解耦、测试部署轻量化、评测结果公开透明的自动驾驶测试公共服务平... 详细信息

为促进中国自动驾驶技术发展,在充分调研论证的基础上,按照工具化设计的理念,国家自然科学基金委员会交通与运载工程学科提出了场景库社会共建、开发环境敏捷、被测技术解耦、测试部署轻量化、评测结果公开透明的自动驾驶测试公共服务平台OnSite的建设构想,设置了战略委员会、技术委员会、用户委员会、创新基金会,自主决策,达成公共服务平台独立发展,良好运行的目标。2021年,交通与运载工程学科通过面上项目群快速启动本领域研究,2022年起,持续通过重点项目、面上项目群资助自动驾驶测评相关技术研究,推动OnSite平台建设,积极开展有组织科研。制定了单项决策规划能力测评-从单项测评到全栈技术测评-从虚拟测评到虚实融合测评-从单车测评到车队测评-从测评导向到开发测评一体五阶段公共服务平台建设计划;目前,已完成第1阶段建设目标,已形成面向单项决策规划功能的测试能力。以OnSite平台为依托,学科已成功举办第一届OnSite自动驾驶算法挑战赛,有助于科研人员明确研究差距,促进实现需求牵引,问题导向的研究范式。打破科研机构与产业部门的壁垒,实现产-学-研精准、快速对接。此外,通过以赛代评,将进一步完善基础研究项目评价体系,切实推进破“四唯”工作。

关键词：交通与运载工程自动驾驶测试评价公共服务平台算法挑战赛

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自动驾驶交叉路口测试场景建模及验证方法

软件学报 2023年第7期34卷 3002-3021页

作者：夏春艳黄松郑长友张清睿王宇魏瑀皓中国人民解放军陆军工程大学指挥控制工程学院江苏南京210007 牡丹江师范学院计算机与信息技术学院黑龙江牡丹江157012

自动驾驶汽车在缓解交通拥堵和消除交通事故方面发挥着重要作用.为了保证自动驾驶系统的安全性和可靠性,在自动驾驶汽车部署到公共道路之前,必须进行全面的测试.现有的测试场景数据大多来源于交通事故和交通违法场景,而且自动驾驶系统... 详细信息

自动驾驶汽车在缓解交通拥堵和消除交通事故方面发挥着重要作用.为了保证自动驾驶系统的安全性和可靠性,在自动驾驶汽车部署到公共道路之前,必须进行全面的测试.现有的测试场景数据大多来源于交通事故和交通违法场景,而且自动驾驶系统最基本的安全需求就是遵守交通法规,这充分体现了自动驾驶汽车遵守交通规则的重要性.然而,目前严重缺少针对交通法规构建的自动驾驶测试场景.因此,从交通法规出发,根据自动驾驶系统的安全需求,提出了交叉路口测试场景的Petri网建模及形式化验证方法.首先,依据自动驾驶测试场景对交规进行分类,提取适合自动驾驶汽车的文本交规,并进行半形式化表征;其次,以覆盖道路交通安全法规以及测试场景功能测试规程为目标,融合交叉路口场景要素的交互行为,合理选择并组合测试场景要素,布设交叉路口测试场景;然后,基于交规的测试场景被建模为一个Petri网,其中,库所描述自动驾驶汽车的状态,变迁表示状态的触发条件,并选择时钟约束规范语言(CCSL)作为中间语义语言,将Petri网转换为一个可进行形式化验证的中间语义模型,提出了具体的转换方法;最后,通过Tina软件分析验证交规场景模型的活性、有界性和可达性,结果表明了所建模型的正确性,并基于SMT的分析工具MyCCSL来分析CCSL约束,采用LTL公式以形式化方法验证交规场景模型的一致性.

关键词：自动驾驶测试场景交规模型形式化验证

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自动驾驶3D目标检测研究综述

控制与决策 2023年第4期38卷 865-889页

作者：任柯燕谷美颖袁正谦袁帅北京工业大学信息学部北京100124

精确实时地进行目标检测是自动驾驶车辆能够准确感知周围复杂环境的重要功能之一,如何对周围物体的尺寸、距离、位置、姿态等3D信息进行精准判断是自动驾驶3D目标检测的经典难题.服务于自动驾驶的3D目标检测已成为近年来炙手可热的研究... 详细信息

精确实时地进行目标检测是自动驾驶车辆能够准确感知周围复杂环境的重要功能之一,如何对周围物体的尺寸、距离、位置、姿态等3D信息进行精准判断是自动驾驶3D目标检测的经典难题.服务于自动驾驶的3D目标检测已成为近年来炙手可热的研究领域,鉴于此,对该领域主要研究进展进行综述.首先,介绍自动驾驶感知周围环境各相关传感器的特点;其次,介绍3D目标检测算法并按照传感器获取数据类型将其分为:基于单目/立体图像的算法、基于点云的算法以及图像与点云融合的算法;然后,对每类3D目标检测的经典算法以及改进算法进行详细综述、分析、比较,梳理了当前主流自动驾驶数据集及其3D目标检测算法的评估标准,并对现有文献广泛采用的KITTI和NuScenes数据集实验结果进行对比及分析,归纳了现有算法存在的难点和问题;最后,提出自动驾驶3D目标检测在数据处理、特征提取策略、多传感器融合和数据集分布问题方面可能遇到的机遇及挑战,并对全文进行总结及展望.

关键词：机器视觉深度学习目标检测 3D目标检测自动驾驶

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自动驾驶测试与评价技术研究进展

交通运输工程学报 2023年第6期23卷 10-77页

作者：赵祥模国家重点研发计划(2021YFB2501200)团队长安大学

针对实际复杂交通运行环境中自动驾驶车辆整车级测试成本高、周期长、覆盖度低、缺乏完善工具链等难题,分析了自动驾驶测试与评价技术7大领域的研究现状,展望了未来发展方向,具体涵盖了自动驾驶车辆仿真测试技术、交通流仿真测试技术、... 详细信息

针对实际复杂交通运行环境中自动驾驶车辆整车级测试成本高、周期长、覆盖度低、缺乏完善工具链等难题,分析了自动驾驶测试与评价技术7大领域的研究现状,展望了未来发展方向,具体涵盖了自动驾驶车辆仿真测试技术、交通流仿真测试技术、硬件在环测试技术、场地测试技术、智能性评价技术、测试评价工具链与体系构建、认证与潜在缺陷检测技术等。在自动驾驶车辆仿真测试方面,分析了自动驾驶仿真测试软件、车辆动力学模型、测试背景车交互行为模型、云控平台监管的仿真测试与车辆仿真系统标准化的研究现状,总结了自动驾驶车辆仿真测试目前存在的主要问题;在自动驾驶交通流仿真测试方面,总结了测试背景车驾驶风格模型、交通流建模与仿真、交通场景生成方法和加速测试方法的研究现状,展望了自动驾驶交通流仿真测试的未来发展趋势;在硬件在环测试技术方面,总结了人-车-路-环多维数字孪生测试和自动驾驶车辆整车级系统平台构建方法,概述了高清摄像头、毫米波雷达、超声波雷达等典型传感器数据与车车/车路通信信号的模拟技术;在场地测试技术方面,综述了封闭场地测试、开放道路测试与高速公路测试相关测试场、测试标准和关键技术的发展现状;在智能性评价技术方面,从自动驾驶智能性概念、场景复杂度量化和评估、自动驾驶智能性评价体系与社会合作性评价方法四方面介绍自动驾驶智能性评价方法的研究现状;在测试评价工具链与体系构建方面,主要从测试评价工具链技术、自动驾驶测试评价体系、自动驾驶测试标准现状三方面介绍了自动驾驶测试评价标准体系现状;在认证与潜在缺陷检测技术方面,从自动驾驶缺陷的定义、致因分析、缺陷分类、缺陷检测等方面综述了目前自动驾驶的缺陷检测方法,总结了自动驾驶车辆安全保障面临的挑战。研究结果表明:自动驾驶测试评价技术虽已取得较大进展,但测试评价标准体系仍不完善,现有测试工具与方法难以满足L3级及以上自动驾驶车辆测试需求;虚拟仿真与数字孪生技术发展应用水平较低,在拟真度、测试效率与整车级测试能力方面存在诸多不足;未来需进一步加强全场景、高保真建模技术与实时仿真软件研发,建立虚实交互的在线加速孪生测试系统,研究自动驾驶全栈危险测试场景生成和加速测试方法,整合自动驾驶测试技术和工具,形成自动驾驶测试评价的工具链,完善标准规范。

关键词：智能交通自动驾驶测试与评价技术交通流仿真测试硬件在环测试场地测试智能性评价测试评价工具链缺陷检测

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自动驾驶中量子认知与决策问题研究

控制理论与应用 2022年第4期39卷 741-749页

作者：宋清源傅卫平王雯高志强周劲草郝大鹏西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 西安外事学院工学院陕西西安710077 西安航空学院理学院陕西西安710077

自动驾驶车辆对人类驾驶车辆和行人的意图估计及其相互作用研究是极其重要的,现有的研究不能很好的解释人类交通参与者的不确定因素和非理性行为,这对研究自动驾驶车辆在真实道路交通场景中运行形成了阻碍,本文基于量子理论和锚定效应,... 详细信息

自动驾驶车辆对人类驾驶车辆和行人的意图估计及其相互作用研究是极其重要的,现有的研究不能很好的解释人类交通参与者的不确定因素和非理性行为,这对研究自动驾驶车辆在真实道路交通场景中运行形成了阻碍,本文基于量子理论和锚定效应,针对自动驾驶车辆右转时与非机动车和行人交互场景,构建量子决策模型.仿真分析和数据集实验证明了在与人类交通参与者进行交互时,锚定效应下的量子决策模型可以考虑存在不确定性因素和非理性行为时进行加速或减速的决策,且相比于累积前景理论模型(CPT)更加贴合实际情况.

关键词：自动驾驶量子决策锚定效应非理性行为

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自动驾驶对沥青面层寿命及养护成本影响分析

中国公路学报 2022年第10期35卷 125-134页

作者：宋明涛陈丰同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 广东华路交通科技有限公司广东广州510545

自动驾驶车辆具有鲁棒的横向控制稳定性与居中车道行驶偏好,这将显著影响车辆轮迹横向分布。集中的轮迹分布将加速沥青路面车辙发展,应合理利用自动驾驶车辆横向控制,量化轮迹横向分布对路面车辙发展以及建设养护成本的影响。以浙江上... 详细信息

自动驾驶车辆具有鲁棒的横向控制稳定性与居中车道行驶偏好,这将显著影响车辆轮迹横向分布。集中的轮迹分布将加速沥青路面车辙发展,应合理利用自动驾驶车辆横向控制,量化轮迹横向分布对路面车辙发展以及建设养护成本的影响。以浙江上三高速为对象,利用视频观测现阶段车道横断面车辆横向分布状态并测量路面车辙深度,提取了车辆横向分布基准参数;据此设计了几种轮迹分布函数并构建轮迹横向分布实施流程;通过室内试验采集材料参数,建立上三高速路面结构有限元仿真模型,分析了不同自动驾驶车辆比例以及横向分布函数下沥青罩面使用年限以及年均建设养护成本。研究结果表明:按照现阶段自动驾驶车辆小于10 cm的横向分布标准差,当车辆全部自动化后,路面车辙达到15 mm的年限将由11年多提前至8年,上三高速沥青罩面年均建设养护成本将增加37.4%(达到49.9万元/km)。随着横向分布标准差的逐渐增长,自动驾驶车辆的不利作用将会逐渐减弱;当其值大于25 cm时,自动驾驶车辆将有利于减缓路面车辙发展进程,且此时自动驾驶车辆的比例越高,减缓效果越明显;均匀分布状态下,路面车辙年限将推迟约3年(升至14年),年均建设养护成本将减少约24.2%(降至27.6万元/km)。因此,合理控制自动驾驶车辆轮迹横向分布将有效降低沥青面层建设养护成本。

关键词：道路工程路面养护成本有限元自动驾驶轮迹横向分布