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自动驾驶行人识别测试场景设计方法研究文献综述

 2020-04-14 09:04  

1.目的及意义
论文的目的:
随着科学技术的发展,无人驾驶技术逐渐成熟,各国对无人汽车的研究进入实际道路测试阶段。本文主要介绍目前无人汽车关键技术的现状,分析了环境感知、智能决策、路径规划、控制等技术对无人驾驶实现的作用和影响,同时提出了今后无人驾驶关键技术的研究趋势和方向。无人驾驶技术愈加成熟,无人驾驶汽车更加智能化,在很大程度上解放了驾驶员,提高了出行效率,主要是保证了汽车驾驶员的安全。
论文的意义:
本文对现代汽车道路交通事故实例进行分析,研究了目前无人汽车在遇到前方有突发情况时避免碰撞的仿真测试,为今后无人驾驶汽车的发展提供了测试方法,保证了汽车的性能稳定。本文介绍的是自动驾驶行人识别测试场景设计方法的研究,通过测试保证无人驾驶汽车在前方出现行人时自动识别并做出相应避让手段,以保证前方行人的安全。在无人驾驶汽车未来的发展过程中,考虑到我国复杂的交通状况,行人横穿道路的现象比较普遍,因此必须保证无人驾驶汽车能够准确识别周边行人运动趋势,及时做出相应的调整,这是无人驾驶汽车走上道路前必须保证的要求。

国内外的研究现状分析:

1、行人识别的研究现状:

文献【14】中,时代汽车的石娟等人在2017年对行人自动紧急制动系统测试评价方法进行了研究。通过对车辆速度、行人速度、碰撞位置、行人运动方向、行人身高和行人年龄等参数的分析,总结了3 种有代表性的刮 撞行人事故的交通场景;根据事故占比,确定了用于评价行人自动紧急制动系统的测试场景和权重,建立了适用于 C-NCAP 的行人自动紧急制动系统的评价方法,为 C-NCAP 制定行人自动紧急制动系统测试评价方法提供帮助。

文献【15】中,南昌航空大学的罗杰在2018年的学术论文中队基于卷积神经网络的交通场景行人检测进行了研究。通过对基于神经网络的交通场景行人检测算法进行研究,以提高检测精度、保证检测时间为目标,针对当前行人检测算法在复杂交通场景下存在较多漏检和误检的问题,提出一种改进的区域候选网络和级联卷积神经网络用于检测交通场景行人。
文献【16】中,华南理工大学的艾拓在2018年的学术论文中对基于深度学习的行人检测与行人识别进行了研究。总结了近年来基于深度学习的行人重识别方法, 从表征学习、度量学习、局部特征、视频序列和 GAN 网络为切入点, 进行了详细的讨论, 并展望了该领域未来可能的研究方向。
文献【17】中,杭州电子科技大学的易成伟在2018年的学术论文中对基于Visconti2 7502的行人检测进行了研究。本课题提出面向实际车载应用领域的基于Visconti2 7502的车载行人检测系统。该系统首先采集大量实际道路场景中行人的正负样本,使用多台阶SVM分类训练,得到用于判断行人目标的字典文件;然后使用车载前置单目摄像头实时捕获道路图像信息;针对图像中目标大小和距离不同,建立图像金字塔,同时,对金字塔的每一层设定ROI区域,去除无用区域,以提高检测速度;使用两种模板大小的高维的Co-occurrence Histograms of Oriented Gradients(Co HOG)萃取ROI中的目标特征,根据字典对提取到的目标进行两次比对判断,以提高检测精度;使用Harris角点和光流法追踪行人目标;使用Visconti2 7502内部集成的多核处理器和图像处理加速器对整个系统进行实现。最后,将该系统安装在普通轿车的前挡风玻璃固定位置处进行道路实测实验,得出结论:本系统将Co HOG特征提取算法结合多台阶SVM分类器应用在Visconti2平台上,仅依靠一个单目摄像头即可实现实时精确的行人检测,成本较低,体积小,完全适用于空间狭小的车内空间,有着很强的现实意义和巨大的市场应用价值。
文献【18】中,时代汽车的连旭在2017年对基于步态特征的车辆前方行人识别系统进行了研究。通过以车载摄像头作为车辆前方环境信息获取的主要手段, 采用行人步态识别技术, 进行了运动车辆前方行人检测技术的研究。试验结果表明:本文采用的算法能够对车辆前方法的行人进行快速、有效的识别, 且该系统有着较好的实时性及稳定性。
2、自动驾驶测试的研究现状:
国内:
国内对于自动驾驶测试试验场及示范区在设计时主要考虑对自动驾驶汽车的研发试验需求和保障产品安全的测试认证需 要两方面,不同的测试需求在测试场地建设时所考虑的因素 也有所不同。基于研发试验方面,此类试验场地的建设主要 以推动智能交通、智能网联技术及自动驾驶产业发展为目的。 建设思路以封闭测试场为主,在测试场景的设计、测试所需 的配套设施建设方面主要考虑对自动驾驶功能性的重复试验 与验证,以满足自动驾驶系统的再学习与深度优化等的开发 需求,并且在测试场地的周边通常配套有较为完善的产业集群。2016 年,上海、北京、浙江、重庆、武汉、吉林成为首 批的 6 个自动驾驶汽车场地测试示范运用城市。
国外:
国外在测试场的建设 中综合考虑了物联网技术,构建车路协同基础设施,例如 V2V、V2X 等车联网通信技术发射、接收、处理终端。目前 在试验场地建设中,较为成熟的有美国的 Mcity 自动驾驶试 验场。2015 年,美国密歇根大学设计建造了世界 上第一个专门用于测试网联汽车和自动驾驶汽车技术的试验 场地:密西根州 Mcity 自动驾驶试验场,它占地 12.9 万平方米,斥资 1000 万美元。Mcity 主要包 含两个测试区域:用于模拟高速公路环境的高速试验区域和 用于模拟市郊和近郊的低速试验区。其中模拟市区的低速试 验区以虚拟城市为设计思路,在场景的设计过程中设置有大 楼等基础设施,它们的正面外观均采用复合板等简易材料, 并构建了十字路口、交通圈、桥梁、隧道及建筑护栏等大量 障碍物与测试环境来测试自动驾驶汽车在城市道路中安全行 驶能力。同时还设置了污损路牌、褪色车道标识等特殊用例 来测试自动驾驶汽车对特殊情况的处理能力。
3、自动驾驶计算机仿真测试的研究现状:
国内:
文献【6】中,重庆交通大学学报的都雪静等人在2017年12月对汽车模拟碰撞试验装置设计及仿真验证研究。为研究交通事故中车载群体散落物的分布特征,在参照国内外汽车碰撞试验台的基础上,设计了汽车模拟碰撞试验装置。根据模拟碰撞试验装置中碰撞速度的要求,对三相异步电机的选取和牵引绳的强度进行了计算,并用ANSYS/LS-DYNA软件对整个模拟碰撞试验装置进行仿真。结果表明:该试验装置可以使试验车在一定的距离内加速到规定的碰撞速度,能够模拟汽车低速时的正面碰撞,并满足有关国家法规的要求。试验车具有足够的强度,可以重复使用。
文献【7】中,王润民等人对车联网仿真测试评价技术进行了研究。从车联网研究及应用过程中的测试评价需求出发,总结了主流的网络仿真器和交通仿真器,对现有车联网仿真平台进行了分类,研究并对比分析了典型的车联网仿真平台;针对车联网的应用特性,研究并归纳了影响车联网仿真性能的车辆移动模型、信道传播模型及驾驶员行为等;从网络仿真指标、车联网应用相关指标归纳了车联网功能及性能测试的典型评价指标;最后探讨了车联网仿真测试的发展方向。
文献【8】中,北京邮电大学的左长华在2018年对车联网的仿真建模与测试进行了研究。主要研究车联网的仿真建模与测试,其中建模包括软件建模和硬件建模。在软件仿真平台上仿真了 AODV、DSDV和OLSR三种路由协议,测试了三种路由协议下的丢包数、到达率和平均时延。
文献【11】中,张勇等人在2006年对基于Matlab的车辆动力学控制交互式硬件在环仿真系统进行了研究。完全利用Matlab工具实现实时交互式车辆动力学控制硬件在环仿真系统。该系统在硬件在环仿真研究过程中省去复杂不确定的驾驶员模型, 直接把人的驾驶行为作为仿真的一部分嵌入仿真过程。仿真试验结果表明,该仿真方案是可行有效的, 对进一步研究ESP控制逻辑以及该系统快速开发研究具有很大的意义。由于该仿真系统的实时硬件接口非常丰富且具有可扩展性,因此该仿真系统可进一步用于车辆动力学控制系统快速开发。
文献【12】中,王一霖等人在2018年对基于仿真平台的自动驾驶汽车转向控制方法进行了优化研究。促进自动驾驶技术的快速发展,确保自动驾驶安全、顺利进行,首先针对传统切线法转向控制模型存在的安全问题,设计加强型切线法速度约束模型对其加以优化,以控制自动驾驶汽车时刻保持在道路边界线内行驶,然后基于TORCS微观仿真平台,对加强型切线法与传统切线法的转向控制效果进行对比验证。结果显示,加强型切线法的自动驾驶转向控制效果明显优于传统切线法,从而使汽车自动驾驶的安全性得到显著提升。
国外:
随着对视景模拟系统的日益再视,相关研究也逐渐发展。其中作为虚拟交通场景中最再要的组成部分,虚拟自主交通车辆的相关研究得到了大多数科研人员的再视。文献【28】中,法国Microwave Vision Group (以下简称MVG) 首席科学家Lars Foged表示,V2X技术实地通信测试已经在全球范围内展开,通过结合天线测量和后处理软件模拟的方法,一些昂贵、具备风险且冗长的测试可被取而代之。90年代末,美国东北大学的研究人员将智能驾驶员模型、3D可视模型和汽车动力学模型合并,并增加了情感部分。基于此框架开发了具有性格区分的驾驶行为模型,但所能够模拟的虚拟环境仍然较为单一间。近年来,有大量的学者进行了以多智能体(Multi-Agent) 的方式搭建驾驶模拟器的虚拟场景的相关研究。Agent具有自治性、反应性、通信性,能够-定程度上模拟真实世界中交通参与物感知环境,自行规划决策和操作的行为,因此可用车辆Agent来模拟人-车单元的行为"。此外,部分研究中,对车辆Agent引入了驾驶员性格因素,使得车辆Agent的行为表现具有几种不同的模式。但目前的研究成果中,车辆智能体在行为表现上仍具有十分明显的单一性,对车辆的动力学特征表现仍然十分不足。另一方面,许多大型商用车辆仿真软件都开始配备有虚拟环境,致力于通过对行驶环境的建模,使仿真的试验条件能够尽量与实车试验接近,以得到与实车试验较为接近的数据。
4、自动驾驶的发展现状:
国内:
文献【25】中,吉林大学的李墨在2017年对面向无人驾驶汽车的雷达—视觉集成控制器进行了研究。通过分析智能汽车在城市环境车辆行驶特点,选择跟踪滤波器,设计数据关联方法,针对目标跟踪选择融合结构,设计针对毫米波雷达和单目摄像头的信息融合算法,进而实现复杂环境下对车辆目标的跟踪。本文围绕雷达-视觉集成控制器进行了相关研究和算法设计,主要研究内容包括以下几个方面:首先,本文对目标跟踪基本理论进行了相关研究。一方面对贝叶斯、卡尔曼、扩展卡尔曼和不敏卡尔曼等典型滤波技术进行了相关研究,另一方面自适应目标跟踪方法和机动目标跟踪方法进行了比较分析,此外还对数据关联技术进行了研讨。
文献【26】中,长安大学的王振在2016年对无人车运动控制系统设计与实现进行了研究。论文将车辆的运动控制系统分解为纵向运动控制子系统和横向运动控制子系统。依托线控改造后的车辆平台对本文中的控制算法进行了精度和可靠性测试。在紧急停车、变更车道、环行轨迹跟踪行驶这三种场景下对车辆的速度跟踪和轨迹跟踪性能展开测试,并对测试结果进行了分析,验证了论文所述算法的有效性和可靠性。
文献【27】中,上海大学学报的张继红等人在2019年1月对自动驾驶汽车侵权责任问题进行了研究。文献提出了基于权利发展的内在规律,应赋予自动驾驶汽车独立法律人格的观点,并结合自动驾驶汽车的使用目的构建侵权责任承担规则:个人使用时,对被侵权人的损失在保险限额内先行赔付,超出保险限额的部分,自动驾驶汽车作为"驾驶员",由警方依据机动车交通事故责任认定自动驾驶汽车的责任,由其私产进行填补,并可向设计者、制造者、销售者或使用者等责任主体追偿;公共使用时,自动驾驶交通行业作为一个整体,适用修正的企业责任以基金形式共同承担赔偿责任,其中并不排除个别主体担责的情形。
国外:
在自动驾驶汽车研究方面,非汽车厂商表现抢眼,以谷歌自动驾驶汽车为例,在 2010年,谷歌公司在官方博客中宣布,正在开发自动驾驶汽车,目标是通过改变汽车的基本使用方式,协助预防交通事故,将人们从大量的驾车时间中解放出来,并减少碳排放。到目前为止,谷歌已经申请和获得了多项相关专利,其无人驾驶汽车于 2012 年获得牌照上路,总驾驶里程已经超过了 48.3 万千米,并且几乎零事故发生率。意大利帕尔马大学 Vislab 实验室研制的无人车于 2010 年经过意大利、斯洛文尼亚等到达中国上海,行程 15900 千米。它利用太阳能作为辅助动力源,配备 5 个激光雷达、7 个摄像机、GPS 全球定位、惯性测量设备、3 台 Linux 电脑和线控驾驶系统。2013 年,他们的无人驾驶车在无人驾驶的情况下成功识别了交通信号灯、有效避开行人,成功驶过十字路口、环岛等常见的城市危险路况。德国汉堡 IBEO 公司早在 2007 年开发了无人驾驶汽车。行驶过程中,车内安装的全球定位仪将随时获取汽车所在准确方位。隐藏在前灯和尾灯附近的激光雷达随时“观察”汽车周围 200 码(约 183米)内的道路状况,并通过全球定位仪路面导航系统构建三维道路模型。它能识别各种交通标识,保证汽车在遵守交通规则的前提下安全行驶,安装在汽车后备箱内的计算机将汇总、分析两组数据,并根据结果向汽车传达相应的行驶命令。


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2. 研究的基本内容与方案

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基本内容:
通过交通事故调查数据,归纳总结典型的行人危险工况;
利用聚类分析的方法对样本进行分析,得到具有典型特征的危险场景;
利用3dmax 软件搭建行人识别的场景模型;
利用Unity软件进行模型的运动仿真测试。



技术方案:
1、查阅了有关国内外自动驾驶的文献资料,并做好了外文文献的翻译工作,对文献资料进行整理与消化吸收,利用实践经验与所学知识,完成文献综述、开题报告等;
2、在收集整理的文献资料中,对所有文献分类,大致分为交通事故、行人识别、自动驾驶仿真测试和自动驾驶四类,并做好外文文献的查阅与翻译工作;
3、通过对得到的交通事故案例进行聚类分析,得到典型的事故类型,找出典型的行人危险工况;
4、与小组成元进行讨论,完成自动驾驶行人识别测试场景的分析,确定自动驾驶汽车碰撞行人的事故场景模型;
5、根据讨论得到的场景模型,查阅3dmax软件数据库内的模型库,得到汽车、行人和道路的模型,并将其搭建成完整的事故场景。


6、利用Unity软件对3dmax得到的场景进行编程,使其内部的汽车和行人模型按照预定的运动形式运动,完成运动仿真;
7、撰写毕业设计论文;
8、答辩。


3. 参考文献
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