城市环境下无人驾驶车辆决策系统研究

【摘要】随着计算机科学和机器人技术的发展,无人驾驶车辆在军事、民用和科学研究等诸多方面得到了广泛的应用,它集中了结构学、电子学、控制论和人工智能等多学科的最新研究成果,具有广阔的应用前景。对于无人驾驶车辆来说,智能决策是其关键组成部分,是研究的热点之一。在城区环境中,由于驾驶场景复杂多变,交通参与者的行为难以预测,无法采用一个标准、统一的决策模型进行描述。为了解决城区复杂环境下无人驾驶车辆的决策、规划问题,本文通过学习人类驾驶员复杂场景下的决策过程,提出了一种新的驾驶行为决策模型的建立方法,并在此基础上,完成了无人车的运动规划。具体的研究内容如下所示：1)介绍了无人驾驶车辆的研究意义,了解了无人驾驶车辆的国内外研究现状,调研了移动机器人智能决策及运动规划方法,分析比较了国外无人驾驶车辆决策系统的实现方式,对城市典型交通状况进行了描述和总结。基于驾驶员的任务需求以及其对车辆的决策过程及行为方式,提出了无人驾驶车辆在城市道路中进行决策规划的关键问题,明确了决策系统的设计准则。随后介绍了“智能先锋Ⅱ”无人驾驶车辆平台的各个组成模块,阐述了平台的工作原理及协作方式。基于决策系统时间和空间上的多分辨率的特点,设计了三层模块化决策系统框架,满足决策系统的实时性、自适应性和鲁棒性要求。2)针对不同的驾驶环境及人类驾驶员的驾驶行为特征,采用层次有限状态机的方法建立城区环境下无人驾驶车辆行为决策模块。对驾驶员的复杂行为进行抽象和分解,并把分解所得的原子行为作为状态机的底层状态集合。同时,基于人类驾驶员复杂场景下的决策过程,提出了一种基于多属性决策方法的驾驶行为决策模型,抽取行驶过程中驾驶员关注的相关属性,判断和评价并获取最终驾驶行为模式,使得行为决策模式符合人类驾驶员的思维过程,解决了城市复杂交通场景下无人驾驶车辆的类人决策问题。设计了一种基于层次分析法——熵权法的驾驶行为矩阵赋权方法,建立基于驾驶经验与客观数据的权重体系,减弱主观随意性对决策结果的干扰,并且减少因样本数据不足带来的熵值法不准确的问题。结合TOPSIS优选和灰色关联分析两种方法,构建一种新的驾驶行为灰色理想值逼近模型,进行决策评判,使得被选方案不仅在空间位置上与最优方案较为接近,同时,其形状也贴近于最优方案,保证了所选驾驶行为的最优性。3)研究基于径向基函数神经网络的运动规划方法。首先对城区环境中运动规划算法的设计原则进行了分析,明确了运动规划的难点。针对非结构化道路特征不明显,环境不可预测的特点,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的运动规划方法,通过随机提取可行驶区域内的离散参考点,采用正则化网络对数据做逼近处理,并以一种带遗忘因子的单输出RBF网络学习方法——梯度下降法对网络参数进行学习。生成的轨迹能够对任意道路形状进行拟合,并且满足车辆运动特性的约束。此外由于RBF网络是一种局部逼近网络,具有学习速度快的优点,对于动态变化的环境能够快速响应,满足车辆规划系统的实时性要求。最后,本文基于城区真实道路环境,在“智能先锋Ⅱ”无人驾驶车辆平台上进行了实验,结果验证了决策系统设计方法的正确性和有效性。
【作者】陈佳佳；
【导师】梅涛；
【作者基本信息】中国科学技术大学，精密仪器及机械，2014，博士
【关键词】无人驾驶车辆；决策系统；行为决策；运动规划；层次有限状态机；多属性决策；径向基函数神经网络；

【参考文献】
[1]袁多武.市场竞争与银行资本充足水平[D].复旦大学,产业经济学,2012,硕士.
[2]杨云马.腐植酸复合肥对银杏实生苗综合效应的研究[D].河北农业大学,植物营养学,2004,硕士.
[3]陈琢.DC房地产公司融资案例研究[D].北京交通大学,2014.
[4]刘东山.汉代家庭继承制度研究[D].河北师范大学,中国古代史,2012,硕士.
[5]陈钟洪.我国上市公司融资结构问题研究[D].东华大学,企业管理,2004,硕士.
[6]王海滨.在俄汉交际中礼貌用语的跨文化语用失误[D].吉林大学,俄语语言文学,2004,硕士.
[7]向琪.深圳市社区老年人日间照料中心规划与建筑设计研究[D].哈尔滨工业大学,建筑学,2013,硕士.
[8]李夏玉,贺学林,李恒,程军,范永升,陈江华.慢性移植肾肾病患者中医辨证分型与Banff病理分级关系探讨[J].中华中医药杂志,2014,03:739-741.
[9]岳士廷.考虑局部场址特征的桥梁地震动响应分析[D].青岛理工大学,岩土工程,2012,硕士.
[10]杨杰锋.中药注射剂安全性再评价管理探究及对策[D].山东大学,制药工程（专业学位）,2012,硕士.
[11]周培.磁记忆二维检测定量分析[D].南昌航空大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[12]阿布德拉.发展中国与阿尔及利亚经贸合作研究[D].黑龙江大学,国际贸易学,2013,硕士.
[13]余艳霞.表面一维席夫碱聚合物的STM研究[D].哈尔滨工业大学,物理化学,2014,硕士.
[14]李银银.基于规则引擎的薪资计算管理系统的研究与实现[D].华中师范大学,计算机技术,2013,硕士.
[15]王学荣.马克思主义生产力理论的当代转换：从传统到生态[D].首都师范大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[16]张祺熙.中国上市公司财务灵活性及其对企业业绩的影响[D].西南交通大学,金融学,2014,硕士.
[17]袁海龙.H省农发行风险导向审计实施问题研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[18]刘冬清.云计算编程模型的形式化描述方法研究[D].吉林大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[19]李天娇.晚清哀牢山区李文学起事动员方式研究[D].华东师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[20]王书博.上海“城市诗”派研究[D].西南大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[21]孙远.文化差异与中国企业跨国并购绩效[D].浙江工业大学,国际贸易学,2012,硕士.
[22]刘博学.医之病与医医之方：明清医家之自医[D].华中师范大学,中国古代史,2013,硕士.
[23]夏江宝,张淑勇,赵自国,赵艳云,高源,谷广义,孙景宽.贝壳堤岛旱柳光合效率的土壤水分临界效应及其阈值分级[J].植物生态学报,2013,09:851-860.
[24]李静.格上基于身份的群签名方案研究[D].西安电子科技大学,密码学,2012,硕士.
[25]高希.复合材料悬架横臂的优化设计[D].中北大学,车辆工程,2014,硕士.
[26]徐俊健.2011世界休博会网站文本的汉英翻译问题及对策[D].浙江工商大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[27]王洁鹂.窘境下的制衡机制[D].上海外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[28]李虹.孙健忠笔下的湘西世界[D].湖南师范大学,现当代文学,2013,硕士.
[29]李华.梁武帝佛学思想研究[D].安徽大学,宗教学,2013,硕士.
[30]蔡蓉.新型纳米材料修饰印迹电化学传感器研究[D].吉首大学,2014.
[31]刘玉德.利用虚拟机技术实现控制系统上位机的系统迁移[J].冶金自动化,2012,06:66-69.
[32]黄秀洁.劳动合同违约金制度之完善研究[D].内蒙古大学,法律,2014,硕士.
[33]王子寒.IT产品研发与测试项目管理研究[D].北京交通大学,2014.
[34]廉静晓.城区小学语文课堂学生提问状况调查研究[D].湖南师范大学,教育（专业学位）,2014,硕士.
[35]梁莉,林正怀,陈狮,王加贤.石墨烯实现Nd:YVO_4激光器1064nm和1342nm双波长被动调Q[J].中国激光,2014,04:53-56.
[36]赵喜龙.人工林杨树、杉木木材胶合工艺和性能研究[D].内蒙古农业大学,木材科学与技术,2004,硕士.
[37]陈世伟,刘旻霞,贾芸,安琪,安嫣菲.甘南亚高山草甸围封地群落演替及植物光合生理特征[J].植物生态学报,2015,04:343-351.
[38]严宝山.从教室走向自然[D].沈阳师范大学,美术,2013,硕士.
[39]曾春芳.氧化石墨烯的液化和石墨烯流体在橡胶复合材料中的应用[D].华南理工大学,2013.
[40]邢薇薇,仝磊鸣,张毅,任程.基于余弦距离的人体运动数据行为分割算法[J].中南大学学报(自然科学版),2014,04:1128-1136.
[41]鄂蕊.基于Android系统的中国象棋软件设计[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[42]穆明娟.江苏省经济增长与能源消耗脱钩研究[D].南京财经大学,西方经济学,2012,硕士.
[43]李大振.基于语义相似度的RDF本体查询松弛方法研究[D].东北大学,计算机软件与理论,2010,硕士.
[44]郭靖.高速钢丝锥可靠性评价方法研究[D].太原科技大学,应用数学,2013,硕士.
[45]董磊超,刘昊昱,浮明军,何涛.智能变电站间隔层设备自动测试系统研制[J].电力系统自动化,2015,05:147-151.
[46]王良豫.计算机辅助语言学习基础下的高中英语听力教学研究[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[47]任胜男.合肥市特殊老人养老服务需求调查报告[D].安徽大学,社会工作,2014,硕士.
[48]柏嵩,沈小平.石墨烯基无机纳米复合材料[J].化学进展,2010,11:2106-2118.
[49]汪波,杨浩,张志华.基于周期运行图的京津城际铁路列车开行方案研究[J].铁道学报,2007,02:8-13.
[50]李帅.石墨烯及其复合材料的制备及性能研究[D].天津大学,2010.