面向智能驾驶的驾驶员意图识别算法研究

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驾驶员是“人-车-路”闭环系统中最重要的因素,也是最不稳定的因素。从安全角度来说,高达94%的交通事故由于驾驶员的失误导致,倘若能提前预测驾驶员的驾驶想法,可有效降低事故发生率。从智能汽车发展角度来说,完全自动驾驶短期内难以实现,必将首先步入人机共驾的阶段,驾驶员与车辆共享控制权,系统决策层需要识别驾驶员的意图,实现行车决策的步调一致。因此,智能驾驶发展进程中,绝不能忽视驾驶员因素,尤其是对驾驶员意图的识别。本文基于Brain4Cars数据集,以不同的时间窗口开展在驾驶操作前识别驾驶员意图的研究,取得一定成效,最优模型F1度量达到82.6%,主要工作内容如下:(1)利用3D卷积提取驾驶舱内视频抽象特征开展驾驶员意图识别的研究。CNN只能从空间维度提取特征,无法考虑运动视频连续帧中存在的相关性。故本文引入3D卷积能提取时空特征的能力,采用3D Res Ne Xt101提取驾驶舱内视频抽象特征来识别驾驶员意图。由于样本数量不多,本文通过迁移学习将在Kinetic数据集上预训练的网络模型作为基本模型,固定部分权重展开训练,且采用多种方法避免过拟合。结果表明3D卷积可以有效提取驾驶舱内视频特征信息,在测试集上,模型识别驾驶员意图准确率达到76.3%,F1度量为75.3%。(2)利用CNN-LSTM预测交通状况未来帧运动特征开展驾驶员意图识别的研究。本文将包含运动信息的光流图作为模型输入,利用CNN做特征提取并结合LSTM预测未来帧运动特征来识别驾驶员意图。本文对比了使用Lucas-kanade算法、Farnback算法以及Flow Net2.0网络生成光流的效果,考虑到本文研究场景有明显光线变化且运动目标速度较快,最终选择Flow Net2.0网络对帧图像进行处理获取光流图。由于CNN-LSTM网络只能预测未来某一帧的运动特征,所以模型的整体识别性能相对较低,准确率为64.7%,F1度量为68.2%。(3)使用上下分支特征融合的方式开展驾驶员意图识别研究。将通过3D卷积提取的驾驶舱内视频抽象特征与利用CNN-LSTM预测的未来帧运动特征有效拼接作为识别特征。模型在测试集上的效果表明,驾驶舱内视频抽象特征能与交通状况视频运动信息形成有效互补,有助于驾驶员意图的识别。此外,本文与其他方法进行对比,结果显示本文方法在时间窗口=5s时,F1度量优于其他方法。同时,为提高模型的推理速度,本文基于Open VINO对模型进行优化。
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