[論文レビュー] Autonomous Vehicle Speed Control for Safe Navigation of Occluded Pedestrian Crosswalk

Sarah M. Thornton|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2018

Autonomous Vehicle Technology and Safety参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、センサの制限により隠れた歩行者が存在することに起因する不確実性を伴う、視界が遮られた歩行者横断帯を走行する自動運転車両の部分的に観測可能なマルコフ決定過程（POMDP）に基づく速度制御方策を提案する。QMDP近似を用いることで、2次元占有グリッドにおける観測不能なタイル数に基づき、動的に車両速度をスケーリングする手法であり、ベースラインおよびオラクル手法と比較して、不確実な状況下での安全性が著しく向上している。

ABSTRACT

Both humans and the sensors on an autonomous vehicle have limited sensing capabilities. When these limitations coincide with scenarios involving vulnerable road users, it becomes important to account for these limitations in the motion planner. For the scenario of an occluded pedestrian crosswalk, the speed of the approaching vehicle should be a function of the amount of uncertainty on the roadway. In this work, the longitudinal controller is formulated as a partially observable Markov decision process and dynamic programming is used to compute the control policy. The control policy scales the speed profile to be used by a model predictive steering controller.

研究の動機と目的

• センサの制限により脆弱な道路利用者が隠れてしまう状況下における自動運転車両の横断帯走行における安全性の課題に対処すること。
• 大型車両による遮蔽によって生じる歩行者存在の不確実性を、従来のプランナが安全に処理できない場合があることに対応すること。
• 環境の不確実性に基づき、車両速度を動的にスケーリングするリアルタイムで適応可能な速度制御方策を開発すること。
• 部分的観測下での信念に基づく意思決定を組み込むことで、ベースラインおよびオラクル手法を凌駕すること。
• 遮蔽物の周囲の完全なパスプランニングを必要とせずに、より安全でより慎重な環境下での走行を可能にすること。

提案手法

• 縦方向の速度制御問題を、歩行者存在状態および遮蔽状態を含む状態を持つPOMDPとして定式化する。
• 2次元占有グリッドを用いて環境を表現し、3値（占有、未占有、観測不能＝遮蔽による）を採用する。
• 制御方策に影響を与える主要な不確実性指標として、観測不能なタイル数を追跡する。
• 計算複雑性を低減するため、POMDPを効率的に解くためにQMDP（Q値メッセージパッシング）近似を適用する。
• POMDPから導出された速度スケーリング要因を、リアルタイムの軌道追従に適したモデル予測制御（MPC）フレームワークに統合する。
• ラumped-axleモデルを用いて車両動態をシミュレートし、隠れた歩行者および露出した歩行者が存在するシナリオ全体で性能を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遮蔽によって歩行者の存在が不確実な状況下で、自動運転車両はどのように安全に横断帯を走行できるか？
• RQ2 リアルタイムでのセンサ観測の不確実性に基づき、車両速度を動的に調整できる制御方策は何か？
• RQ3 遮蔽状況下で、POMDPベースのアプローチはオラクルおよびベースライン手法と比較して、安全性および操舵性においてどのように異なるか？
• RQ4 QMDP近似は、リアルタイムでの自動運転車両制御におけるPOMDP問題に対して、実行可能かつ実用的な解を提供できるか？
• RQ5 観測不能なタイル数は、遮蔽下走行時の慎重な速度意思決定を導く上で、どのような役割を果たすか？

主な発見

• POMDPに基づく方策は、遮蔽された横断帯シナリオを正常に走破したが、ベースラインおよびオラクル手法と比較して速度変動が大きく、進行が遅かった。
• POMDP方策を採用した車両は、遮蔽車両の周囲をわずかに回避できたが、不確実性下での慎重なが、機能的な行動を示した。
• その走行中、観測不能なタイル数が著しく増加し、ピークで4,000に達した。これは環境の高い不確実性を反映している。
• ベースライン手法は、歩行者を早期に検知できたため、滑らかな速度変動を示し、横断帯で安全に停止できた。POMDP手法に比べ、速度制御面で優れていた。
• オラクル手法は完全なセンシングを備えており、一貫した速度と正確な停止を達成し、パフォーマンスのベンチマークとして機能した。
• POMDP方策は、信念に基づく制御が不確実性を処理できることを示したが、より高い耐障害性を得るためには観測モデルの精緻化がさらに必要であることが判明した。