Этот пример показывает, как сгенерировать сценарий, моделировать обнаружения датчика и сплав датчика использования, чтобы отследить моделируемые автомобили. Основное преимущество использования генерации сценария и симуляции датчика по записи датчика является способностью создать редкие и потенциально опасные события и протестировать алгоритмы автомобиля с ними.
Этот пример покрывает целый программируемый рабочий процесс для генерации синтетических данных. Чтобы сгенерировать синтетические данные в интерактивном режиме вместо этого, используйте приложение Driving Scenario Designer. Для примера смотрите Сборку Ведущий Сценарий и Сгенерируйте Синтетические Обнаружения.
Генерация сценария включает генерацию дорожной сети, определение автомобилей, которые перемещаются на дорогах и перемещении автомобилей.
В этом примере вы тестируете способность сплава датчика отследить автомобиль, который является проходящим мимо слева от автомобиля, оборудованного датчиком. Сценарий моделирует магистральную установку, и дополнительные автомобили перед и позади автомобиля, оборудованного датчиком.
% Define an empty scenario.
scenario = drivingScenario;
scenario.SampleTime = 0.01;
Добавьте фрагмент 500 метров типичной магистральной дороги с двумя маршрутами. Дорога задана с помощью набора точек, где каждая точка задает центр дороги на 3-D пробеле.
roadCenters = [0 0; 50 0; 100 0; 250 20; 500 40];
road(scenario, roadCenters, 'lanes',lanespec(2));
Создайте автомобиль, оборудованный датчиком и три автомобиля вокруг этого: тот, который настигает автомобиль, оборудованный датчиком и передает его слева, тот, который управляет прямо перед автомобилем, оборудованным датчиком и тем, который управляет прямо позади автомобиля, оборудованного датчиком. Все автомобили следуют за траекторией, заданной дорогой waypoints при помощи trajectory
ведущая политика. Проезжающий мимо автомобиль запустится на правильном маршруте, переместится в левый маршрут, чтобы передать, и возвратиться к правильному маршруту.
% Create the ego vehicle that travels at 25 m/s along the road. Place the % vehicle on the right lane by subtracting off half a lane width (1.8 m) % from the centerline of the road. egoCar = vehicle(scenario, 'ClassID', 1); trajectory(egoCar, roadCenters(2:end,:) - [0 1.8], 25); % On right lane % Add a car in front of the ego vehicle leadCar = vehicle(scenario, 'ClassID', 1); trajectory(leadCar, [70 0; roadCenters(3:end,:)] - [0 1.8], 25); % On right lane % Add a car that travels at 35 m/s along the road and passes the ego vehicle passingCar = vehicle(scenario, 'ClassID', 1); waypoints = [0 -1.8; 50 1.8; 100 1.8; 250 21.8; 400 32.2; 500 38.2]; trajectory(passingCar, waypoints, 35); % Add a car behind the ego vehicle chaseCar = vehicle(scenario, 'ClassID', 1); trajectory(chaseCar, [25 0; roadCenters(2:end,:)] - [0 1.8], 25); % On right lane
В этом примере вы моделируете автомобиль, оборудованный датчиком, который имеет 6 радарных датчиков и 2 датчика видения, покрывающие эти 360 полей зрения степеней. Датчики имеют некоторое перекрытие и некоторый разрыв покрытия. Автомобиль, оборудованный датчиком оборудован радарным датчиком дальним и датчиком видения и на передней стороне и на задней части автомобиля. Каждая сторона автомобиля имеет два ближних радарных датчика, каждый покрывающий 90 градусов. Один датчик на каждой стороне покрывает с середины автомобиля к спине. Другой датчик на каждой стороне покрывает с середины автомобиля вперед. Данные в следующем разделе показывают покрытие.
sensors = cell(8,1); % Front-facing long-range radar sensor at the center of the front bumper of the car. sensors{1} = radarDetectionGenerator('SensorIndex', 1, 'Height', 0.2, 'MaxRange', 174, ... 'SensorLocation', [egoCar.Wheelbase + egoCar.FrontOverhang, 0], 'FieldOfView', [20, 5]); % Rear-facing long-range radar sensor at the center of the rear bumper of the car. sensors{2} = radarDetectionGenerator('SensorIndex', 2, 'Height', 0.2, 'Yaw', 180, ... 'SensorLocation', [-egoCar.RearOverhang, 0], 'MaxRange', 174, 'FieldOfView', [20, 5]); % Rear-left-facing short-range radar sensor at the left rear wheel well of the car. sensors{3} = radarDetectionGenerator('SensorIndex', 3, 'Height', 0.2, 'Yaw', 120, ... 'SensorLocation', [0, egoCar.Width/2], 'MaxRange', 30, 'ReferenceRange', 50, ... 'FieldOfView', [90, 5], 'AzimuthResolution', 10, 'RangeResolution', 1.25); % Rear-right-facing short-range radar sensor at the right rear wheel well of the car. sensors{4} = radarDetectionGenerator('SensorIndex', 4, 'Height', 0.2, 'Yaw', -120, ... 'SensorLocation', [0, -egoCar.Width/2], 'MaxRange', 30, 'ReferenceRange', 50, ... 'FieldOfView', [90, 5], 'AzimuthResolution', 10, 'RangeResolution', 1.25); % Front-left-facing short-range radar sensor at the left front wheel well of the car. sensors{5} = radarDetectionGenerator('SensorIndex', 5, 'Height', 0.2, 'Yaw', 60, ... 'SensorLocation', [egoCar.Wheelbase, egoCar.Width/2], 'MaxRange', 30, ... 'ReferenceRange', 50, 'FieldOfView', [90, 5], 'AzimuthResolution', 10, ... 'RangeResolution', 1.25); % Front-right-facing short-range radar sensor at the right front wheel well of the car. sensors{6} = radarDetectionGenerator('SensorIndex', 6, 'Height', 0.2, 'Yaw', -60, ... 'SensorLocation', [egoCar.Wheelbase, -egoCar.Width/2], 'MaxRange', 30, ... 'ReferenceRange', 50, 'FieldOfView', [90, 5], 'AzimuthResolution', 10, ... 'RangeResolution', 1.25); % Front-facing camera located at front windshield. sensors{7} = visionDetectionGenerator('SensorIndex', 7, 'FalsePositivesPerImage', 0.1, ... 'SensorLocation', [0.75*egoCar.Wheelbase 0], 'Height', 1.1); % Rear-facing camera located at rear windshield. sensors{8} = visionDetectionGenerator('SensorIndex', 8, 'FalsePositivesPerImage', 0.1, ... 'SensorLocation', [0.2*egoCar.Wheelbase 0], 'Height', 1.1, 'Yaw', 180); % Register actor profiles with the sensors. profiles = actorProfiles(scenario); for m = 1:numel(sensors) sensors{m}.ActorProfiles = profiles; end
Создайте
, чтобы отследить автомобили, которые являются близко к автомобилю, оборудованному датчиком. Средство отслеживания использует функцию поддерживающего multiObjectTracker
initSimDemoFilter
, чтобы инициализировать постоянную скорость линейный Фильтр Калмана, который работает с положением и скоростью.
В отслеживании выполняют 2D. Несмотря на то, что датчики возвращают измерения в 3-D, само движение ограничено горизонтальной плоскостью, таким образом, нет никакой потребности отследить высоту.
tracker = multiObjectTracker('FilterInitializationFcn', @initSimDemoFilter, ... 'AssignmentThreshold', 30, 'ConfirmationParameters', [4 5]); positionSelector = [1 0 0 0; 0 0 1 0]; % Position selector velocitySelector = [0 1 0 0; 0 0 0 1]; % Velocity selector % Create the display and return a handle to the bird's-eye plot BEP = createDemoDisplay(egoCar, sensors);
Следующий цикл перемещает автомобили, вызывает симуляцию датчика и выполняет отслеживание.
Обратите внимание на то, что генерация сценария и симуляция датчика могут иметь различные временные шаги. Определение различных временных шагов для сценария и датчиков позволяет вам разъединить симуляцию сценария от симуляции датчика. Это полезно для моделирования движения агента с высокой точностью независимо от уровня измерения датчика.
Другой пример - когда датчики имеют различные частоты обновления. Предположим, что один датчик обеспечивает обновления, каждые 20 миллисекунд и другой датчик предоставляют обновлениям каждые 50 миллисекунд. Можно задать сценарий с частотой обновления 10 миллисекунд, и датчики обеспечат свои обновления в правильное время.
В этом примере генерация сценария имеет временной шаг 0,01 секунд, в то время как датчики обнаруживают каждые 0,1 секунды. Датчики возвращают логический флаг, isValidTime
, который верен, если датчики сгенерировали обнаружения. Этот флаг используется, чтобы вызвать средство отслеживания только, когда существуют обнаружения.
Другое важное примечание - то, что датчики могут моделировать несколько обнаружений на цель, в частности когда цели очень близко к радарным датчикам. Поскольку средство отслеживания принимает одно обнаружение на цель от каждого датчика, необходимо кластеризировать обнаружения, прежде чем средство отслеживания обработает их. Это сделано функциональным clusterDetections
. Смотрите раздел 'Supporting Functions'.
toSnap = true; while advance(scenario) && ishghandle(BEP.Parent) % Get the scenario time time = scenario.SimulationTime; % Get the position of the other vehicle in ego vehicle coordinates ta = targetPoses(egoCar); % Simulate the sensors detections = {}; isValidTime = false(1,8); for i = 1:8 [sensorDets,numValidDets,isValidTime(i)] = sensors{i}(ta, time); if numValidDets for j = 1:numValidDets % Vision detections do not report SNR. The tracker requires % that they have the same object attributes as the radar % detections. This adds the SNR object attribute to vision % detections and sets it to a NaN. if ~isfield(sensorDets{j}.ObjectAttributes{1}, 'SNR') sensorDets{j}.ObjectAttributes{1}.SNR = NaN; end end detections = [detections; sensorDets]; %#ok<AGROW> end end % Update the tracker if there are new detections if any(isValidTime) vehicleLength = sensors{1}.ActorProfiles.Length; detectionClusters = clusterDetections(detections, vehicleLength); confirmedTracks = updateTracks(tracker, detectionClusters, time); % Update bird's-eye plot updateBEP(BEP, egoCar, detections, confirmedTracks, positionSelector, velocitySelector); end % Snap a figure for the document when the car passes the ego vehicle if ta(1).Position(1) > 0 && toSnap toSnap = false; snapnow end end
Этот пример показывает, как сгенерировать сценарий, моделировать обнаружения датчика и использовать эти обнаружения, чтобы отследить движущиеся автомобили вокруг автомобиля, оборудованного датчиком.
Можно попытаться изменить дорогу сценария, или добавить или удалить автомобили. Можно также попытаться добавить, демонтировать, или изменить датчики на автомобиле, оборудованном датчиком или изменить параметры средства отслеживания.
initSimDemoFilter
Эта функция инициализирует постоянный скоростной фильтр на основе обнаружения.
function filter = initSimDemoFilter(detection) % Use a 2-D constant velocity model to initialize a trackingKF filter. % The state vector is [x;vx;y;vy] % The detection measurement vector is [x;y;vx;vy] % As a result, the measurement model is H = [1 0 0 0; 0 0 1 0; 0 1 0 0; 0 0 0 1] H = [1 0 0 0; 0 0 1 0; 0 1 0 0; 0 0 0 1]; filter = trackingKF('MotionModel', '2D Constant Velocity', ... 'State', H' * detection.Measurement, ... 'MeasurementModel', H, ... 'StateCovariance', H' * detection.MeasurementNoise * H, ... 'MeasurementNoise', detection.MeasurementNoise); end
clusterDetections
Эта функция объединяет несколько обнаружений, которые, как подозревают, были того же автомобиля к одному обнаружению. Функция ищет обнаружения, которые ближе, чем размер автомобиля. Обнаружения, которые соответствуют этому критерию, рассматриваются кластером и объединены к одному обнаружению в центроиде кластера. Шумы измерения изменяются, чтобы представлять возможность, что каждое обнаружение может быть где угодно на автомобиле. Поэтому шум должен иметь тот же размер как размер автомобиля.
Кроме того, эта функция удаляет третью размерность измерения (высота) и уменьшает вектор измерения до [x; y;; vy].
function detectionClusters = clusterDetections(detections, vehicleSize) N = numel(detections); distances = zeros(N); for i = 1:N for j = i+1:N if detections{i}.SensorIndex == detections{j}.SensorIndex distances(i,j) = norm(detections{i}.Measurement(1:2) - detections{j}.Measurement(1:2)); else distances(i,j) = inf; end end end leftToCheck = 1:N; i = 0; detectionClusters = cell(N,1); while ~isempty(leftToCheck) % Remove the detections that are in the same cluster as the one under % consideration underConsideration = leftToCheck(1); clusterInds = (distances(underConsideration, leftToCheck) < vehicleSize); detInds = leftToCheck(clusterInds); clusterDets = [detections{detInds}]; clusterMeas = [clusterDets.Measurement]; meas = mean(clusterMeas, 2); meas2D = [meas(1:2);meas(4:5)]; i = i + 1; detectionClusters{i} = detections{detInds(1)}; detectionClusters{i}.Measurement = meas2D; leftToCheck(clusterInds) = []; end detectionClusters(i+1:end) = []; % Since the detections are now for clusters, modify the noise to represent % that they are of the whole car for i = 1:numel(detectionClusters) measNoise(1:2,1:2) = vehicleSize^2 * eye(2); measNoise(3:4,3:4) = eye(2) * 100 * vehicleSize^2; detectionClusters{i}.MeasurementNoise = measNoise; end end
createDemoDisplay
Эта функция создает отображение с тремя панелями:
Верхний левый угол отображения: вид сверху, который следует за автомобилем, оборудованным датчиком.
Нижний левый угол отображения: поле зрения камеры преследования, которое следует за автомобилем, оборудованным датчиком.
Правильная половина отображения: отображение
.birdsEyePlot
function BEP = createDemoDisplay(egoCar, sensors) % Make a figure hFigure = figure('Position', [0, 0, 1200, 640], 'Name', 'Sensor Fusion with Synthetic Data Example'); movegui(hFigure, [0 -1]); % Moves the figure to the left and a little down from the top % Add a car plot that follows the ego vehicle from behind hCarViewPanel = uipanel(hFigure, 'Position', [0 0 0.5 0.5], 'Title', 'Chase Camera View'); hCarPlot = axes(hCarViewPanel); chasePlot(egoCar, 'Parent', hCarPlot); % Add a car plot that follows the ego vehicle from a top view hTopViewPanel = uipanel(hFigure, 'Position', [0 0.5 0.5 0.5], 'Title', 'Top View'); hCarPlot = axes(hTopViewPanel); chasePlot(egoCar, 'Parent', hCarPlot, 'ViewHeight', 130, 'ViewLocation', [0 0], 'ViewPitch', 90); % Add a panel for a bird's-eye plot hBEVPanel = uipanel(hFigure, 'Position', [0.5 0 0.5 1], 'Title', 'Bird''s-Eye Plot'); % Create bird's-eye plot for the ego vehicle and sensor coverage hBEVPlot = axes(hBEVPanel); frontBackLim = 60; BEP = birdsEyePlot('Parent', hBEVPlot, 'Xlimits', [-frontBackLim frontBackLim], 'Ylimits', [-35 35]); % Plot the coverage areas for radars for i = 1:6 cap = coverageAreaPlotter(BEP,'FaceColor','red','EdgeColor','red'); plotCoverageArea(cap, sensors{i}.SensorLocation,... sensors{i}.MaxRange, sensors{i}.Yaw, sensors{i}.FieldOfView(1)); end % Plot the coverage areas for vision sensors for i = 7:8 cap = coverageAreaPlotter(BEP,'FaceColor','blue','EdgeColor','blue'); plotCoverageArea(cap, sensors{i}.SensorLocation,... sensors{i}.MaxRange, sensors{i}.Yaw, 45); end % Create a vision detection plotter put it in a struct for future use detectionPlotter(BEP, 'DisplayName','vision', 'MarkerEdgeColor','blue', 'Marker','^'); % Combine all radar detections into one entry and store it for later update detectionPlotter(BEP, 'DisplayName','radar', 'MarkerEdgeColor','red'); % Add road borders to plot laneMarkingPlotter(BEP, 'DisplayName','lane markings'); % Add the tracks to the bird's-eye plot. Show last 10 track updates. trackPlotter(BEP, 'DisplayName','track', 'HistoryDepth',10); axis(BEP.Parent, 'equal'); xlim(BEP.Parent, [-frontBackLim frontBackLim]); ylim(BEP.Parent, [-40 40]); % Add an outline plotter for ground truth outlinePlotter(BEP, 'Tag', 'Ground truth'); end
updateBEP
Эта функция обновляет видимый с большого расстояния график с дорожными контурами, обнаружениями и дорожками.
function updateBEP(BEP, egoCar, detections, confirmedTracks, psel, vsel) % Update road boundaries and their display [lmv, lmf] = laneMarkingVertices(egoCar); plotLaneMarking(findPlotter(BEP,'DisplayName','lane markings'),lmv,lmf); % update ground truth data [position, yaw, length, width, originOffset, color] = targetOutlines(egoCar); plotOutline(findPlotter(BEP,'Tag','Ground truth'), position, yaw, length, width, 'OriginOffset', originOffset, 'Color', color); % Prepare and update detections display N = numel(detections); detPos = zeros(N,2); isRadar = true(N,1); for i = 1:N detPos(i,:) = detections{i}.Measurement(1:2)'; if detections{i}.SensorIndex > 6 % Vision detections isRadar(i) = false; end end plotDetection(findPlotter(BEP,'DisplayName','vision'), detPos(~isRadar,:)); plotDetection(findPlotter(BEP,'DisplayName','radar'), detPos(isRadar,:)); % Prepare and update tracks display trackIDs = {confirmedTracks.TrackID}; labels = cellfun(@num2str, trackIDs, 'UniformOutput', false); [tracksPos, tracksCov] = getTrackPositions(confirmedTracks, psel); tracksVel = getTrackVelocities(confirmedTracks, vsel); plotTrack(findPlotter(BEP,'DisplayName','track'), tracksPos, tracksVel, tracksCov, labels); end
birdsEyePlot
| drivingScenario
| multiObjectTracker
| radarDetectionGenerator
| visionDetectionGenerator