自動駕駛汽車行為預(yù)測綜述*

楊超

（重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074）

主題詞：自動駕駛行為預(yù)測車輛軌跡預(yù)測行人軌跡預(yù)測復(fù)雜交通場景

縮略語

MPC Model Predictive Control

POMDP Partially Observable Markov Decision Processes

LSTM Long-Short Term Memory

RNN Recurrent Neural Network

Seq2Seq Sequence to Sequence

MDN Mixture Density Networks

DNN Deep Neural Networks

CNN Convolutional Neural Networks

GNN Graph Neural Networks

CGNS Conditional Generative Neural System

GRU Gate Recurrent Unit

GCN Graph Convolutional Networks

SGCN Sparse Graph Convolution Network

NMMP Neural Motion Message Passing

OGM Occupancy Grid Map

OPNet Occupancy Prediction Network

MCTS Monte Carlo Tree Search

PMP-NMMP Pedestrian Motion Prediction System Based On NMMP

VP-SLTM Vehicles And Pedestrians Trajectory Prediction Model Based On LSTM

ALAN A Lane Anchors

1 前言

近年，自動駕駛技術(shù)飛速發(fā)展，促進(jìn)了感知技術(shù)的研究，目標(biāo)檢測、識別追蹤等感知方面的技術(shù)也得到了快速發(fā)展。然而，隨著自動駕駛技術(shù)研究邁向L5級，國內(nèi)的自動駕駛車輛實(shí)現(xiàn)了固定場景或者相對復(fù)雜場景下的低速運(yùn)用，如何實(shí)現(xiàn)自動駕駛車輛全場景任意速度運(yùn)行的課題成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。自動駕駛的行為預(yù)測技術(shù)便是實(shí)現(xiàn)這一愿景的核心挑戰(zhàn)，因?yàn)橹挥凶詣玉{駛車輛能像人類駕駛一樣對周圍目標(biāo)（車輛、行人等）的意圖和未來軌跡做出準(zhǔn)確的判斷，才能合理規(guī)劃自身的運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)的導(dǎo)航。行為預(yù)測作為自動駕駛領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的研究方向，主要包含2個方面：車輛軌跡預(yù)測和行人軌跡預(yù)測。其最明顯的特點(diǎn)就在于預(yù)測對象未來意圖和行為的不確定性，即每個預(yù)測對象的未來動作主要受對象主觀影響，導(dǎo)致就算是同一場景甚至是同一工作狀態(tài)下不同的對象也會做出不同的行為決策，由于這種預(yù)測對象多模態(tài)決策的存在，使得本就復(fù)雜的軌跡預(yù)測問題變得更加復(fù)雜。

本文針對復(fù)雜交通場景下的自動駕駛車輛軌跡預(yù)測問題，綜述近幾年的相關(guān)研究成果，并且以復(fù)雜交通場景下的不同預(yù)測對象進(jìn)行分類展開總結(jié)。文章第2章節(jié)主要對復(fù)雜交通場景進(jìn)行了簡要概述。文章的第3章節(jié)分為2個部分展開：

（1）總結(jié)了復(fù)雜交通場景下車輛在可觀測和受遮擋情況下的軌跡預(yù)測的相關(guān)成果。

（2）總結(jié)了復(fù)雜交通場景下行人在可觀測和受遮擋情況下軌跡預(yù)測的相關(guān)成果。

最后，第4章節(jié)進(jìn)行總結(jié)并且基于當(dāng)下領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀提出展望。

2 復(fù)雜交通場景概述

復(fù)雜交通場景的類型主要可以歸為2大類：

（1）交通道路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各種交叉口場景。

（2）車輛高速行駛的高速路段場景。

交叉口作為1種典型的復(fù)雜交通場景，因?yàn)槠涞缆方Y(jié)構(gòu)復(fù)雜存在較多沖突點(diǎn)以及交通參與者類型較多，所以在其發(fā)揮自身重要交通作用的同時也存在著十分嚴(yán)重的問題，據(jù)美國國家公路安全管理局的報告顯示美國有超過四分之一的交通事故發(fā)生在交叉路口場景，其中在無信號燈交叉路口的事故率大約占到了50%。而針對高速路段場景，雖然自身的交通道路結(jié)構(gòu)和交通參與者的類型沒有交叉口場景那么復(fù)雜，但因?yàn)楦咚俾范诬囕v機(jī)動速度快，所以相比于一般道路場景在車輛的變道、超車、匯流等特定場景下更加復(fù)雜，需要更快的反應(yīng)速度和反應(yīng)精度。所以針對復(fù)雜交通場景的特點(diǎn)對自動駕駛車輛的軌跡預(yù)測的準(zhǔn)確性和效率提出了很高的要求。結(jié)合交通道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交通參與者類型數(shù)量、參與者自身速度3個方面的特點(diǎn)，主要總結(jié)了6種典型的復(fù)雜交通場景：T形路口場景、十字路口場景、錯位交叉路口場景、路口匯流場景、環(huán)島場景、復(fù)雜混合路口場景，如圖1所示。

圖1 復(fù)雜交通路口場景

3 預(yù)測對象分類與算法總結(jié)

在本章中，將復(fù)雜交通場景中自動駕駛汽車的行為預(yù)測對象分為車輛軌跡預(yù)測、行人軌跡預(yù)測2類，在此基礎(chǔ)上針對不同預(yù)測對象綜述總結(jié)近年來的主要研究方法。

3.1 車輛的軌跡預(yù)測

車輛的軌跡預(yù)測，即是通過自動駕駛車輛自身所裝配的各種傳感器去準(zhǔn)確檢測周圍車輛當(dāng)前的位置、速度、運(yùn)動方向等信息然后用于對其未來軌跡的預(yù)測。近年來對于車輛的軌跡預(yù)測方法主要分為2類：基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交互學(xué)習(xí)和社會感知方法。基于模型的方法運(yùn)用適當(dāng)學(xué)習(xí)算法達(dá)到在特定場景中運(yùn)用的效果。基于博弈模型的方法近年常被用作智能車的軌跡預(yù)測，Li等針對交叉路口和高速路段場景提出了1種兩人實(shí)時的動態(tài)博弈模型，運(yùn)用分層預(yù)測思想，在考慮預(yù)測軌跡的成本和安全系數(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合認(rèn)知行為模型得出預(yù)測軌跡，Chandra等在單一博弈模型方法的基礎(chǔ)上創(chuàng)新的將博弈模型與基于機(jī)器人學(xué)開發(fā)的1種可以通過傳感器檢測周圍目標(biāo)動作的GAMEPLAY方法結(jié)合，在通過用于行為建模和預(yù)測的CMMetric算法對周圍車輛的CMetric值排序從而確定周圍車輛的通行順序以此來預(yù)測軌跡。以上2種基于博弈模型的方法都是針對2者之間的博弈，無法滿足目標(biāo)車輛較多場景的軌跡預(yù)測。Hang等針對這個問題，提出了1種基于模型預(yù)測控制（Model Predictive Control,MPC）建立聯(lián)盟博弈方法，考慮不同交互駕駛行為的多車道合并場景的車輛協(xié)同軌跡預(yù)測問題，其核心思想是將多車道合并區(qū)域的車輛進(jìn)行相互博弈，并且這種博弈是相互關(guān)聯(lián)的，最終拓展成為整個局部區(qū)域的所有車輛的博弈，通過求解整體代價最小的方式去預(yù)測軌跡。此聯(lián)盟博弈方法是1種傳統(tǒng)兩者博弈模型的拓展，能夠應(yīng)用于復(fù)雜場景下的多對象車輛博弈。除了基于博弈模型的軌跡預(yù)測外，Shu等針對交叉路口場景的左轉(zhuǎn)問題提出了根據(jù)道路模型（圖2），標(biāo)記出關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)處運(yùn)用分層規(guī)劃的思想，采用部分可觀測馬爾可夫（Partially Observable Markov Decision Processes,POMDP）架構(gòu)將關(guān)鍵點(diǎn)處的軌跡問題分為高、低2個層次的路徑預(yù)測，通過高層路徑預(yù)測獲得候選路徑，再通過低層擬人思想獲取最優(yōu)預(yù)測軌跡。Bouton等在單POMDP方法的基礎(chǔ)上提出新的利用效用融合的POMDP方法，通過先對每個目標(biāo)單獨(dú)計算最優(yōu)狀態(tài)，在融合獲得全局最優(yōu)狀態(tài)，從而推斷目標(biāo)車輛的未來軌跡預(yù)測。

圖2 基于ECT標(biāo)準(zhǔn)交叉口分層次預(yù)測規(guī)劃方法[6]

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交互學(xué)習(xí)方法是近年來對于自動駕駛軌跡預(yù)測的主流研究方向。其中，基于深度學(xué)習(xí)的長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（Long-Short Term Memory,LSTM）及其變體近年來常被用于自動駕駛車輛的軌跡預(yù)測研究，LSTM網(wǎng)絡(luò)作為循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Recurrent Neural Network,RNN）的1種升級變體，因其具有門控裝置，可以控制每一時刻信息的記憶與遺忘，對信息有了篩選保留的能力，可以進(jìn)行長序列的信息處理，對于自動駕駛車輛軌跡的長期預(yù)測效果很好。Zeng等將軌跡預(yù)測問題轉(zhuǎn)化為序列預(yù)測問題，通過將復(fù)雜交叉路口場景中的車輛軌跡進(jìn)行序列化，提出了1種基于序列生成模型（Sequence to Sequence,Seq2Seq）結(jié)構(gòu)，在時間圖和空間圖上運(yùn)用LSTM網(wǎng)絡(luò)獲取預(yù)測車輛當(dāng)前的位姿和關(guān)鍵交互信息。從而自動駕駛車輛提供更合理的軌跡預(yù)測。Han等針對高速公路交織區(qū)域的車輛變道場景，提出了注意力Seq2Seq網(wǎng)絡(luò)，采用LSTM編-解碼器進(jìn)行目標(biāo)車輛的變道軌跡預(yù)測，并結(jié)合注意力機(jī)制關(guān)注變道過程中的關(guān)鍵信息，其在長時期的變道軌跡預(yù)測中有明顯的優(yōu)勢。但采用單一的LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于預(yù)測軌跡仍有很多缺陷，所以有研究人員也提出采用混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去完善預(yù)測效果。Ji等提出LSTM網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型，模型由意識識別和軌跡輸出模塊組成。前者利用Softmax函數(shù)得出換道和車道保持的概率，在通過基于LSTM的編-解碼器和混合密度網(wǎng)絡(luò)（Mixture Density Networks，MDN）的輸出模塊輸出包含軌跡被采用概率的多模態(tài)預(yù)測軌跡。Pan等提出了1種利用車輛歷史運(yùn)動和環(huán)境信息預(yù)測軌跡的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Deep Neural Networks，DNN），利用LSTM和注意力機(jī)制學(xué)習(xí)車輛意圖和車輛位置變化，從而預(yù)測軌跡。Hsu等提出了1種結(jié)合卷積LSTM和深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolutional Neural Networks，CNN）的卷積-循環(huán)框架（CNNLSTM），通過檢測周圍車輛的尾部信號燈狀態(tài)去預(yù)測車輛意圖，例如通過檢測到轉(zhuǎn)向燈亮起，預(yù)測車輛將會進(jìn)行轉(zhuǎn)向，通過檢測剎車燈亮起，預(yù)測車輛將會減速或停車,但由于其只對車輛尾部信號燈狀態(tài)進(jìn)行研究，不能滿足多場景化需求。Frossard等在此循環(huán)框架中加入1種充分學(xué)習(xí)模型，利用空間和時間特征分類轉(zhuǎn)向信號狀態(tài)，通過判斷不同運(yùn)動方向（同向、反向）車輛信號燈狀態(tài)預(yù)測車輛意圖（圖3）。Jeong等提出基于LSTM-RNN結(jié)構(gòu)的運(yùn)動預(yù)測器僅使用從傳感器上采集的信息，在只考慮自身與周圍車輛狀態(tài)的前提下，將基于MPC得到的目標(biāo)車輛的未來狀態(tài)，作為車輛間相互作用的特征量輸入基于LSTM-RNN的運(yùn)動預(yù)測器去預(yù)測軌跡（圖4）。

圖3 卷積-循環(huán)網(wǎng)絡(luò)框架[15]

圖4 LSTM-RNN單步預(yù)測器框架[16]

此外，由于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多模態(tài)軌跡預(yù)測能夠提供更長期的預(yù)測，近年來也常被用于自動駕駛車輛的軌跡預(yù)測研究，例如Cui等針對復(fù)雜交互場景提出的1種通過將周圍車輛進(jìn)行編碼處理為光柵圖像輸入深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）中實(shí)現(xiàn)多模態(tài)的軌跡預(yù)測模型，并且這些預(yù)測軌跡都包含了對應(yīng)的軌跡可能被采納的概率值。Choi等提出的基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Graph Neural Networks，GNN）的跨模式框架，通過將多種傳感器對同一目標(biāo)的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合學(xué)習(xí)和優(yōu)化獲得預(yù)測軌跡。Li等針對高交互的復(fù)雜場景，提出了1種用于長時間軌跡預(yù)測的基于條件軌跡預(yù)測的條件生成神經(jīng)系統(tǒng)（Conditional Generative Neural System，CGNS），此系統(tǒng)利用已有的數(shù)據(jù)庫場景信息和實(shí)時檢測數(shù)據(jù)預(yù)測周圍多個高交互車輛的未來軌跡，聯(lián)合2者并引入注意力機(jī)制對關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，生成多模態(tài)的預(yù)測軌跡。Kim等提出1種新的基于車道感知預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的軌跡預(yù)測模型（圖5），區(qū)別于以前使用光柵圖像作為輸入，而是直接從語義地圖中提取車道信息來進(jìn)行軌跡預(yù)測，對所預(yù)測車輛、預(yù)測車輛周圍的車輛和有清晰環(huán)境信息與目標(biāo)車輛交互信息的車道3者之間的復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行捕捉，結(jié)合無監(jiān)督學(xué)習(xí)模型通過設(shè)置的權(quán)重去確定最合理預(yù)測軌跡的車道，提高預(yù)測精度，最后基于在編-解碼器結(jié)合周圍環(huán)境生成多模態(tài)的未來軌跡。

圖5 Lapred網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)[20]

此外，針對自動駕駛車輛的傳感器檢測能力受周圍環(huán)境的影響很大，常常出現(xiàn)由于周圍環(huán)境遮擋、檢測目標(biāo)距離太遠(yuǎn)、天氣能見度低等各種因素的影響無法對目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，從而導(dǎo)致漏檢誤檢的情況發(fā)生，使得自動駕駛車輛無法對周圍目標(biāo)車輛作出正確預(yù)測。Ren等提出具有安全意識基于深度學(xué)習(xí)的社會感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（圖6），用于預(yù)測最早占用地圖（Occupancy Grid Map，OGM）對可見和不可見車輛占用的每個位置，確定其最早時間，用于描述車輛未來的運(yùn)動。其本質(zhì)目的是用于預(yù)測可能導(dǎo)致碰撞的危險軌跡，并且為了安全和準(zhǔn)確，應(yīng)使每個軌跡點(diǎn)的預(yù)計到達(dá)時間提前于實(shí)際到達(dá)時間，但在一定范圍內(nèi)。與之相似的Wang等提出的基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的占用預(yù)測網(wǎng)絡(luò)（Occupancy Prediction Network，OPNet），通過利用環(huán)境信息學(xué)習(xí)先驗(yàn)知識來預(yù)測遮擋空間中對象分布的輕量級3維卷積網(wǎng)絡(luò)。Sun等提出1種基于社會感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的社會凝聚力智能車軌跡預(yù)測方法，可以根據(jù)周圍絕大多數(shù)與自車行為相似的車輛（相鄰?fù)蜍嚨阑蛲嚨儡囕v）行為來調(diào)整自身行為，及周圍大部分相關(guān)車輛進(jìn)行什么行為，自己也進(jìn)行什么行為，并且對于不同的場景算法還可以關(guān)注特定場景中的關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到優(yōu)化軌跡預(yù)測，例如高速場景下主要關(guān)注周圍車輛的速度信息。

圖6 U-Net軌跡預(yù)測網(wǎng)絡(luò)框架[21]

除了以上基于模型和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軌跡預(yù)測方法以外，ALBRECHT和Li等提出了1種基于逆向規(guī)劃的方法，主要通過檢測周圍車輛當(dāng)前的動作來推斷其在當(dāng)前場景下的目標(biāo)點(diǎn)(將要駛?cè)氲穆房?，在以目標(biāo)點(diǎn)為基礎(chǔ)來預(yù)測車輛的軌跡，同時采用蒙特卡羅樹搜索（Monte Carlo Tree Search，MCTS）算法來規(guī)劃自身軌跡，只不過Li等的方法區(qū)別于ALBRECHT等的最終獲得預(yù)測軌跡是多模態(tài)的而非單獨(dú)的最佳預(yù)測軌跡。Narayanan等提出了1個ALAN（A Lane Anchors）的預(yù)測框架，不再運(yùn)用柵格圖像和高精地圖作為輸入信息，創(chuàng)新的采用車道中心線為參考，輸出具有強(qiáng)語義的環(huán)境感知數(shù)據(jù)，并且獲得多模態(tài)的預(yù)測軌跡。

本小節(jié)總結(jié)了車輛在復(fù)雜交通場景中的軌跡預(yù)測算法并將算法分為基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型的算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法與其它算法3部分，見表1。

表1 復(fù)雜交通場景中的車輛軌跡預(yù)測算法

3.2 行人的軌跡預(yù)測

由于行人的運(yùn)動具有高度的不確定性和多模態(tài)性，自動駕駛系統(tǒng)無法在有限的計算時間內(nèi)做出反應(yīng)，如果僅根據(jù)當(dāng)前的行人狀態(tài)去規(guī)劃自身路徑無法滿足時效性并且還可能導(dǎo)致安全事故發(fā)生，所以行人軌跡的預(yù)測一直都是自動駕駛汽車發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)之一。

目前，行人軌跡預(yù)測研究思路主要分為2類：

（1）基于模型的方法；

（2）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和注意力機(jī)制結(jié)合的方法。

基于模型的方法有基于高斯過程模型、基于社會力模型等。Mínguez等提出了1種通過采集行人身體的關(guān)鍵部位特征比如肩部的信息，運(yùn)用基于平衡的高斯過程動力學(xué)模型去預(yù)測行人軌跡。Rinke等在社會力模型的基礎(chǔ)上，提出了1種多層次的道路使用者運(yùn)動及其交互的描述方法，將行人運(yùn)動目標(biāo)點(diǎn)與可能軌跡分層討論。通過先確定目標(biāo)點(diǎn)在利用拉格朗日多項(xiàng)式依次估計其他軌跡然后在運(yùn)用基于社會力模型的規(guī)避沖突策略進(jìn)行軌跡選擇，生成最佳預(yù)測軌跡。Yang等提出將社會力模型和行人走、停決策結(jié)合的改進(jìn)社會力模型（圖7），去預(yù)測行人未來2 s運(yùn)動軌跡的終點(diǎn)的行人軌跡預(yù)測方法。但基于模型的方法對理論和場景的依賴性強(qiáng)，并且需要大量的數(shù)據(jù)去訓(xùn)練模型，所以近年更多的研究者還是致力于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和注意力機(jī)制結(jié)合的方法，一般以RNN/LSTM/GRU等遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其變體為主結(jié)合注意力機(jī)制。Zhou等通過考慮單個行人的運(yùn)動信息以及和周圍行人的交互信息，運(yùn)用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）和圖卷積網(wǎng)絡(luò)（Graph Convolutional Networks，GCN）對行人狀態(tài)以及彼此交互進(jìn)行模擬（圖8），并結(jié)合注意力機(jī)制和結(jié)伴損失函數(shù)來預(yù)測軌跡。Zhang等提出將生成對抗網(wǎng)絡(luò)和注意力機(jī)制結(jié)合的方法，其核心是通過注意力機(jī)制處理環(huán)境中的關(guān)鍵信息，通過社會注意力機(jī)制處理人與人之間的行為交互信息，在通過基于LSTM網(wǎng)絡(luò)的對抗模塊去預(yù)測多條合理軌跡。Liang等提出1種用于預(yù)測人軌跡和未來活動的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過捕捉人類外觀、肢體動作、與周圍環(huán)境的交互等視覺特征生成模型用于軌跡預(yù)測。Liu等提出了1種基于圖卷積的行人是否橫穿道路的預(yù)測模型，通過只關(guān)注行人與周圍環(huán)境的關(guān)系以及行人自身的肢體動作進(jìn)行推理，預(yù)測未來一個時間范圍內(nèi)行人軌跡。Shi等提出了1種新穎的解析圖卷積網(wǎng)絡(luò)（Sparse Graph Convolution Network，SGCN），將稀疏有向交互和運(yùn)動趨勢相結(jié)合，用于行人軌跡預(yù)測，采用基于注意力機(jī)制的稀疏圖學(xué)習(xí)方法對軌跡點(diǎn)進(jìn)行打分，并反饋到非對稱卷積網(wǎng)絡(luò)中，以獲得高級交互特征，歸一化處理后得到的鄰接矩陣可以表示稀疏圖，最后結(jié)合圖卷積網(wǎng)絡(luò)估計用于軌跡預(yù)測的雙高斯分布的參數(shù)去預(yù)測軌跡。相比于以前的預(yù)測建模方法，它對交互的行人信息、車輛信息、環(huán)境信息進(jìn)行了有針對性的選擇，而非以往的直接將一定范圍內(nèi)的所有以上信息無差別的用于建模（圖8）。Tim等提出1種考慮動力學(xué)約束的基于學(xué)習(xí)的多智能體軌跡預(yù)測方法，除了考慮先前軌跡，還同時考慮了目標(biāo)的動力學(xué)約束，確保了實(shí)際下的可行性，同時對其他的不同來源的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合，給出更具有針對性的預(yù)測軌跡。Neumann等使用自我監(jiān)督方式訓(xùn)練的預(yù)測網(wǎng)絡(luò)，基于行人的運(yùn)動相對于全局場景的影響小，將場景中的行人運(yùn)動和自己車輛運(yùn)動分開考慮，訓(xùn)練了1個自我運(yùn)動預(yù)測網(wǎng)絡(luò)，核心思想可以理解為一定時間內(nèi)先得出自身的軌跡，然后通過自我的監(jiān)督方法，抵消掉自身位置變化對行人軌跡預(yù)測的影響，相當(dāng)于這時車載攝像頭是靜止于某個點(diǎn)的去觀測行人的運(yùn)動，行人軌跡變化的參考與自車的狀態(tài)無關(guān)，而只以預(yù)測行人周圍的元素為參考去預(yù)測，這種不考慮可變視點(diǎn)就可以避免因?yàn)椴粩嘧兓臄z像頭視點(diǎn)、遮擋和其他場景動態(tài)帶來的預(yù)測困難。

圖7 Trajectory++軌跡預(yù)測網(wǎng)絡(luò)框架[29]

圖8 SGCN網(wǎng)絡(luò)框架[30]

Lian等提出應(yīng)對復(fù)雜場景下行人軌跡預(yù)測的方法，基于LSTM網(wǎng)絡(luò)建立了基于人-車交互的行人軌跡預(yù)測模型（Vehicles And Pedestrians Trajectory Prediction Model Based On LSTM，VP-LSTM），核心思想是以行人的速度、行人間位置關(guān)系、人車間位置關(guān)系為初始數(shù)據(jù)通過社會注意力機(jī)制進(jìn)行篩選，將篩選信息通過LSTM網(wǎng)絡(luò)得出預(yù)測軌跡。Hu等提出的預(yù)測行人運(yùn)動預(yù)測系統(tǒng)（Pedestrian Motion Prediction System Based On NMMP，PMP-NMMP），先通過基于LSTM網(wǎng)絡(luò)的NMMP架構(gòu)進(jìn)行行人的軌跡預(yù)測，NMMP架構(gòu)系統(tǒng)包含單一分支和交互分支2個部分，單一分支用于對每個參與者進(jìn)行軌跡預(yù)測和交互分支用于對參與者間的可能交互進(jìn)行預(yù)測，由2個分支結(jié)合得出候選軌跡，最后PMP將候選軌跡分類為真軌跡或假軌跡，得到最終預(yù)測軌跡。除了以上基于模型和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和注意力機(jī)制結(jié)合的軌跡預(yù)測方法以外,Yao等針對目前模型預(yù)測多基于以往軌跡多次預(yù)測導(dǎo)致的隨重復(fù)預(yù)測次數(shù)增加誤差不斷增大問題，提出基于目標(biāo)估計的雙向多模態(tài)軌跡預(yù)測方法，模型由2部分組成：

（1）多模態(tài)目標(biāo)估計器用于先估計可能的目標(biāo)終點(diǎn)；

（2）目標(biāo)條件雙向軌跡預(yù)測器，進(jìn)行以當(dāng)前點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)同時作為起始點(diǎn)的雙向軌跡預(yù)測，從而減少較長預(yù)測范圍內(nèi)的累積誤差。

Shafiee等使用條件3維視覺注意機(jī)制進(jìn)行人體軌跡預(yù)測，通過2個并行編碼流和1個解碼流，2個并行編碼流收集與目標(biāo)人體相關(guān)的3維視覺和運(yùn)動學(xué)信息，只需要對目標(biāo)及其相關(guān)信息進(jìn)行收集，1個解碼流預(yù)測目標(biāo)人體的未來軌跡，并且引入3D注意機(jī)制，提高預(yù)測精度。

本小節(jié)總結(jié)了行人在復(fù)雜交通場景下的軌跡預(yù)測算法并將算法分為基于模型的算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和注意力機(jī)制相結(jié)合的算法、其它算法3部分，見表2。

表2 復(fù)雜交通場景中的行人軌跡預(yù)測算法

4 結(jié)論

隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的預(yù)測方法已經(jīng)無法滿足自動駕駛車輛對任意行駛場景和速度的要求。本文綜合近幾年自動駕駛行為預(yù)測技術(shù)的發(fā)展情況，立足于復(fù)雜的交通交互場景，通過對場景中不同預(yù)測對象進(jìn)行分類并總結(jié)相應(yīng)的行為預(yù)測算法。當(dāng)前比較先進(jìn)的行為預(yù)測思路還是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也取得了不錯的效果，但由于模型訓(xùn)練需要大量的多樣性數(shù)據(jù)，導(dǎo)致模型的訓(xùn)練困難。此外，目前的行為預(yù)測系統(tǒng)需要多種傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)支撐，其中就包括了激光雷達(dá)一類高成本的設(shè)備。因此，接下來自動駕駛行為預(yù)測的研究可以從以下4方面展開：

（1）創(chuàng)新和優(yōu)化算法，對于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一類需要預(yù)先訓(xùn)練的算法要降低訓(xùn)練的復(fù)雜度，同時在算法層面去減少對傳感器種類和數(shù)量的依賴，能夠在提升預(yù)測效果的基礎(chǔ)上優(yōu)化硬件配置。

（2）車路協(xié)同預(yù)測，目前的自動駕駛軌跡預(yù)測還是主要依賴自動駕駛車輛自身的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)測，可以考慮將自動駕駛車輛和路測設(shè)備結(jié)合的預(yù)測思路，即將當(dāng)前場景中路測設(shè)備收集的數(shù)據(jù)直接提供或進(jìn)行預(yù)處理后提供給自動駕駛車輛去進(jìn)行行為預(yù)測，這樣不僅可以提高預(yù)測準(zhǔn)確度而且可以降低整體的設(shè)備成本。

（3）受遮擋對象的行為預(yù)測，目前這一部分的研究還很少，主要還是基于社會感知的思路去進(jìn)行預(yù)測，但實(shí)際的實(shí)現(xiàn)效果并不理想，作為軌跡預(yù)測中無法回避且十分重要的內(nèi)容，需要針對這一問題提出更多方法。

（4）行人行為預(yù)測，行人對象具有目標(biāo)小且行為不確定性大的特點(diǎn)。而當(dāng)前主要采用檢測行人肢體動作和人群交互行為的方法實(shí)際運(yùn)用時準(zhǔn)確率很低，原因在于本身肢體動作的準(zhǔn)確檢測就很困難，再加之要根據(jù)其完成行為預(yù)測可以想象是十分困難的，如果在加上環(huán)境因素（下雨、起霧等）那么這些方法基本就不在可行，所以如何提高行人行為的準(zhǔn)確預(yù)測也需要提出更好的方法。