Ιχνηλάτηση Αντικειμένων Οδικού Περιβάλλοντος Με Τη Μέθοδο Πολλαπλών Υποθέσεων - Mht

Abstract

Η ιχνηλάτηση πολλαπλών στόχων σε περιβάλλον θορύβου μέσω ενός ή πολλαπλών αισθητήρων έχει πολλές διαφορετικές εφαρμογές. Μία από τις σημαντικότερες, η οποία έχει αρχίσει να εξελίσσεται τα τελευταία χρόνια, είναι η εφαρμογή της σε οχήματα δρόμου (π.χ. αυτοκίνητα) για την ανίχνευση αντικειμένων οδικού περιβάλλοντος. Η ανίχνευση αυτή επιτρέπει την ανάπτυξη εφαρμογών ασφαλούς οδήγησης και υποβοήθησης του οδηγού σε επικίνδυνες συνθήκες οδήγησης.Ένας από τους πιο αποτελεσματικούς αλγορίθμους ιχνηλάτησης αντικειμένων είναι ο Αλγόριθμος Πολλαπλών Υποθέσεων - ΜΗΤ, η προγραμματιστική υλοποίηση του οποίου αποτελεί τον τελικό σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας.Για την κατανόηση του πολύπλευρου προβλήματος της ιχνηλάτησης στόχων και την αποτελεσματική προγραμματιστική υλοποίηση του αλγορίθμου πολλαπλών υποθέσεων, μελετώνται όλες οι πτυχές του προβλήματος ιχνηλάτησης.Αρχικά, παρουσιάζονται ορισμένα από τα σημαντικότερα Ευρωπαϊκά προγράμματα για την ενίσχυση της οδικής ασφάλειας και περιγράφονται οι διάφορες εφαρμογές που χρησιμοποιούν τεχνικές ιχνηλάτησης για την υποβοήθηση ή την αυτοματοποίηση της οδήγησης. Παράλληλα, περιγράφονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά των αισθητήρων που χρησιμοποιούνται και αναπτύσσεται το μαθηματικό υπόβαθρο των τεχνικών ιχνηλάτησης.Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι πιο σημαντικές μέθοδοι συσχέτισης δεδομένων, όπως οι πύλες, η μέθοδος GNN, η μέθοδος PDA και η μέθοδος JPDA. Η συσχέτιση δεδομένων αποτελεί τη βάση για την ιχνηλάτηση στόχων, αφού κάθε στόχος πρέπει, σε κάθε χρονική στιγμή λήψης μετρήσεων από τους αισθητήρες (σάρωση), να συνδυάζεται με κάποια μέτρηση ώστε να γίνει η σωστή εκτίμηση της τροχιάς του. Ο αλγόριθμος πολλαπλών υποθέσεων στην ουσία αναπτύσσει μία διαφορετική τεχνική συσχέτισης δεδομένων, με βάση πολλαπλές υποθέσεις για την προέλευση κάθε στόχου, την επιβεβαίωση υποθέσεων βάσει πληροφοριών από διαδοχικές σαρώσεις και τον υπολογισμό πιθανοτήτων.Η υλοποίηση του αλγορίθμου πολλαπλών υποθέσεων στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στον αλγόριθμο, που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Donald B. Reid, η ανάλυση του οποίου γίνεται εκτενώς. Παράλληλα παρουσιάζονται διαφορετικές τεχνικές υλοποίησης του αλγορίθμου, που έχουν αναπτυχθεί σε άλλες επιστημονικές αναφορές.Το πειραματικό μέρος της διπλωματικής εργασίας, περιλαμβάνει την περιγραφή της προγραμματιστικής υλοποίησης του αλγορίθμου πολλαπλών υποθέσεων. Η λειτουργία του αλγορίθμου εξετάζεται με προσομοιωμένα σενάρια τυπικών συνθηκών οδήγησης, όπως κίνηση οχημάτων σε λωρίδες ή προσπέραση. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της μεθόδου GNN, όπου αποδεικνύεται η υπεροχή του αλγορίθμου πολλαπλών υποθέσεων. Παράλληλα επιβεβαιώνεται η λειτουργία του αλγορίθμου με πραγματικά δεδομένα ιχνηλάτησης σε οδικό περιβάλλον, από την αυτοκινητοβιομηχανία Volvo.Η διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Μικροκυμάτων και Οπτικών Ινών της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Η/Υ του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου στα πλαίσια των ερευνητικών δραστηριοτήτων της ομάδας I-SENSE.