Ανάπτυξη αλγορίθμου σύντηξης ετερογενών δεδομένων πολλαπλών αισθητήρων για δυναμική παρακολούθηση και αναγνώριση αντικειμένων εντός οδικού περιβάλλοντος

Abstract

The use of multiple, and of different types, sensors in onboard automotive safety systems is gaining continuously acceptance during the last years. Yet, the difficult issue of managing this heterogeneous, multisource, redundant or complementary information has been recognized as a bottleneck in the extension and improvement of these systems. Multiple sensor data fusion has also been acknowledged as the only promising solution for the rational use of this information and the operational and functional extension of advanced automotive safety applications. This work contributes towards this direction with the design and development of a global data fusion algorithm that aims at the successful dynamic recognition and surveillance of neighboring moving vehicles to the also moving sensor equipped platform vehicle. Typical sensors used in this kind of applications and in the systems developed in this work, include long and short range microwave radars, laser scanners and various types of passive vision sensors. Moreover, platform vehicle usually contains movement inertial sensors, position sensors and sometimes data bases of geographic information systems. The proposed distributed data fusion system intends to assign high level of information to the tracked vehicles in the platform-vehicle’s environment exploiting and outclassing the performance of single sensors. The outline of the main systems incorporates the subsystems of: estimation and filtering of platform vehicle’s position and dynamics, preprocessing (tracking) systems of single sensors data and data association which is a subsystem of tracking systems and data fusion as well. The innovative aspects introduced in this work comprise four main issues: (a) management of multisource heterogeneous information (many and of different type sensors) in a moving platform with a generic global algorithm, (b) solution of new data association problems for single and multipoint objects together with multidimensional assignment (more than two sensors), (c) the all-around platform vehicle tracking of other moving vehicles and (d) the development of a sensor tracking algorithm that deals with various topologies (e.g. rear or side looking sensors) and various types of sensors.

Η χρήση πολλαπλών αισθητήρων, διαφορετικών τύπων, σε ενσωματωμένα συστήματα ασφαλούς οδήγησης εντός οχημάτων επεκτείνεται συνεχώς τα τελευταία χρόνια. Το πρόβλημα της διαχείρισης αυτής της πολλαπλών πηγών, συμπληρωματικής ή πλεονασματικής πληροφορίας έχει αναγνωριστεί ως κύριος παράγων στην επέκταση και βελτίωση των παραπάνω συστημάτων. Η σύντηξη δεδομένων (data fusion) πολλαπλών αισθητήρων με την ορθολογική χρήση της ποικίλης αυτής πληροφορίας έχει πλέον καθοριστεί ως η λύση για την λειτουργική και χρηστική επέκταση των προχωρημένων εφαρμογών οδικής ασφάλειας. Η εργασία αυτή συνεισφέρει στην κατεύθυνση αυτή με την σχεδίαση και ανάπτυξη ενός γενικού αλγορίθμου σύντηξης δεδομένων που αποσκοπεί στην επιτυχή δυναμική αναγνώριση και παρακολούθηση των γειτονικών κινούμενων οχημάτων ενός εξοπλισμένου με αισθητήρες επίσης κινούμενου οχήματος. Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται στις εν λόγω εφαρμογές είναι τα μικροκυματικά ραντάρ, σαρωτές λέιζερ και διάφοροι τύποι παθητικών αισθητήρων όρασης. Επίσης χρησιμοποιούνται αδρανειακοί αισθητήρες κίνησης του οχήματος πλατφόρμας καθώς και αισθητήρες θέσης και πληροφοριακές βάσεις γεωγραφικών δεδομένων. Το κατανεμημένης αρχιτεκτονικής σύστημα σύντηξης δεδομένων που προτείνεται αποσκοπεί στην απόδοση υψηλού επιπέδου πληροφορίας για τα εντοπισμένα οχήματα στο περιβάλλον του οχήματος-πλατφόρμας αξιοποιώντας και ξεπερνώντας τις παρατηρήσεις των υπαρχόντων αισθητήρων. Η παρουσίαση του συστήματος περιλαμβάνει τα επιμέρους υποσυστήματα: της εκτίμησης και φιλτραρίσματος των παραμέτρων και της δυναμικής του οχήματος πλατφόρμας, των συστημάτων προεπεξεργασίας (ιχνηλασίας) των παρατηρήσεων καθενός από τους επιμέρους αισθητήρες και της σύνδεσης δεδομένων που χρησιμοποιείται επίσης και εσωτερικά του υποσυστήματος ιχνηλασίας. Οι καινοτομίες που προτείνονται σε αυτήν την εργασία περιλαμβάνουν τέσσερα κυρίως σημεία: (α) την διαχείριση πολλαπλών πηγών ετερογενούς πληροφορίας σε κινούμενη πλατφόρμα με έναν γενικό αλγόριθμο, (β) την επίλυση νέων προβλημάτων σύνδεσης δεδομένων για σημειακά και πολυσημειακά αντικείμενα, και την πολυδιάστατη ανάθεση (για πάνω από δύο αισθητήρες), (γ) την κυκλική γύρω από το όχημα-πλατφόρμα παρακολούθηση άλλων κινούμενων οχημάτων και (δ) την ανάπτυξη αλγορίθμου ιχνηλασίας για διαφορετικές τοπολογίες (π.χ. πίσω ή υπό γωνία) και τύπους αισθητήρων. Στην διδακτορική διατριβή περιλαμβάνονται η θεωρητική περιγραφή και σχεδίαση του γενικού συστήματος καθώς και τα αποτελέσματα της εφαρμογής κάποιων υποσυστημάτων όσο και των διαφόρων εκδοχών του συστήματος.