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Autonomous Driving | Parting with Misconceptions about Learning-based Vehicle Motion Planning

  • nuPlan数据集要求精确的短期规划和长期自车预测(precise short-term planning and long-horizon ego-forecasting),但本文认为这两个任务没有对齐,需要分别讨论处理;
  • 本文针对闭环和开环评测任务,设计了一个极其简单的规划器,在nuPlan 2023比赛中实现了最好的性能指标;

1. Introduction

  • nuPlan收集了1300小时的行车数据
  • 几个令人惊讶的发现:
    • 开环和闭环的评估没有对齐(Open- and closed-loop evaluation are misaligned);基于学习的规划器擅长自车轨迹预测,但是难以制定安全地闭环轨迹规划;但基于规则的规划器表现出相反的趋势;
    • 基于规则的规划生成(Rule-based planning generalizes);发现一个20年前的基准算法优于当前的基于学习的 sota 算法的闭环评估指标;之前的算法对比中,都忽略了基于学习的算法和基于规则的算法对比,因此没发现这个问题;
    • 对于自车预测,只需要一条中心线即可(A centerline is all you need for ego-forecasting);本文实施了一个非常简单地基于学习的规划器,该规划器不接受场景中任何他车信息,仅根据期望车道的中心线推断自车状态;该方法在开环评测中成了新的sota;不需要任务复杂的场景表示(e.g. lane graphs, vectorized maps, rasterized maps, tokenized objects)
  • 主要贡献:
      1. 发现和分析了规划在闭环和开环评估中的误对齐的现象;
      1. 扩展IDM算法,设计了轻量化的算法,实现了最好的闭环评估表现;
      1. 开环评估中只考虑当前的运动状态和中心线,效果反而比其他复杂输入表征的模型好;
      1. 上述两个模型合为一个混合规划器,在nuPlan challenge 2023中获得了最好的成绩;

3 Ego-forecasting and Planning are Misaligned

  • 自车预测和规划常常被看做是相关的任务,但他们在nuPlan上是没有对齐的;一个任务变好常常可能导致另一个任务变差;

  • Planning vs. ego-forecasting

3.1 Background

  • open-loop score (OLS)

  • closed-loop score non-reactive (CLS-NR)

  • closed-loop score reactive (CLS-R)

  • Intelligent Driver Model (IDM) 规划器:

    • Given the current longitudinal position x, velocity v, and distance to the leading vehicle s along the centerline, it iteratively applies the following policy to calculate a longitudinal acceleration

3.2 Misalignment

Centerline-conditioned ego-forecasting

  • 设计的开环预测器 Predictive Driver Model (Open),简称 PDM-Open,简单地用MLP预测未来的轨迹点;
  • 输入: The inputs to this MLP are the centerline (c) extracted by IDM and the ego history (h);自车历史信息包括了自车过去两秒的位置、速度、加速度,采样频率为5Hz;
  • 开环分数高的算法在闭环分数就会比较低,两者指标体系没对齐;
OLS-CLS Tradeof
  • IDM选择了和中心线不同的车道,但始终是保存在路上的状态;
  • PDM短期预测的过程中误差积累较大(出现了驶离道路的情况),长期误差小,最后预测轨迹基本都沿着车道中心线;

3.3 Methods

将规划模型和预测模型结合。弥补了预测模型短期预测不准确,规划模型长期规划不准确的问题;

  • Model Architecture
  • Val14 benchmark
  • 2023 nuPlan Challenge
  • 消融实验

总结

本文提出的想法很大胆,不过确实是在实践中发现的一个真问题,认为规划的开环和闭环评估指标没有对齐,导致一个指标高另一个指标就会低,并且用一个非常简单的模型就实现了远超其它复杂模型的效果,在2023 nuPlan比赛上获得了第一名;遗憾的是,怎么才能对齐开环和闭环指标本文并没有讨论;