本文使用ResNet+BERT分类模型来实现APA自动泊车算法
首先定义模型的输出动作类别
| 类别名 | 说明 |
|---|---|
| S0 | 停车 |
| S+ | 直行前进单位距离 |
| S- | 直行后退单位距离 |
| L+ | 左转前进单位角度 |
| L- | 左转后退单位角度 |
| R+ | 右转前进单位角度 |
| R- | 右转后退单位角度 |
设单位距离为0.05米，单位角度为0.5度。为了降低复杂性，在转弯过程中，方向盘都打到底。
接下来定义模型的输入：
1、障碍物的位置
2、小车的当前位置以及目标位置
3、附加状态：例如上次执行的动作
在本实验中，使用384×384像素的图片来表示障碍物的位置、小车的当前位置以及目标位置，在输入BERT分类模型前需先将2D图片转为1D序列，如下所示：
(B, C_in, 384, 384)
-- ResNet -->
(B, C, 24, 24)
-- Rearrange -->
(B, 576, C)
在建模过程中，主要考虑以下参数：
| 参数名 | 值 |
|---|---|
| 车长 Vehicle Length | 4.360米 |
| 车宽 Vehicle Width | 1.785米 |
| 轴距 Wheelbase | 2.535米 |
| 前轮距 Front Track Width | 1.525米 |
| 后轮距 Rear Track Width | 1.535米 |
| 前悬 Front Suspension | 0.840米 |
| 后悬 Rear Suspension | 0.985米 |
| 最小转弯半径 Minimum Turning Radius | 5.5米 |
由于算力有限，在生成图片时使用较低的分辨率（20像素/米）。设小车后轴的中心点为小车原点
这个项目中唯一比较麻烦的部分就是训练数据的合成，因为自动泊车的场景太多（例如倒车入库、侧方位停车、斜方位停车），需要针对每一种场景开发对应的数据合成代码。经过几天的开发，我也只合成了几种简单场景下的训练数据，可视化效果如下：
上图中，黑色为障碍物位置，红色为小车当前位置，绿色为小车目标位置
从起始位置到目标位置，小车需执行一系列的动作，例如：
R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-
为什么要连续密集决策，而不是在一次决策中让小车移动更长的距离呢？因为在现实中存在着不确定性，比如在泊车过程中小车旁边有人行走。
若不考虑附加状态，则模型输入可表示为（3, 384, 384）的张量，其中通道0为小车当前位置，通道1为小车目标位置，通道2为障碍物位置，模型输出为小车下一步该执行的动作类别，如图所示：
输出动作类别：R-
可以看到问题简化成了一个普通的图像分类问题，我觉得不用BERT模型只用ResNet图像分类模型也是值得尝试的，但考虑到在实际项目中，模型的输入可能来自摄像头、激光雷达、超声波雷达等多个传感器的组合，加入BERT模型后有利于融合多模态的数据。
有了训练数据，接下来就可以训练模型了。训练方法跟普通的图像分类几乎一样，需要一张不低于16G显存的显卡，经过30个小时的训练，得到模型V1.1。
下面对模型V1.1进行指标测试
首先定义泊车成功标准：
1、不与障碍物发生碰撞
2、在规定的步数（800步）内到达目标位置。允许有轻微的偏差，小车当前位置与目标位置的距离小于0.16米，夹角小于1.6度，这里的距离为小车原点之间的距离
随机生成1000条测试样本，统计成功率。
测试结果如下： 成功876个，失败124个（其中5个与障碍物发生了碰撞，119个在规定的步数内未到达目标位置）
泊车成功率为87.6%左右，如果增加训练时间，还可以提升成功率。让我们先看看泊车失败的例子
1、在规定的步数内未到达目标位置，具体又分下面几种情况
1.1、 靠近目标位置，有偏差但偏差不大，这种占绝大部分
1.2、分不清车头车尾
1.3、偏差较大，这种比例很少
2、与障碍物发生了碰撞
从失败的例子可以看出要想提升泊车成功率，还必须增加训练样本的多样性，让模型“见多识广”。我觉得不应该过分要求模型每次转向的时机都刚刚好，而应该在轨迹出现偏差时让模型学会如何调整。
由于在写这篇文章前，本人对无人驾驶技术了解的很少，因此文中难免有错误之处，欢迎读者在评论区指出。
参考文章
