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一种面向轨迹预测的模型无关分层框架

A Model-Agnostic Hierarchical Framework Towards Trajectory Prediction

  • 摘要:
    研究背景 预测多个智能体的未来轨迹对现实生活中的各种应用至关重要,比如监控系统、自动驾驶系统和社会机器人。用于城市规划的监控系统必须能够理解人群将如何移动和交互,以更好地进行基础设施的管理。自动驾驶汽车、社会机器人等应该可以理解和预测人类的运动,以避免碰撞的发生。在上述的应用中,精准的轨迹预测已经成为一个必不可少的组成部分。然而,由于一些原因,轨迹预测仍然是一项具有挑战性的任务,这些原因包括:智能体轨迹之间的相互影响以及智能体运动本身具有的模糊性。
    目的 我们的研究目标是提出一种模型无关的层次视角的轨迹预测框架,将轨迹预测用到的所有信息从两个层次进行挖掘和利用,即轨迹间视角和轨迹内视角。
    方法 我们提出并应用了一个面向轨迹预测任务的模型无关的层次视角框架,通过以细粒度的方式区分所有信息来使得轨迹预测模型可以达到更好的性能。第一层视角是轨迹间视角。在这一层视角上,我们提出了“轨迹难度评估”模块来评估轨迹的难度,以“由易到难”的模式去训练所提出的模型。第二层视角是轨迹内视角。在这一层次上,我们提出了局部特征提取模块、全局特征提取模块去区分每个轨迹样本中的局部特征和全局特征,并进行不同的处理,去进行轨迹的生成。
    结果 我们在多个轨迹预测基准上评估了我们的方法并且取得了最优的结果。并且为了深入分析我们的方法的局限性,我们对该方法和模型无关的框架都进行了定性分析。
    结论 在本文中,我们提出并应用了一个基于两层视角的模型无关框架。在第一层视角中,我们定义了轨迹难度的评估方法,并以“由易到难”的模式去训练所提出的模型。在第二层视角中,我们设计了区分全局和局部特征的模块,并以不同的方式去处理它们。我们在多个基准上进行了广泛的实验,证明了我们的方法优于目前最先进的方法。此外,全局特征提取模块对长序列预测具有更显著的影响,并且使我们的方法在噪声干扰下具有鲁棒性。定性分析表明,考虑到预期目的地,我们的方法可以精准地预测未来的轨迹。在未来,我们可以考虑探索智能体的更多信息,特别是速度,以更好地研究轨迹预测任务。我们也可以结合视觉信息和上下文信息进行全面的多模态建模,并进一步在其它数据集上验证我们提出的方法。

     

    Abstract: Predicting the future trajectories of multiple agents is essential for various applications in real life, such as surveillance systems, autonomous driving, and social robots. The trajectory prediction task is influenced by many factors, including the individual historical trajectory, interactions between agents, and the fuzzy nature of the observed agents’ motion. While existing methods have made great progress on the topic of trajectory prediction, they treat all the information uniformly, which limits the effectiveness of information utilization. To this end, in this paper, we propose and utilize a model-agnostic framework to regard all the information in a two-level hierarchical view. Particularly, the first-level view is the inter-trajectory view. In this level, we observe that the difficulty in predicting different trajectory samples varies. We define trajectory difficulty and train the proposed framework in an “easy-to-hard” schema. The second-level view is the intra-trajectory level. We find the influencing factors for a particular trajectory can be divided into two parts. The first part is global features, which keep stable within a trajectory, i.e., the expected destination. The second part is local features, which change over time, i.e., the current position. We believe that the two types of information should be handled in different ways. The hierarchical view is beneficial to take full advantage of the information in a fine-grained way. Experimental results validate the effectiveness of the proposed model-agnostic framework.

     

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