Feedback

Semantic Classification of Urban Traffic Scenarios for the Validation of Automated Driving Systems

Affiliation/Institute
Institut für Verkehr und Stadtbauwesen
Hartjen, Lukas

The safety argumentation of an automated vehicle is an essential condition before its use on public roads. For this reason, a thorough Verification and Validation (V&V) process is a fundamental aspect of the development and commercial release for every automated vehicle.
In recent years, a number of scientific publications have reasoned that a distance- based V&V approach, aimed at providing a stochastic safety argument by achieving a desired failure-rate over a defined testing distance, will not be feasible to implement for automated vehicles. The main reason for this is the fact that the distance required to be driven with development vehicles exceeds economical and practical limits by far. To overcome this challenge, scenario-based V&V approaches are currently a subject of many research activities. These methodologies aim to evaluate the safety of an automated vehicle by testing it in a variety of different traffic scenarios. This allows to decompose the safety V&V into smaller units in the form of scenarios instead of having to achieve one large statistical argument for the safety of the system. However, urban traffic scenarios themselves form a complex, high dimensional state-space, which makes it challenging to argue for the completeness of scenario-based V&V approaches.
This work aims to address this challenge through a semantic classification of urban traffic scenarios. By extracting them in a structured manner from large volumes of recorded driving data, it is possible to analyze them statistically and to make empirical, data-driven contributions to the V&V process of automated vehicles. To this end, a catalog of driving maneuvers is introduced to describe the behavior of vehicles in urban traffic on a semantic level. Next, algorithms for the automated classification of these maneuvers are implemented and evaluated with respect to their detection accuracy. Based on this automated maneuver classification, an empirical analysis of urban traffic scenario diversity is conducted. Here, a special focus is put on saturation effects during data collection as well as the observed exposure of various semantic scenario elements.
The results of the investigations provide some of the first quantitative insights into the Long Tail-problem of automated driving V&V, which is often mentioned in current literature in this field. From the empirical findings it is further concluded that a semantic scenario classification has the potential to contribute substantially to a data-driven, scenario-based safety argumentation for automated vehicles.

Der Sicherheitsnachweis eines automatischen Fahrzeugs ist ein zwingend notwendiger Schritt, den es vor dessen Markteinführung auf öffentlichen Straßen zu absolvieren gilt. Aus diesem Grund ist ein schlüssiger Prozess zur Verifikation und Validierung (kurz V&V) elementarer Bestandteil der Entwicklungsarbeit jedes automatischen Fahrsystems.
In den letzten Jahren kamen verschiedene wissenschaftliche Veröffentlichungen zu dem Schluss, dass ein distanzbasierter V&V-Ansatz, bei dem ein Sicherheitsnachweis statistisch durch das Erreichen einer angestrebten Fehlerrate über eine zuvor festgelegte Referenzdistanz erbracht wird, für automatische Fahrzeuge aller Wahrscheinlichkeit nach nicht anwendbar sein wird. Dies ist vor allem darin begründet, dass die notwendigen Testdistanzen ein ökonomisch vertretbares Maß bei Weitem übersteigen würden. Aus diesem Grund sind szenarienbasierte V&V-Ansätze derzeit Gegenstand vieler Forschungsaktivitäten, in denen die Sicherheit des automatisierten Fahrzeugs in einer Vielzahl von Verkehrsszenarien nachgewiesen werden soll.
Diese Arbeit befasst sich mit der semantischen Klassifikation von urbanen Verkehrs- szenarien, um diese in großen Datenmengen strukturiert erfassen und statistisch für den V&V-Prozess automatisierter Fahrzeuge analysieren zu können. Zu diesem Zweck wird zunächst ein Fahrmanöverkatalog zur semantischen Beschreibung urbanen Fahrverhaltens entwickelt. Anschließend werden Algorithmen zur automatischen Klassifikation dieser Fahrmanöver in aufgenommenen Fahrzeugmessdaten implementiert und hinsichtlich ihrer Erkennungsgüte evaluiert. Basierend auf dieser automatischen Klassifikation wird eine empirische Analyse urbaner Verkehrsszenarien durchgeführt, mit einem besonderen Augenmerk auf Sättigungseffekten bei der Datensammlung sowie der Exposition einzelner semantischer Szenarienelemente.
Die Untersuchungen liefern erste quantitative Nachweise des vielfach in der wissenschaftlichen Literatur diskutierten Long-Tail-Problems bei der Absicherung automatischer Fahrfunktionen. Aus den empirischen Erkenntnissen wird geschlussfolgert, dass eine semantische Szenarienklassifikation das Potenzial hat, einen wichtigen Beitrag zur einer datengetriebenen, szenarienbasierten Sicherheitsargumentation für automatisierte Fahrzeuge zu leisten.

Cite

Citation style:
Could not load citation form.

Access Statistic

Total:
Downloads:
Abtractviews:
Last 12 Month:
Downloads:
Abtractviews:

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved