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Bewertung der objektbasierten Umfeldwahrnehmung für Fahrerassistenzsysteme mithilfe von Referenzsystemen

Brahmi, Mohamed

Fahrerassistenzsysteme gewinnen immer mehr an Bedeutung und weisen steigende Komplexität und Vernetzung auf. Die Hauptantriebe dafür sind die Regulierungen und das beabsichtigte autonome Fahren. Eng verbunden damit steigt ebenfalls der Bedarf, diese Systeme objektiv zu bewerten und zu validieren. Aufgrund der hohen Komplexität stößt aber die Bewertung der Fahrerassistenzsysteme auf Systemebene an ihre Grenzen. Alternativ dazu kann ein Fahrerassistenzsystem in die Teilsysteme Umfelderfassung, Situationsinterpretation und Funktion unterteilt werden. Diese Teilsysteme können dann separat und unabhängig bewertet werden. Für die Bewertung der Fahrerassistenzsysteme wird im allgemeinen eine Vergleichsbasis benötigt. Speziell für die Bewertung der FAS-Umfeldwahrnehmung werden Referenzsysteme benötigt, deren Messdaten als Ground-Truth angenommen und als Vergleichsbasis herangezogen werden. Aus diesem Grund müssen diese Referenzsysteme bestimmte Anforderungen erfüllen. Nach Analyse des Stands der Technik wurde festgestellt, dass zum einem keine Anforderungen an solche Systeme umfassend definiert sind und zum anderem diese nicht ausreichend überprüft und validiert werden. Die Fragestellung der Terminologie und Begriffsdefinitionen wurde auch nicht ausreichend behandelt. In dieser Arbeit werden Begriffe anwendungsübergreifend und konsistent mit angrenzenden Disziplinen definiert und eingeführt. Die Anforderungen an ein Referenzsystem für die Umfeldwahrnehmung wurden systematisch und abstrakt hergeleitet und formuliert. Darüber hinaus wird ein Konzept für die Validierung eines solchen Referenzsystems erarbeitet, welches auf der Aufteilung des Referenzsystems in dessen Teilaspekte basiert. Mithilfe des validierten Referenzsystems wird ein Konzept für die Bewertung der objektbasierten Umfeldwahrnehmung entwickelt, bei dem die Sensorobjekte den Referenzobjekten zugeordnet werden und darauf aufbauend Metriken für die Detektions- und Verfolgungsfähigkeit erzeugt werden. Diese vorgestellten Konzepte werden im praktischen Teil umgesetzt. Hierfür werden zuerst die Anforderungen an ein Referenzsystem ausgehend von zwei Stand-der-Technik-Umfeldsensoren abgeschätzt. Anschließend wird die Umsetzung eines konkreten INS/DGPS basierten Referenzsystems vorgestellt. Die Validierungsmethode des Referenzsystems wird auf dieses Referenzsystem angewendet. Abschließend wird mithilfe dieses validierten Referenzsystems die objektbasierte Umfeldwahrnehmung eines Lidars exemplarisch bewertet.

Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) are subject to continuous improvement and optimization towards autonomous driving. Consequently, ADAS is becoming more complex and its evaluation at system level, only in a blackbox approach, is becoming insuficient and reaching its limits. In order to overcome this problem, an Advanced Driver Assistance System can be decomposed into its subsystems (environmental perception, situation interpretation and function). These subsystems can then be evaluated separately, in addition to the evaluation at system level. For the evaluation of ADAS, Ground-Truth data is needed. Especially for the environmental perception part, focus of this work, reference systems are needed, which can provide Ground-Truth data as a basis for a metric-based objective evaluation. Thus, these reference systems shall meet certain requirements in order to be considered as a trustful source of Ground-Truth data. During the analysis of the state of the art, major gaps were identified. The requirements to be met by such reference systems are not addressed and the quality of the used reference systems was not critically evaluated and checked. For the evaluation of the ADAS environmental perception, no establisched approch for a metric based evaluation could be identified. Furthermore, the terminology used for ADAS environmental perception evaluation was indeterminate and imprecise. As a contribution to address these gaps, quantitative and qualitative requirements to be met by the reference systems for ADAS environmental perception are defined and derived in this work. A validation approach of the reference system, based on the divide-and-conquer principle, is also presented. In addition, a special focus was put on the terminology. Using the reference system, a metric-based evaluation for the object-based environmental perception system, is introduced. This covers both the aspects of the measurement accuracy as well as the detection and tracking capabilities. In the practical part, an INS/DGPS-based reference system, selected and implemented based on concrete requirements derived from two state of the art sensors, is described. The proposed validation approach was applied on this system in order to discuss and prove the fulfillment of the defined requirements. As an example, a Lidar object-based environmental perception system was evaluated based on this reference system and the defined metrics.

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Brahmi, M., 2020. Bewertung der objektbasierten Umfeldwahrnehmung für Fahrerassistenzsysteme mithilfe von Referenzsystemen. https://doi.org/10.24355/dbbs.084-202004221113-0
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