A Vehicular Environment Perception Platform for Safety Related Applications

AbstractThe aim of this paper is to present a perception platform developed for vehicular safety applications. The work described here is part of the work carried out in the interactIVe project and more specifically inside the PERCEPTION sub project. InteractIVe is a large scale integrating project co-funded by the European Commission as part of the FP7-ICT for Safety and Energy Efficiency in Mobility. One of the main objectives of this project is the implementation of a reference perception platform with a general purpose interface to the applications

High-level data fusion, from multiple information sources, in vehicular ad-hoc networks

The technology of intelligent transportation systems has grown rapidly over the last decade. These systems are designed to exploit the advances in information and communication technologies and apply them to transport. One of the main goals of these systems is to enhance road safety. In modern active safety systems, fusion of data coming from different sensors installed in the vehicle plays an important role. The data fusion helps to overcome certain physical limitations of sensors, such as the limited range and field of view. Therefore, the combination of information from different sensors can significantly broaden the perception area around the vehicle and increase the reliability of the whole system in case of sensor failure. However, some significant limitations and drawbacks, such as the fact that the perception environment of the vehicle cannot go beyond the sensing range and the sensor systems cannot perform well in all environments, remain even after the fusion of data from different sensors installed in the vehicle. In recent years cooperative systems are studied. These systems are designed to exploit wireless communication between vehicles and infrastructure to overcome the problems mentioned above and increase the perception of the road environment and extend the driver awareness even to some kilometers away. Vehicles that are forming ad hoc networks and “talk” to each other constitutes a significant future challenge and also a wide and open research area. The objective of this thesis is the study and development of high level data fusion algorithms, taking into account data from vehicle sensors and information from the communication among vehicles. This thesis starts with a short introduction to the data fusion techniques and to the main principles of vehicular ad hoc networks. Then, an overview of the architecture of the system as well as some example applications and scenarios are examined. In the following, an analysis of filtering techniques is carried out and the importance of proper filtering of the data exchanged via the network is highlighted. Moreover, the future trajectory of both the ego vehicle and other vehicles within range are calculated and a comparison of the effectiveness of this calculation with and without the use of wireless communication is done. The obtained results demonstrate the need to exploit the data from the wireless network. Also in this thesis high level events, such as traffic density estimation or fog detection, using the theory of Bayesian networks are examined. Finally, conclusions on the subject of the thesis are drawn and suggestions for future research work in the field are made.Η τεχνολογία των ευφυών συστημάτων μεταφοράς έχει αναπτυχθεί ραγδαία την τελευταία δεκαετία. Τα συστήματα αυτά έχουν ως στόχο την εκμετάλλευση των τεχνολογιών πληροφοριών και επικοινωνιών και την εφαρμογή τους στις μεταφορές. Ένας από τους κυριότερους στόχους των συστημάτων αυτών είναι η ενίσχυση της οδικής ασφάλειας. Στα σύγχρονα συστήματα ενεργητικής ασφάλειας η σύντηξη δεδομένων (data fusion) από αισθητήρες που είναι εγκατεστημένοι στο αυτοκίνητο παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Η σύντηξη βοηθάει να ξεπεραστούν κάποιοι φυσικοί περιορισμοί των αισθητήρων, όπως είναι η περιορισμένη εμβέλεια και γωνία ανίχνευσης. Συνεπώς, η τοποθέτηση αισθητήρων περιμετρικά του αυτοκινήτου, και ο συνδυασμός των πληροφοριών που προέρχονται από αυτούς, μπορεί να αυξήσει σημαντικά την περιοχή αντίληψης γύρω από το αυτοκίνητο καθώς και την αξιοπιστία του συστήματος σε περίπτωση αστοχίας κάποιου αισθητήρα. Ωστόσο, κάποιοι σημαντικοί περιορισμοί, όπως π.χ. το γεγονός ότι το περιβάλλον αντίληψης δεν μπορεί να ξεπεράσει την εμβέλεια των αισθητήρων και ότι οι αισθητήρες δεν λειτουργούν καλά σε όλα τα περιβάλλοντα, παραμένουν και μετά τη σύντηξη των δεδομένων από τους αισθητήρες του αυτοκινήτου. Τα τελευταία χρόνια μελετώνται τα συνεργατικά συστήματα, τα οποία έχουν ως στόχο με τη χρήση ασύρματης επικοινωνίας μεταξύ των αυτοκινήτων και της υποδομής να ξεπεράσουν τα παραπάνω προβλήματα και να αυξήσουν την αντίληψη του οδηγού για το οδικό περιβάλλον ακόμα και μερικά χιλιόμετρα μακριά. Αυτοκίνητα τα οποία σχηματίζουν αυτό-οργανούμενα δίκτυα και «μιλούν» μεταξύ τους αποτελούν πραγματικά μια πρόκληση για το μέλλον και ένα ανοιχτό και ευρύ ερευνητικό πεδίο. Σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη και ανάπτυξη αλγορίθμων σύντηξης δεδομένων υψηλού επιπέδου λαμβάνοντας υπόψη τόσο δεδομένα από τους αισθητήρες του αυτοκινήτου όσο και πληροφορίες που προέρχονται από την επικοινωνία των αυτοκινήτων. Αρχικά, περιλαμβάνονται κάποια εισαγωγικά στοιχεία για τις τεχνικές σύντηξης δεδομένων και τα ασύρματα δίκτυα αυτοκινήτων και στη συνέχεια γίνεται μια επισκόπηση της αρχιτεκτονικής του συστήματος και παρουσιάζονται ενδεικτικά κάποιες εφαρμογές και σενάρια τέτοιου είδους συστημάτων. Στη συνέχεια γίνεται μια ανάλυση των τεχνικών φιλτραρίσματος σε επίπεδο αυτοκινήτου και τονίζεται η σημασία του σωστού φιλτραρίσματος των δεδομένων πριν από την εκπομπή τους στο δίκτυο των αυτοκινήτων. Επιπλέον, υπολογίζεται η μελλοντική τροχιά του υποκείμενου αυτοκινήτου και των αυτοκινήτων που είναι εντός της εμβέλειάς του και γίνεται σύγκριση της αποτελεσματικότητας αυτού του υπολογισμού με και χωρίς τη χρήση ασύρματης επικοινωνίας. Τα σχετικά αποτελέσματα καταδεικνύουν την ανάγκη εκμετάλλευσης των δεδομένων που προέρχονται από το ασύρματο δίκτυο. Επίσης, στην παρούσα διατριβή εξετάζονται με τη βοήθεια της θεωρίας των δικτύων Bayes κάποια υψηλού επιπέδου συμβάντα όπως είναι η εκτίμηση της πυκνότητας της κυκλοφορίας ή η ανίχνευση ομίχλης στην περιοχή που κινείται το υποκείμενο αυτοκίνητο. Τέλος, εξάγονται κάποια συμπεράσματα σχετικά με το αντικείμενο της διατριβής και γίνονται προτάσεις για μελλοντική ερευνητική εργασία

High-level data fusion, from multiple information sources, in vehicular ad-hoc networks

199 σ.Η τεχνολογία των ευφυών συστημάτων μεταφοράς έχει αναπτυχθεί ραγδαία την τελευταία δεκαετία. Τα συστήματα αυτά έχουν ως στόχο την εκμετάλλευση των τεχνολογιών πληροφοριών και επικοινωνιών και την εφαρμογή τους στις μεταφορές. Ένας από τους κυριότερους στόχους των συστημάτων αυτών είναι η ενίσχυση της οδικής ασφάλειας. Στα σύγχρονα συστήματα ενεργητικής ασφάλειας η σύντηξη δεδομένων (data fusion) από αισθητήρες που είναι εγκατεστημένοι στο αυτοκίνητο παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Η σύντηξη βοηθάει να ξεπεραστούν κάποιοι φυσικοί περιορισμοί των αισθητήρων, όπως είναι η περιορισμένη εμβέλεια και γωνία ανίχνευσης. Συνεπώς, η τοποθέτηση αισθητήρων περιμετρικά του αυτοκινήτου, και ο συνδυασμός των πληροφοριών που προέρχονται από αυτούς, μπορεί να αυξήσει σημαντικά την περιοχή αντίληψης γύρω από το αυτοκίνητο καθώς και την αξιοπιστία του συστήματος σε περίπτωση αστοχίας κάποιου αισθητήρα. Ωστόσο, κάποιοι σημαντικοί περιορισμοί, όπως π.χ. το γεγονός ότι το περιβάλλον αντίληψης δεν μπορεί να ξεπεράσει την εμβέλεια των αισθητήρων και ότι οι αισθητήρες δεν λειτουργούν καλά σε όλα τα περιβάλλοντα, παραμένουν και μετά τη σύντηξη των δεδομένων από τους αισθητήρες του αυτοκινήτου. Τα τελευταία χρόνια μελετώνται τα συνεργατικά συστήματα, τα οποία έχουν ως στόχο με τη χρήση ασύρματης επικοινωνίας μεταξύ των αυτοκινήτων και της υποδομής να ξεπεράσουν τα παραπάνω προβλήματα και να αυξήσουν την αντίληψη του οδηγού για το οδικό περιβάλλον ακόμα και μερικά χιλιόμετρα μακριά. Αυτοκίνητα τα οποία σχηματίζουν αυτό-οργανούμενα δίκτυα και «μιλούν» μεταξύ τους αποτελούν πραγματικά μια πρόκληση για το μέλλον και ένα ανοιχτό και ευρύ ερευνητικό πεδίο. Σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη και ανάπτυξη αλγορίθμων σύντηξης δεδομένων υψηλού επιπέδου λαμβάνοντας υπόψη τόσο δεδομένα από τους αισθητήρες του αυτοκινήτου όσο και πληροφορίες που προέρχονται από την επικοινωνία των αυτοκινήτων. Αρχικά, περιλαμβάνονται κάποια εισαγωγικά στοιχεία για τις τεχνικές σύντηξης δεδομένων και τα ασύρματα δίκτυα αυτοκινήτων και στη συνέχεια γίνεται μια επισκόπηση της αρχιτεκτονικής του συστήματος και παρουσιάζονται ενδεικτικά κάποιες εφαρμογές και σενάρια τέτοιου είδους συστημάτων. Στη συνέχεια γίνεται μια ανάλυση των τεχνικών φιλτραρίσματος σε επίπεδο αυτοκινήτου και τονίζεται η σημασία του σωστού φιλτραρίσματος των δεδομένων πριν από την εκπομπή τους στο δίκτυο των αυτοκινήτων. Επιπλέον, υπολογίζεται η μελλοντική τροχιά του υποκείμενου αυτοκινήτου και των αυτοκινήτων που είναι εντός της εμβέλειάς του και γίνεται σύγκριση της αποτελεσματικότητας αυτού του υπολογισμού με και χωρίς τη χρήση ασύρματης επικοινωνίας. Τα σχετικά αποτελέσματα καταδεικνύουν την ανάγκη εκμετάλλευσης των δεδομένων που προέρχονται από το ασύρματο δίκτυο. Επίσης, στην παρούσα διατριβή εξετάζονται με τη βοήθεια της θεωρίας των δικτύων Bayes κάποια υψηλού επιπέδου συμβάντα όπως είναι η εκτίμηση της πυκνότητας της κυκλοφορίας ή η ανίχνευση ομίχλης στην περιοχή που κινείται το υποκείμενο αυτοκίνητο. Τέλος, εξάγονται κάποια συμπεράσματα σχετικά με το αντικείμενο της διατριβής και γίνονται προτάσεις για μελλοντική ερευνητική εργασία.The technology of intelligent transportation systems has grown rapidly over the last decade. These systems are designed to exploit the advances in information and communication technologies and apply them to transport. One of the main goals of these systems is to enhance road safety. In modern active safety systems, fusion of data coming from different sensors installed in the vehicle plays an important role. The data fusion helps to overcome certain physical limitations of sensors, such as the limited range and field of view. Therefore, the combination of information from different sensors can significantly broaden the perception area around the vehicle and increase the reliability of the whole system in case of sensor failure. However, some significant limitations and drawbacks, such as the fact that the perception environment of the vehicle cannot go beyond the sensing range and the sensor systems cannot perform well in all environments, remain even after the fusion of data from different sensors installed in the vehicle. In recent years cooperative systems are studied. These systems are designed to exploit wireless communication between vehicles and infrastructure to overcome the problems mentioned above and increase the perception of the road environment and extend the driver awareness even to some kilometers away. Vehicles that are forming ad hoc networks and “talk” to each other constitutes a significant future challenge and also a wide and open research area. The objective of this thesis is the study and development of high level data fusion algorithms, taking into account data from vehicle sensors and information from the communication among vehicles. This thesis starts with a short introduction to the data fusion techniques and to the main principles of vehicular ad hoc networks. Then, an overview of the architecture of the system as well as some example applications and scenarios are examined. In the following, an analysis of filtering techniques is carried out and the importance of proper filtering of the data exchanged via the network is highlighted. Moreover, the future trajectory of both the ego vehicle and other vehicles within range are calculated and a comparison of the effectiveness of this calculation with and without the use of wireless communication is done. The obtained results demonstrate the need to exploit the data from the wireless network. Also in this thesis high level events, such as traffic density estimation or fog detection, using the theory of Bayesian networks are examined. Finally, conclusions on the subject of the thesis are drawn and suggestions for future research work in the field are made.Παναγιώτης Ν. Λυτρίβη

Mapping and evaluation for GPS restricted environments used for automated parking applications

In this paper, two state-of-the-art solutions to the simultaneous localization and mapping (SLAM) problem are implemented, depending on the environment type. A line feature-based solution using the extended Kalman filter is selected for structured environments, while for unstructured an incremental likelihood maximization algorithm using scan matching is adopted. This work proposes an evaluation method for the mapping accuracy assessment, able to handle results from different map representations. The resulting maps of both algorithms are compared to the digitalized areas blueprints after being converted to a common representation, which makes use of custom elements supported by the popular OpenStreetMap digital map format. Experiments were performed in two parking garages with different characteristics showing the applicability of the proposed evaluation method independent of the SLAM algorithm used

Advances in Road Infrastructure, both Physical and Digital, for Mixed Vehicle Traffic Flows

Over the last years, significant resources have been devoted to developing new automation technologies for vehicles, whereas investment and resources for road infrastructure in general have steadily dwindled. INFRAMIX is preparing the road infrastructure to support the transition period and the coexistence of conventional and automated vehicles. Its main target is to design, upgrade, adapt and test both physical and digital elements of the road infrastructure, ensuring an uninterrupted, predictable, safe and efficient traffic. Towards this objective different technologies are deployed; mature simulation tools adapted to automated vehicles characteristics, new methods for traffic flow modelling to study the traffic-level influence of different levels of automated vehicles in different penetration rates, traffic estimation and traffic control algorithms. Moreover, ways of informing all types of vehicles about the control commands issued by the road operator and new kind of visual and electronic signals are developed. The project outcomes will be assessed via simulation and in real stretches of advanced highways

A Gamified Flexible Transportation Service for On-Demand Public Transport

Present public transport services still suffer from issues such as time deviations from the static timetable, overcrowded buses, increased on board time, and long wait at bus stops. This work studies the experimental implementation of an on-demand public bus transportation service in Trikala, a medium-sized Greek city. With a view to optimize the service from both the operator's and the citizens' point of view, this paper presents an insertion heuristic solving the static multivehicle dial-a-ride problem with time windows and a fixed fleet of vehicles. Since viability of such a service depends on its ability of involving a significant number of users and getting reliable information, we tested a gamification layer, aimed at motivating public transport users to participate and behave correctly with the system. We present and discuss a novel pervasive computing architecture and various types of serious games designed to achieve these goals. We finally report early usability test results and some simulation-based indications on the design of city-scale deployable serious games to enhance public transport-based mobility

TEAM applications for Collaborative Road Mobility

The TEAM industrial research project developed eleven collaborative mobility apps addressing various traffic issues and scenarios. The apps, involving different aspects and degrees of collaboration (e.g., direct user participation, shared objectives, coordination), aim at increasing the driver/traveler awareness and support a better behavior. This paper describes the apps and the underlying system architecture shared by the participating car manufacturers. Then, it provides a user acceptance analysis grouping the apps according to the three main types of users and stakeholders: drivers, travelers and administrators/operators. Data, collected in five European countries, shows that acceptance and expected impact is positive. The actual road-test experience did not diminish the high expectations raised by an initial presentation on paper, showing a good maturity of the prototypes. The Administrator app cluster shows a slightly better assessment, highlighting the importance of considering collaborative mobility as a system, including road, infrastructure and traffic management