自動駕駛與軌跡預測看這篇就夠了！

軌跡預測在自動駕駛中承擔著重要的角色，自動駕駛軌跡預測是指透過分析車輛行駛過程中的各種數據，預測車輛未來的行駛軌跡。作為自動駕駛的核心模組，軌跡預測的品質對於下游的規劃控制至關重要。軌跡預測任務技術堆疊豐富，需熟悉自動駕駛動/靜態感知、高精地圖、車道線、神經網路架構（CNN&GNN&Transformer）技能等，入門難度很高！許多粉絲期望能夠盡快上手軌跡預測，少踩坑，今天就為大家盤點下軌跡預測常見的一些問題和入門學習方法！

入門相關知識

1.預習的論文有沒有切入順序？

A：先看survey，problem formulation, deep learning-based methods裡的sequential network，graph neural network和Evaluation。

2.行為預測是軌跡預測嗎

耦合和行為並不相同，耦合通常指目標車可能採取的動作，例如變換車道、停車、超車、加速、左轉、右轉或直行。而軌跡則指具有時間資訊的具體未來位置點。

3.請問Argoverse資料集裡提到的資料組成中，labels and targets指的是什麼呢？ labels是指要預測時間段內的ground truth嗎

在右邊的表格中，OBJECT_TYPE欄通常代表自動駕駛車輛本身。資料集通常為每個場景指定一個或多個待預測的障礙物，並將這些待預測目標稱為target或focal agent。有些資料集也會為每個障礙物提供語義標籤，例如車輛、行人或自行車等。

Q2：車輛和行人的資料形式是一樣的嗎？我的意思是說，例如一個點雲點代表行人，幾十點代表車輛？

A：這種軌跡資料集裡面其實給的都是物體中心點的xyz座標，行人和車輛都是

Q3：argo1和argo2的資料集都是只指定了一個被預測的障礙物吧？那在做multi-agent prediction的時候 這兩個資料集是怎麼用的

argo1只指定了一個障礙物，而argo2卻可能指定了多達二十個。然而，即使只指定了一個障礙物，這並不會影響您模型的能力來預測多個障礙物。

4.路徑規劃一般考慮低速與靜態障礙物  軌跡預測結合的功能是？ ？關鍵snapshot?

A：」預測「自車軌跡當成自車規劃軌跡，可以參考uniad

5.軌跡預測對於車輛動力學模型的要求高嗎？就是需要數學和汽車理論等來建立一個精準的車輛動力學模型麼？

A：nn網路基本上不需要哈，rule based的需要懂一些

6. 模糊的新手小白，應該從哪裡在著手拓寬一下知識面（還不會代碼撰寫）

A：先看綜述，把心智圖整理出來，例如《Machine Learning for Autonomous Vehicle's Trajectory Prediction: A comprehensive survey, Challenges, and Future Research Directions》這篇綜述去看看英文原文

7.預測與決策啥關係捏，為啥我覺得好像預測沒那麼重要?

A1(stu): 默认预测属于感知吧，或者决策中隐含预测，反正没有预测不行。A2(stu): 决策该规控做，有行为规划，高级一点的就是做交互和博弈，有的公司会有单独的交互博弈组

8.目前頭公司，一般預測是屬於感知大模組還是規控大模組？

A:預測是出他車軌跡，規控是出自車軌跡，這兩個軌跡還互相影響，所以預測一般放規控。

Q: 一些公開的資料，例如小鵬的感知xnet會同時出預測軌跡，這時候又感覺預測的工作是放在感知大模組下，還是說兩個模組都有自己的預測模組，目標不一樣？

A:是會互相影響，所以有的地方預測和決策就是一組。例如自車規劃的軌跡意圖去擠別的車，他車一般狀況是會讓道的。所以有些工作會把自車的規劃當成他車模型輸入的一部分。可以參考下M2I(M2I: From Factored Marginal Trajectory Prediction to Interactive Prediction). 這篇思路差不多，可以了解 PiP: Planning-informed Trajectory Prediction for Autonomous Driving

#9.argoverse的這種車道中線地圖，在路口裡面沒有車道線的地方是怎麼得到的呀?

A: 人工標註的

10.用軌跡預測寫論文的話，哪篇論文的程式碼可以做baseline?

A: hivt可以做baseline，蠻多人用的

11.現在軌跡預測基本上都依賴地圖，如果換一個新的地圖環境，原模型是否就不適用了，要重新訓練嗎？

A: 有一定的泛化能力，不需要重新訓練效果也還行

12.對多模態輸出而言，選擇最佳軌跡的時候是根據機率值最大的選嗎

A(stu): 选择结果最好的Q2:结果最好是根据什么来判定呢？是根据概率值大小还是根据和gt的距离A: 实际在没有ground truth的情况下，你要取“最好”的轨迹，那只能选择相信预测概率值最大的那条轨迹了Q3: 那有gt的情况下，选择最好轨迹的时候，根据和gt之间的end point或者average都可以是吗A: 嗯嗯，看指标咋定义

軌跡預測基礎模組

1.Argoverse資料集裡HD-Map怎麼用，能結合motion forecast作為輸入，建立駕駛場景圖嗎，異構圖又怎麼理解？

A：這個課程裡都有講的，可以參考第二章，後續的第四章也會講.  異構圖和同構圖的區別:同構圖中，node的種類只有一種，一個node和另一個node的連結關係只有一種，例如在社交網絡中，可以想像node只有'人'這一個種類，edge只有'認識'這一種連結。而人和人要嘛認識，要嘛不認識。但也可能細分有人，按讚，推文。則人和人可能透過認識連接，人和推文可能透過按讚連接，人和人也可能透過按讚同一篇推文連接(meta path）。這裡節點、節點之間關係的多樣性表現就需要引入異構圖了。異構圖中，有很多種node。 node之間也有很多種連結關係(edge)，這些連結關係的組合則種類更多(meta-path), 而這些node之間的關係有輕重之分，不同連結關係也有輕重之分。

2.A-A互動考慮的是哪些車輛與被預測車輛的互動呢？

A：可以選擇一定半徑範圍內的車，也可以考慮K近鄰的車，你甚至可以自己提出更高級的啟發式鄰居篩選策略，甚至有可能可以讓模型自己學出來兩輛車是否是鄰居

Q2：還是考慮一定範圍內的吧，那半徑大小有什麼選取的原則嗎？另外，選取的這些車輛是在哪個時間步下的呢

A：半徑的選擇很難有標準答案，這本質上就是在問模型做預測的時候到底需要多遠程的信息，有點像在選擇卷積核的大小對於第二個問題，我個人的準則是，想要建模哪個時刻下物體之間的交互，就根據哪個時刻下的物體相對位置來選取鄰居

Q3：這樣的話對於歷史時域都要建模嗎？不同時間步下在一定範圍內的周邊車輛也會變化吧，還是說只考慮在當前時刻的周邊車輛資訊

A：都行啊，看你模型怎麼設計

3.老師uniad端對端模型中預測部分有何缺陷啊？

A：只看它motion former的操作比較常規，你在很多論文裡都會看到類似的SA和CA。現在sota的模型很多都比較重，例如decoder會有循環的refine

A2：做的是marginal prediction不是joint prediction；2. prediction和planning是分開來做的，沒有明確考慮ego和周圍agent的互動博弈；3.用的是scene-centric representation，沒有考慮對稱性，效果必拉

Q2：啥是marginal prediction啊

#A：具體可以參考scene transformer

Q3：關於第三點，scene centric沒有考慮對稱性，怎麼理解呢

#A：建議看HiVT, QCNet, MTR .當然對於端到端模型來說對稱性的設計也不好做就是了

A2：可以理解成輸入的是scene的數據，但在網路裡會建模成以每個目標為中心視角去看它週邊的scene，這樣你就在forward裡得到了每個目標以它自己為中心的編碼，後續可以再考慮這些編碼間的交互

4. 什麼是以agent為中心？

A：每個agent有自己的local region，local region是以這個agent為中心

5.軌跡預測裡yaw和heading是混用的嗎

A：可以理解為車頭朝向

6.argoverse地圖中的has_traffic_control這個屬性具體代表什麼意思?

A：其實我也不知道我理解的對不對，我猜是指某個lane是否被紅綠燈/stop sign/限速標誌等所影響

7.請問Laplace loss和huber loss 對於軌跡預測所存在的優劣勢在哪裡呢?如果我只預測一條車道線的話

A：兩個都試一下，哪個效果好哪個就有優勢。 Laplace loss要效果好還是有些細節要注意的

Q2：是指參數要調的好嗎

A：Laplace loss相比L1 loss其實就是多預測了一個scale參數

Q3：對的但似乎這個我不知道有啥用如果只預測一個軌跡的話。感覺像是多餘的。我把它理解為不確定性 不知道是否正確

A：如果你从零推导过最小二乘法就会知道，MSE其实是假设了方差为常数的高斯分布的NLL。同理，L1 loss也是假设了方差为常数的Laplace分布的NLL。所以说LaplaceNLL也可以理解为方差非定值的L1 loss。这个方差是模型自己预测出来的。为了使loss更低，模型会给那些拟合得不太好的样本一个比较大的方差，而给拟合得好的样本比较小的方差

Q4：那是不是可以理解为对于非常随机的数据集【轨迹数据存在缺帧 抖动】 就不太适合Laplace 因为模型需要去拟合这个方差？需要数据集质量比较高

A：这个说法我觉得不一定成立。从效果上来看，会鼓励模型优先学习比较容易拟合的样本，再去学习难学习的样本

Q5：还想请问下这句话（Laplace loss要效果好还是有些细节要注意的）如何理解 A：主要是预测scale那里。在模型上，预测location的分支和预测scale的分支要尽量解耦，不要让他们相互干扰。预测scale的分支要保证输出结果>0，一般人会用exp作为激活函数保证非负，但是我发现用ELU +1会更好。然后其实scale的下界最好不要是0，最好让scale>0.01或者>0.1啥的。以上都是个人看法。其实我开源的代码（周梓康大佬的github开源代码）里都有这些细节，不过可能大家不一定注意到。

给出链接：https://github.com/ZikangZhou/QCNet

https://github.com/ZikangZhou/HiVT

8. 有拿VAE做轨迹预测的吗，给个链接!

https://github.com/L1aoXingyu/pytorch-beginner/tree/master/08-AutoEncoder

9. 请问大伙一个问题，就是Polyline到底是啥?另外说polyline由向量Vector组成，这些Vector是相当于节点吗？

A：Polyline就是折线，折线就是一段一段的，每一段都可以看成是一段向量Q2：请问这个折线段和图神经网络的节点之间的边有关系吗？或者说Polyline这个折现向量相当于是图神经网络当中的节点还是边呀？A：一根折线可以理解为一个节点。轨迹预测里面没有明确定义的边，边如何定义取决于你怎么理解这个问题。Q3: VectorNet里面有很多个子图，每个子图下面有很多个Polyline，把Polyline当做向量的话，就相当于把Polyline这个节点变成了向量，相当于将节点进行特征向量化对吗?然后Polyline里面有多个Vector向量，就是相当于是构成这个节点的特征矩阵么?A: 一个地图里有很多条polyline;一个Polyline就是一个子图；一个polyline由很多段比较短的向量组成，每一段向量都是子图上的一个节点

10. 有的论文，像multipath++对于地图两个点就作为一个单元，有的像vectornet是一条线作为一个单元，这两种有什么区别吗？

A: 节点的粒度不同，要说效果的话那得看具体实现；速度的话，显然粒度越粗效率越高Q2：从效果角度看，什么时候选用哪种有没有什么原则？A: 没有原则，都可以尝试

11.有什麼可以判斷score的平滑性嗎? 如果一定要做的話

A: 這個需要你輸入是流動的輸入例如0-19和1-20幀接著比較兩幀之間的對應軌跡的score的差的平方，統計下就可以了

Q2: Thomas老師有哪些指標推薦呢，我目前用一階導數和二階導數。但好像不是很明顯，絕大多數一階導和二階導都集中在0附近。

A: 我感覺連續影格的對應軌跡的score的差值平方就可以了呀，例如你有連續n個輸入，求和再除以n。但是scene是即時變化的，發生互動或從非路口到路口的時候score就應該是突變的

12.hivt裡的軌跡沒有進行縮放嗎，就比如×0.01 10這種。分佈盡量在0附近。我看有的方法就用了，有的方法就沒有。取捨該如何界定?

A：就是把資料標準化歸一化唄。可能有點用 但應該不多

13.HiVT裡地圖的類別屬性經過embedding之後為什麼和數值屬性是相加的，而不是concat？

A：相加和concat區別不大，而對於類別embedding和數值embedding融合來說，實際上完全等價

Q2: 完全等價應該怎麼理解？

A: 兩者Concat之後再過一層線性層，實際上等價於把數值embedding過一層線性層以及把類別embedding過一層線性層後，兩者再相加起來.把類別embedding過一層線性層其實沒啥意義，理論上這一層線性層可以跟nn.Embeddding裡面的參數融合起來

14.作為用戶可能更關心的是，HiVT如果要實際部署的話，最小的硬體需求是多少？

A：我不知道，但根據我了解到的信息，不知道是NV還是哪家車廠是拿HiVT來預測行人的，所以實際部署肯定是可行的

15. 基於occupancy network的預測有什麼特別嗎？有沒有論文推薦？

A：目前基於occupancy的未來預測的方案裡面最有前途的應該是這個：https://arxiv.org/abs/2308.01471

#16.考慮規劃軌跡的預測有什麼論文推薦嗎？就是預測其他障礙物的時候，考慮自車的規劃軌跡？

A：這個可能公開的資料集比較困難，一般不會提供自車的規劃軌跡。上古時期有一篇叫做PiP的，港科Haoran Song。我感覺那種做conditional prediction的文章都可以算是你想要的，例如M2I

#17.有沒有適合預測演算法進行效能測試的模擬專案可以學習參考的呢

A(stu)：這篇論文有討論：Choose Your Simulator Wisely A Review on Open-source Simulators for Autonomous Driving

18.請問如何估計GPU顯存需要多大，如果使用Argoverse資料集的話，怎麼算

A：和怎麼用有關係，之前跑hivt我1070都可以，現在一般電腦應該都可以

原文連結：https:/ /mp.weixin.qq.com/s/EEkr8g4w0s2zhS_jmczUiA

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