An accurate trajectory prediction is crucial for safe and efficient autonomous driving in complex traffic environments. In recent years, artificial intelligence has shown strong capabilities in improving prediction accuracy. However, its characteristics of inexplicability and uncertainty make it challenging to determine the traffic environmental effect on prediction explicitly, posing significant challenges to safety-critical decision-making. To address these challenges, this study proposes a trajectory prediction framework with the epistemic uncertainty estimation ability that outputs high uncertainty when confronting unforeseeable or unknown scenarios. The proposed framework is used to analyze the environmental effect on the prediction algorithm performance. In the analysis, the traffic environment is considered in terms of scenario features and shifts, respectively, where features are divided into kinematic features of a target agent, features of its surrounding traffic participants, and other features. In addition, feature correlation and importance analyses are performed to study the above features' influence on the prediction error and epistemic uncertainty. Further, a cross-dataset case study is conducted using multiple intersection datasets to investigate the impact of unavoidable distributional shifts in the real world on trajectory prediction. The results indicate that the deep ensemble-based method has advantages in improving prediction robustness and estimating epistemic uncertainty. The consistent conclusions are obtained by the feature correlation and importance analyses, including the conclusion that kinematic features of the target agent have relatively strong effects on the prediction error and epistemic uncertainty. Furthermore, the prediction failure caused by distributional shifts and the potential of the deep ensemble-based method are analyzed.


翻译:准确的轨迹预测对于复杂交通环境中安全、高效自主驾驶至关重要。近年来,人工智能显示在提高预测准确性方面有很强的能力,然而,其不易理解性和不确定性的特点使得明确确定交通环境对预测的影响具有挑战性,对安全至关重要的决策提出了重大挑战。为应对这些挑战,本研究报告提出了一个轨迹预测框架,具有隐含不确定性估计能力,即产出在面对无法预见或未知的情景时具有高度不确定性。拟议框架用于分析环境对预测算法绩效的影响。在分析中,从情景特征和变化的角度分别考虑交通环境,其特征分为目标物的动态特征、其周围交通参与者的特征以及其他特征。此外,还进行特征相关和重要性分析,研究上述特征对预测误差和误差的影响。此外,还利用多个交叉数据集进行跨数据案例研究,以调查真实世界不可避免的分布变化对轨迹预测的影响。结果显示,基于深度变量的计算方法分别分为目标物色特征、其周围交通参与者的特征和其他特征。进行特征相关特征分析,包括准确性预测的准确性分析,从而得出了准确性结论。

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