Car-following behavior has been extensively studied using physics-based models, such as the Intelligent Driver Model. These models successfully interpret traffic phenomena observed in the real-world but may not fully capture the complex cognitive process of driving. Deep learning models, on the other hand, have demonstrated their power in capturing observed traffic phenomena but require a large amount of driving data to train. This paper aims to develop a family of neural network based car-following models that are informed by physics-based models, which leverage the advantage of both physics-based (being data-efficient and interpretable) and deep learning based (being generalizable) models. We design physics-informed deep learning car-following (PIDL-CF) architectures encoded with two popular physics-based models - IDM and OVM, on which acceleration is predicted for four traffic regimes: acceleration, deceleration, cruising, and emergency braking. Two types of PIDL-CFM problems are studied, one to predict acceleration only and the other to jointly predict acceleration and discover model parameters. We also demonstrate the superior performance of PIDL with the Next Generation SIMulation (NGSIM) dataset over baselines, especially when the training data is sparse. The results demonstrate the superior performance of neural networks informed by physics over those without. The developed PIDL-CF framework holds the potential for system identification of driving models and for the development of driving-based controls for automated vehicles.


翻译:利用物理学模型,如智能驱动模型,对跟踪汽车行为进行了广泛的研究。这些模型成功地解释了在现实世界中观察到的交通现象,但可能没有完全捕捉到驾驶的复杂认知过程。另一方面,深层学习模型展示了它们捕捉观察到的交通现象的力量,但需要大量的驱动数据来培训。本文旨在开发一套以物理模型为基础的神经网络驱动汽车行为模型,这些模型利用物理模型的优势,这些模型利用基于物理的(数据效率和可解释的)和基于(可通用的)深层次学习模型的优势。我们还设计了物理知情的深层学习汽车跟踪(PID-CF)结构,这些结构由两种流行的物理模型(IDM和OVM)编码成,预计这四种交通系统将加速:加速、减速、推进和紧急制动。对基于物理模型的两种问题进行了研究,其中一种只是预测加速度,另一种是联合预测加速度和发现模型参数。我们还展示了PIDL的优异性性能性能,在不使用高级智能智能驱动器的系统下展示了这些高级性能定位数据定位模型。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
【图与几何深度学习】Graph and geometric deep learning,49页ppt
【MIT】反偏差对比学习,Debiased Contrastive Learning
专知会员服务
90+阅读 · 2020年7月4日
MIT-深度学习Deep Learning State of the Art in 2020,87页ppt
专知会员服务
61+阅读 · 2020年2月17日
【UAI 2019 Tutorials】深度学习数学(Mathematics of Deep Learning)
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
149+阅读 · 2019年10月12日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
多目标跟踪:SORT和Deep SORT
极市平台
47+阅读 · 2019年3月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
用 Scikit-Learn 和 Pandas 学习线性回归
Python开发者
9+阅读 · 2017年9月26日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Deep Learning for 3D Point Clouds: A Survey
Arxiv
3+阅读 · 2019年12月27日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
Arxiv
53+阅读 · 2018年12月11日
Paraphrase Generation with Deep Reinforcement Learning
Deep Learning
Arxiv
6+阅读 · 2018年8月3日
VIP会员
相关资讯
多目标跟踪:SORT和Deep SORT
极市平台
47+阅读 · 2019年3月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
用 Scikit-Learn 和 Pandas 学习线性回归
Python开发者
9+阅读 · 2017年9月26日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
相关论文
Top
微信扫码咨询专知VIP会员