شناسایی مطمئن موانع در خودروهای خودران با استفاده از روش هم‌جوشی فازی تطبیقی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی و علوم کامپیوتر، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

خودروهای خودران با حذف خطاهای انسانی، پتانسیل بالایی برای افزایش ایمنی و ظرفیت جاده‌ها دارند و با نرخ نفوذ قابل توجهی به سمتی حرکت می‌کنند که آسایش و رفاه بیشتری را برای بشر تأمین کنند. یکی از ارکان اساسی در این خودروها، شناسایی دقیق موانع و فاصله آن‌ها است که خطا در آن می‌تواند هزینه‌های جبران‌ناپذیر جانی و مالی به همراه داشته باشد. برای افزایش قابلیت اطمینان در این خودروها از حسگرهای گوناگون استفاده می‌شود. با این حال، محیط‌های عملیاتی چالش‌برانگیز می‌توانند بر دقت سیستم شناسایی موانع و محاسبه فاصله تأثیر بگذارند. همچنین، همجوشی داده‌های ناهمگن تولیدشده توسط آن‌ها امری پیچیده است. در این مقاله، یک سیستم ترکیبی نوآورانه برای بهبود قابلیت‌اطمینان تشخیص موانع با بهره‌گیری از همجوشی داده‌های حسگری ارائه شده است. سیستم پیشنهادی بر روی داده‌های حسگرهای لیدار، رادار و دوربین که برای تشخیص موانع استفاده می‌شوند، ارزیابی شده‌است. در این سیستم، از شبکه LSTM برای تشخیص وضعیت سلامت حسگرها در هر فریم زمانی استفاده می‌شود. سپس، مقادیر فاصله اعلام‌شده از طریق هر حسگر به همراه تشخیص وضعیت سالم یا خرابی حسگرها وارد سیستم همجوشی جدیدِ پیشنهادی می‌شود تا خروجی نهاییِ همجوشی‌شده تا حد امکان بهبود بیشتری نسبت به روش فازی کلاسیک داشته و مقداری تولید نماید که به وضعیت واقعی و عاری از خطا نزدیک شود. سیستم پیشنهادی که یک چارچوب ترکیبی از شبکه LSTM به همراه روش همجوشی فازی بهبودیافته (فازی تطبیقی) است، موجب بهبود 22.5 درصدی نتایج همجوشی می‌شود که این میزان بهبود در روش همجوشی فازی کلاسیک تنها برابر با 4.1 درصد بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An Adaptive Fuzzy Fusion Approach for Reliable Obstacle Detection in Autonomous Vehicles

نویسندگان [English]

  • Elham Cheshmikhani
  • Ghazal Alimohammadi
Department of Computer Science and Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Autonomous vehicles have significant potential to improve road safety and traffic capacity by reducing human-related errors while enhancing passenger comfort and welfare. One of the most critical components of these systems is reliable obstacle detection and accurate distance estimation, where any miscalculation may lead to severe human and financial consequences. To improve reliability, autonomous vehicles typically employ heterogeneous sensors such as LiDAR, radar, and cameras. However, adverse environmental conditions can degrade sensing accuracy, and the fusion of heterogeneous sensor data remains a challenging task. In this paper, a novel hybrid framework is proposed to improve the reliability of obstacle detection through health-aware sensor data fusion. The proposed system is evaluated using LiDAR, radar, and camera data for obstacle detection and distance estimation. First, a Long Short-Term Memory (LSTM) network is employed to monitor the health status of each sensor on a frame-by-frame basis. The estimated obstacle distances, together with the detected sensor health conditions, are then fed into an improved adaptive fuzzy fusion module. This health-aware fusion mechanism dynamically adjusts sensor contributions so that the final fused output remains as close as possible to the fault-free ground truth. Experimental results demonstrate that the proposed hybrid framework, which integrates LSTM-based fault diagnosis with adaptive fuzzy fusion, achieves a 22.5% improvement in fusion accuracy, whereas the conventional fuzzy fusion method achieves only 4.1%. This substantial enhancement significantly improves the reliability of obstacle detection systems in autonomous vehicles, enabling safer decision-making and reducing the risk of costly failures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Autonomous vehicles
  • sensor
  • fusion
  • sensors fusion architecture
  • reliability
  • obstacles detection