Modélisation et simulation de comportements piétons réalistes en espace partagé avec un véhicule autonome - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Modelling and simulating realistic pedestrian behaviour in a shared space with an autonomous vehicle

Modélisation et simulation de comportements piétons réalistes en espace partagé avec un véhicule autonome

Résumé

In the near future, autonomous vehicles will have to navigate in dense and dynamic urban environments like shared spaces. In such spaces, segregation between pedestrians and vehicles is minimized and users must negotiate their passage without explicit traffic rules. Pedestrians navigate following some social norms and they expect the autonomous vehicle to navigate safely, efficiently and in accordance with the social and urban conventions. To achieve this, a key element of AV navigation in shared spaces is understanding and anticipating pedestrian behaviors and their interactions.However, we do not know yet how pedestrians will behave, because it is still very uncommon for pedestrians to share their space with autonomous vehicles. Our research problem is the following: how to anticipate pedestrian behaviors in a space shared with an autonomous vehicle?This thesis is part of the ANR project HIANIC (Human Inspired Autonomous Navigation In Crowds). In this thesis, we study the behavior of pedestrians in a shared space with an autonomous vehicle by modeling and simulating realistic pedestrian behavior.Our approach integrates empirical observations and concepts from social science into an agent-based model and simulator for an application in robotics. At each step, the proposed model has been evaluated and validated through simulations of many scenarios and comparisons with real-world data.Our first contribution is an agent-based model for individual pedestrian behavior in a shared space context. The model takes into account pedestrians' perception, attention and personal space in order to simulate sparse crowds in open environments.Our second contribution is an agent-based model for pedestrian groups with four social relationships (couples, friends, families and work colleagues). The model simulates both the movement of social groups of pedestrians in various crowd contexts and the avoidance behavior of groups by other pedestrians.Our third contribution is an agent-based model for pedestrian interaction with an autonomous vehicle in a shared space. The model allows to represent heterogeneous, accurate and explainable pedestrian behaviors in several interaction situations with an autonomous vehicle. The model can be used to reproduce real-world scenes and predict pedestrian trajectories around an autonomous vehicle in real time.Our fourth contribution is the implementation of the model in order to propose the simulator SPACiSS, "Simulator for Pedestrians and an Autonomous Car in Shared Spaces". SPACiSS is open source and can simulate interactions between pedestrians and vehicles in different shared space scenarios. With the integration in the ROS framework, commonly used in robotics, SPACiSS is designed as an environment to test autonomous navigation systems.We have shown that agent-based modeling and simulation supports the successful integration of social science and robotics. This association is promising to address real-world scenarios.
Dans un futur proche, les véhicules autonomes ne seront plus limités aux routes et auront à naviguer dans des environnements urbains denses et dynamiques comme les espaces partagés. Dans de tels espaces, la séparation entre piétons et véhicules est réduite au minimum et les usagers doivent négocier leur passage sans règles de circulation explicites. Les piétons naviguent selon certaines normes sociales et s'attendent à ce que le véhicule autonome ait une navigation sécurisée, mais aussi efficace et conforme aux conventions sociales et urbaines. Pour cela, un élément clé de la navigation dans les espaces partagés repose sur la compréhension et l'anticipation des comportements piétons et de leurs interactions.Cependant, nous ne savons pas comment les piétons vont se comporter, car actuellement il est très rare que des véhicules autonomes naviguent dans le même espace que des piétons. Notre problématique est donc la suivante : comment anticiper les comportements piétons dans un espace partagé avec un véhicule autonome ?Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR HIANIC (Human Inspired Autonomous Navigation In Crowds). Dans cette thèse, nous étudions le comportement des piétons en espace partagé avec un véhicule autonome en modélisant et en simulant des comportements piétons réalistes.Notre approche intègre des observations empiriques et des concepts issus des sciences sociales afin de proposer un modèle et un simulateur à base d'agents pour une application en robotique. À chaque étape, le modèle proposé a été évalué et validé par des simulations de plusieurs scénarios et des comparaisons avec des données réelles.Notre première contribution est un modèle des comportements piétons individuels dans un contexte d'espace partagé. Le modèle tient compte de la perception, de l'attention et de l'espace personnel des piétons pour simuler des foules peu denses en environnement ouvert.Notre deuxième contribution est un modèle de quatre relations sociales au sein des groupes de piétons (couples, amis, familles et collègues de travail). Le modèle permet de simuler à la fois le mouvement des groupes sociaux de piétons dans plusieurs contextes de foule et les comportements d'évitement des groupes par d'autres piétons.Notre troisième contribution est un modèle des comportements piétons en interaction avec un véhicule autonome en espace partagé.Le modèle permet de représenter des comportements piétons à la fois hétérogènes, précis et explicables dans plusieurs situations d'interaction. Le modèle peut être utilisé pour reproduire des scènes du monde réel et pour prédire les trajectoires des piétons autour d’un véhicule autonome en temps réel.Notre quatrième contribution est l'implémentation du modèle pour proposer le simulateur SPACiSS, "Simulator for Pedestrians and an Autonomous Car in Shared Spaces". SPACiSS est open source et permet de simuler les interactions entre les piétons et les véhicules dans différents espaces partagés. Avec l'intégration dans le cadre ROS, couramment utilisé en robotique, SPACiSS est conçu comme un environnement pour le test de systèmes de navigation autonome.Nous avons montré que la modélisation et la simulation à base d'agents peuvent contribuer à une intégration efficace entre les sciences sociales et la robotique. Cette association est prometteuse pour aborder des scénarios du monde réel.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03518751 , version 1 (10-01-2022)
tel-03518751 , version 2 (24-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03518751 , version 2

Citer

Manon Prédhumeau. Modélisation et simulation de comportements piétons réalistes en espace partagé avec un véhicule autonome. Intelligence artificielle [cs.AI]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2021. Français. ⟨NNT : 2021GRALM070⟩. ⟨tel-03518751v2⟩
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