Reliable localization methods for intelligent vehicles based on environment perception

Résumé

En un pasado no muy lejano, los vehículos autónomos y los Sistemas Inteligentes del Transporte (ITS) se veían como un futuro para el transporte con gran potencial. Hoy, gracias a todos los avances tecnológicos de los últimos años, la viabilidad de estos sistemas ha dejado de ser una incógnita. Algunas de estas tecnologías de conducción autónoma ya están compartiendo nuestras carreteras, e incluso los vehículos comerciales cada vez incluyen más Sistemas Avanzados de Asistencia a la Conducción (ADAS) con el paso de los años. Como resultado, el transporte es cada vez más eficiente y las carreteras son considerablemente más seguras. Uno de los pilares fundamentales de un sistema autónomo es la autolocalización. Una estimación precisa y fiable de la posición del vehículo en el mundo es esencial para la navegación. En el contexto de los vehículos circulando en exteriores, el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) es el sistema de localización predominante. Sin embargo, estos sistemas están lejos de ser perfectos, y su rendimiento se degrada en entornos donde la visibilidad de los satélites es limitada. Además, los cambios en el entorno pueden provocar cambios en la estimación, lo que los hace poco fiables en ciertas situaciones. Por ello, el objetivo de esta tesis es utilizar la percepción del entorno para mejorar los sistemas de localización en vehículos inteligentes, con una especial atención a la fiabilidad de estos sistemas. Para ello, esta tesis presenta varias aportaciones: En primer lugar, se presenta un estudio sobre cómo aprovechar la información semántica 3D en la odometría LiDAR, generando una base de conocimiento sobre la contribución de cada tipo de elemento del entorno a la salida de la odometría. Los resultados experimentales se han obtenido utilizando una base de datos pública y se han validado en una plataforma de conducción del mundo real. En segundo lugar, se propone un método para estimar el error de localización utilizando detecciones de puntos de referencia, que posteriormente es explotado por un algoritmo de optimización de posicionamiento de puntos de referencia. Este método, que ha sido validado en un entorno de simulación, es capaz de determinar un conjunto de puntos de referencia para el cual el error de localización nunca supere un límite previamente fijado. Por último, se propone un algoritmo de localización cooperativa basado en un Filtro Genético de Partículas para utilizar las detecciones de vehículos con el fin de mejorar la estimación proporcionada por los sistemas GNSS. El método propuesto ha sido validado mediante múltiples experimentos en diferentes entornos de simulación.