朱 冰，姜泓屹，趙 健，韓嘉懿，劉彥辰

（吉林大學(xué)，汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130022）

前言

受限于傳感器的感知范圍，傳統(tǒng)的單車感知已難以滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車在復(fù)雜交通場景的感知需求［1］。通過同一區(qū)域內(nèi)多個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的傳感器感知信息共享進(jìn)行協(xié)同感知已成為發(fā)展趨勢［2］。但是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的通信網(wǎng)絡(luò)具有開放性、動(dòng)態(tài)性和分布式等特點(diǎn)，且可能存在惡意攻擊和不真實(shí)信息等干擾［3］，因此協(xié)同感知過程中車輛間共享信息的真實(shí)性與可信度［4］是亟待解決的問題。

現(xiàn)有的智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同感知方法中，Kim等［5］分別使用傳感器的原始數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并驗(yàn)證了不同感知融合策略下多車協(xié)同感知的可行性。Xiao 等［6］通過深度學(xué)習(xí)方法，從視覺檢測信息中提取關(guān)鍵特征信息，并以圖形和語義為對(duì)齊坐標(biāo)，融合多車的共享信息，得到全局環(huán)境的感知鳥瞰圖。Arnold 等［7］提出一種基于早期和晚期融合的三維檢測目標(biāo)協(xié)同感知系統(tǒng)，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將來自不同車輛的激光雷達(dá)點(diǎn)云信息融合。Miller 等［8］提出一種結(jié)合道路幾何信息的卡爾曼濾波方法，將來自不同車輛傳感器的感知檢測結(jié)果融合，實(shí)現(xiàn)低精度傳感器的高保真協(xié)同感知效果。但現(xiàn)有的協(xié)同感知方法默認(rèn)車輛間協(xié)同信息完全真實(shí)可靠，而未考慮協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的不真實(shí)信息或車輛惡意攻擊對(duì)協(xié)同方法造成的負(fù)面影響［9］。為解決協(xié)同感知過程中的信息真實(shí)性與有效性問題，可將信任管理模型引入?yún)f(xié)同感知的融合過程中［10］，以構(gòu)建協(xié)同車輛間的信任關(guān)系。

現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)信任管理模型中，樊娜等［11］通過不確定性理論建立車輛節(jié)點(diǎn)行為可信度決策機(jī)制，采用C-means 算法對(duì)車輛行為的符合度進(jìn)行評(píng)估。Rosenstatter 等［12］提出的信任系統(tǒng)通過信任指數(shù)（TI）表征車輛對(duì)環(huán)境、自車和周圍車輛的信任水平，實(shí)現(xiàn)車輛對(duì)于交通參與者的有效感知，但模型中TI 表征并未體現(xiàn)出道路狀況或檢測等信息的具體認(rèn)知。Liu等［13］提出一種信任級(jí)聯(lián)的緊急消息分發(fā)模型，將面向車輛的信任度有效地融入到面向數(shù)據(jù)信息的信任評(píng)估中，對(duì)攻擊與惡意行為具有較好的魯棒性，但模型會(huì)將低于信任值閾值的車輛數(shù)據(jù)消息全部舍棄。Alnasser 等［14］基于自適應(yīng)權(quán)重過濾的推薦信任模型，并測試不同惡意車輛比例下的模型表現(xiàn)，但模型無法應(yīng)對(duì)高信任車輛的突發(fā)惡意行為。

協(xié)同感知方法中大多未考慮協(xié)同車輛插入或瞞報(bào)檢測信息等惡意攻擊行為帶來的負(fù)面影響，因此引入信任管理模型解決上述問題。但現(xiàn)有的信任管理模型并未從協(xié)同感知過程中數(shù)據(jù)信息的角度解釋對(duì)協(xié)同感知過程的可信性，且信任管理模型中信任值的更新過程依賴于協(xié)同車輛間的歷史信任值與數(shù)據(jù)信息，未能滿足協(xié)同感知所需的動(dòng)態(tài)性需求及對(duì)協(xié)同車輛突發(fā)惡意行為的實(shí)時(shí)響應(yīng)。

本文中根據(jù)車輛三維感知網(wǎng)絡(luò)的檢測結(jié)果建立面向多車協(xié)同感知的信任管理評(píng)價(jià)模型，通過車輛間共享數(shù)據(jù)的匹配評(píng)估、遮擋判別、有效性識(shí)別與信任度計(jì)算，動(dòng)態(tài)篩選出協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中的異常車輛與惡意攻擊信息，提升協(xié)同感知過程中車輛廣播信息的真實(shí)性與可信性。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的檢測信任度計(jì)算與評(píng)價(jià)方法架構(gòu)

圖1 為文中提出方法的基本架構(gòu)，包括車輛的三維感知檢測模塊、檢測對(duì)象匹配評(píng)估與遮擋判別模塊、檢測對(duì)象的有效性識(shí)別與協(xié)同信任度計(jì)算模塊3 部分。文中提出的架構(gòu)運(yùn)行于各智能網(wǎng)聯(lián)汽車中，協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中車輛通過車載通信單元（on board unit，OBU）實(shí)現(xiàn)各功能模塊數(shù)據(jù)信息的廣播與接收。協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中的智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有兩種相互轉(zhuǎn)化的身份：主車和交通車，當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車以主車身份運(yùn)行方法架構(gòu)時(shí)，將自車外的其他智能網(wǎng)聯(lián)汽車看作交通車。

圖1 檢測信任度計(jì)算與動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法架構(gòu)

（1）主車vi的三維感知檢測模塊利用車載相機(jī)與激光雷達(dá)傳感器分別采集主車感知范圍內(nèi)的二維圖像與深度點(diǎn)云信息，并通過三維檢測模型得到標(biāo)號(hào)從1～N的檢測結(jié)果，并將同一檢測時(shí)刻下的檢測對(duì)象集合Dlocal={，，…}以DvI形式通過OBU廣播給其他交通車，實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的信息交互。

（2）主車的檢測對(duì)象匹配評(píng)估與遮擋判別模塊通過OBU 接收其他交通車廣播的檢測對(duì)象集合Dv1，Dv2，…，DvI，獲得全局下的檢測對(duì)象信息；同時(shí)主車?yán)米鴺?biāo)系轉(zhuǎn)換對(duì)自車檢測對(duì)象與其他交通車檢測對(duì)象進(jìn)行匹配評(píng)估，得到檢測對(duì)象的可信度；并利用自車激光雷達(dá)的深度點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算全局下各檢測對(duì)象的可見性值，進(jìn)一步評(píng)價(jià)檢測結(jié)果的可信度；隨后為識(shí)別協(xié)同信息中的惡意攻擊信息，引入面向檢測對(duì)象的遮擋狀態(tài)判別算法，主車?yán)闷渌煌ㄜ嚺c接收到的所有檢測對(duì)象的位姿信息，計(jì)算交通車與各檢測對(duì)象之間遮擋狀態(tài)關(guān)系，以判斷某交通車可見或不可見狀態(tài)的檢測對(duì)象是否出現(xiàn)在其檢測對(duì)象集合中。最終主車將上述的計(jì)算信息檢測可信度、可見性值和遮擋狀態(tài)打包為主車對(duì)檢測對(duì)象的評(píng)價(jià)集合Mvi，通過OBU廣播給其他交通車。

（3）主車的檢測對(duì)象有效性識(shí)別與協(xié)同信任度計(jì)算模塊通過OBU接收其他交通車的評(píng)價(jià)集合Mvi，各集合包含各主車對(duì)于全局下檢測對(duì)象和其他交通車的信任評(píng)價(jià)信息。借鑒社會(huì)學(xué)的信任管理模型［15］，為得到某車輛對(duì)檢測對(duì)象的檢測有效性，引入檢測有效性算法，通過聯(lián)合多個(gè)車輛對(duì)同一的遮擋狀態(tài)判別結(jié)果()，判斷該檢測對(duì)象是否為車輛vj所廣播的惡意攻擊信息；利用上述信息并通過可信度方法（C-F方法）計(jì)算得到檢測對(duì)象的檢測信任度分?jǐn)?shù)，同時(shí)根據(jù)車輛的檢測集合DvI計(jì)算車輛信任度分?jǐn)?shù)CTcar(vj)；最終利用動(dòng)態(tài)聚合方法得到協(xié)同感知下各檢測對(duì)象的全局信任度分?jǐn)?shù)。

文中提出的面向協(xié)同感知的信任管理方法，通過車輛OBU 廣播與接收其他交通車的檢測、評(píng)估和判別信息來實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)同感知過程中異常信息的檢測，并通過不確定性推理與聚合方法得到車輛及其檢測對(duì)象的信任度分?jǐn)?shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常車輛惡意攻擊信息的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與篩選，同時(shí)避免如傳統(tǒng)信任管理模型中對(duì)惡意車輛有效信息的不合理舍棄，增強(qiáng)了協(xié)同感知車輛對(duì)檢測結(jié)果的識(shí)別能力以及車輛協(xié)同感知過程的魯棒性。

2 基于車輛感知檢測的檢測對(duì)象匹配評(píng)估與遮擋判別

2.1 車輛感知檢測網(wǎng)絡(luò)的信息協(xié)同

主車?yán)米攒嚧钶d的相機(jī)與激光雷達(dá)傳感器，于三維檢測模型中輸出車輛自身視角下感知障礙物β的相關(guān)狀態(tài)信息，包含：檢測對(duì)象的類型type（車輛、行人、非機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)耍?、相?duì)于車輛坐標(biāo)系下的位置信息(xi，yi，zi)、檢測對(duì)象的三維邊界框信息(li，hi，wi)、感知檢測網(wǎng)絡(luò)的置信度分?jǐn)?shù)Svi()。將上述狀態(tài)信息組成檢測對(duì)象(n=1，2，3，…，N)，并將同一感知時(shí)刻下的所有檢測對(duì)象信息列入車輛的本地檢測列表Dlocal={，，…}中。

隨后，為實(shí)現(xiàn)協(xié)同感知的檢測信息交互，主車通過OBU 將同一時(shí)刻的檢測對(duì)象集合Dlocal和主車GNSS 信息向周圍協(xié)同車輛廣播，并同時(shí)通過OBU實(shí)時(shí)接受來自周邊其他智能網(wǎng)聯(lián)汽車的協(xié)同信息，以獲得道路全局下其他協(xié)同車輛發(fā)送的帶有GNSS信息的車輛檢測對(duì)象集合Dv1，Dv2，…，Dvj。其中，檢測對(duì)象集合Dvj={，，…，}（vj代表與vi不同的其他主車，j=1，2，3，…，i，j≠i），而代表為編號(hào)vj車的第n個(gè)檢測對(duì)象的狀態(tài)信息。

2.2 相似度匹配評(píng)估與信任度賦值

為實(shí)現(xiàn)車輛間檢測對(duì)象的相似性關(guān)聯(lián)，主車vi將接收到的檢測集合Dv1，Dv2，…，Dvj與本地檢測列表Dlocal中的檢測對(duì)象依次進(jìn)行相似度匹配評(píng)估。首先，主車根據(jù)檢測對(duì)象的位置信息進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換［16］，得到檢測對(duì)象在主車笛卡爾坐標(biāo)系下的位姿信息，再將具有相同時(shí)間戳的感知檢測信息進(jìn)行位姿與尺寸信息的匹配，計(jì)算兩個(gè)檢測對(duì)象與之間包圍盒（bounding box）的三維交并比（Intersection over Union，IoU）數(shù)值，如圖2所示。

圖2 IoU計(jì)算示意圖

如果兩組檢測信息包圍盒的三維IoU 值超過設(shè)定的閾值κ，則認(rèn)為主車vi的檢測對(duì)象與交通車vj的檢測對(duì)象具有位姿信息的相似性：

式中閾值κ在二維情況下一般取值為0.5［17-18］，擴(kuò)展到三維檢測場景下取κ=(0.5)2=0.25。檢測可信度Evi()介于[0，1]之間，如果兩組檢測信息包圍盒的三維IoU 值超過設(shè)定的閾值κ，則與被認(rèn)定為同一檢測對(duì)象，將交通車vj的感知檢測分?jǐn)?shù)Svj()賦值至主車的Evi()中；其他情況則賦值為0，認(rèn)定檢測對(duì)象間未實(shí)現(xiàn)匹配。通過主車與交通車間的檢測相似度評(píng)估與信任度賦值表達(dá)了交通車的車輛信任度與其數(shù)據(jù)信息間的直接聯(lián)系，體現(xiàn)主車對(duì)交通車信任評(píng)價(jià)的合理性。

2.3 檢測對(duì)象的可見性評(píng)估

在復(fù)雜的交通場景下，部分交通車的檢測對(duì)象在主車相機(jī)視角中處于遮擋或非可視等狀態(tài)，因此會(huì)被賦予較低乃至0 值的檢測可信度，所以主車無法通過相似度匹配評(píng)估對(duì)上述狀態(tài)的檢測對(duì)象賦予合理的檢測可信度。為解決上述問題，利用主車激光雷達(dá)的深度點(diǎn)云信息對(duì)檢測對(duì)象進(jìn)一步展開可見性評(píng)估。

主車對(duì)其他交通車檢測對(duì)象的可見性提出以下定義。

（1）P()：表示為主車vi的激光雷達(dá)點(diǎn)云中，落在檢測對(duì)象三維邊界區(qū)域中的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)。

依照激光雷達(dá)傳感器的工作原理，若從物體反射傳回的激光雷達(dá)點(diǎn)數(shù)越多，則檢測對(duì)象的可見性越高，因此可以避免因主車相機(jī)傳感器感知范圍限制而產(chǎn)生的檢測可信度不合理賦值現(xiàn)象。按照PASCAL 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于被遮擋的三維目標(biāo)的檢測性能等級(jí)劃分，將被遮擋比值大于50%的遮擋狀態(tài)稱為嚴(yán)重遮擋，此時(shí)檢測對(duì)象的相機(jī)檢測可靠性已較低，而檢測對(duì)象反射的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)量比值與其被遮擋狀態(tài)呈線性關(guān)系［19］，因此在式（2）中將12local作為點(diǎn)云數(shù)比值作為對(duì)于檢測對(duì)象的可見性判定基準(zhǔn)。如果檢測對(duì)象的包圍盒區(qū)域在主車的激光雷達(dá)點(diǎn)云中有超過12local的點(diǎn)云數(shù)，則判定可見性為1；如果檢測對(duì)象被大范圍遮擋，則其可見性介于[0，1]之間；如果被完全遮擋，致其三維邊界區(qū)域中沒有反射回來的激光雷達(dá)點(diǎn)，則判定可見性為0，即主車無法確定其他交通車檢測對(duì)象的檢測有效性與真實(shí)性。

通過對(duì)檢測對(duì)象可見性值的評(píng)價(jià)過程，進(jìn)一步增強(qiáng)了僅依靠評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)Evi()對(duì)檢測對(duì)象進(jìn)行信任度評(píng)估的合理性，避免交通車的檢測對(duì)象因被嚴(yán)重遮擋或超出主車感知范圍而被主車判定為虛假檢測或惡意攻擊。

2.4 車輛與檢測對(duì)象間遮擋狀態(tài)判別

主車基于視錐體模型［20］和各交通車與檢測對(duì)象集合Dv1，Dv2，…，Dvj中各檢測對(duì)象間位姿信息的坐標(biāo)關(guān)系，判斷協(xié)同區(qū)域下各檢測對(duì)象在交通車傳感器視場角（field of view，F(xiàn)OV）中的遮擋狀態(tài)：可見、截?cái)唷⒈徽趽酰ò▊鞲衅鞲兄秶猓?/p>

其中視角遮擋關(guān)系示意圖如圖3所示。

圖3 視角遮擋關(guān)系示意圖

由圖3 可見，在車輛vi的車輛坐標(biāo)系下：檢測對(duì)象vj與v1 為可見狀態(tài)；檢測對(duì)象v2 為截?cái)酄顟B(tài)；檢測對(duì)象p1和p2為被遮擋狀態(tài)。其中，遮擋判別算法的具體流程如圖4所示。

圖4 遮擋判別算法流程圖

協(xié)同感知下各車輛三維感知模型的檢測結(jié)果，在主車的坐標(biāo)系下具有固定的位姿與遮擋狀態(tài)關(guān)系，因而主車得到各交通車FOV 下遮擋狀態(tài)為可視的檢測對(duì)象，并可知其是否與交通車的檢測集合相符合。為進(jìn)一步獲得不同主車的評(píng)估信息，主車將上述關(guān)于其他交通車及其檢測信息的相關(guān)評(píng)價(jià)結(jié)果：評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)、可見性值和遮擋狀態(tài)，組成評(píng)價(jià)集合，通過OBU 再次廣播給協(xié)同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他交通車，并同時(shí)接收其他交通車的評(píng)價(jià)集合Mvj。

3 檢測對(duì)象有效性識(shí)別與協(xié)同信任度計(jì)算

協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中的惡意攻擊車輛通過在正常的廣播信息中插入虛假檢測信息或瞞報(bào)檢測信息以干擾正常的協(xié)同感知過程。因此須聯(lián)合多個(gè)評(píng)價(jià)集合中檢測對(duì)象的有效性來對(duì)車輛實(shí)體的信任度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)而從檢測信息中甄別出虛假信息。

3.1 檢測對(duì)象有效性識(shí)別策略

當(dāng)交通車vq的檢測對(duì)象βvqn相對(duì)交通車vj(q=1，2，3，…，j，q≠j)遮擋狀態(tài)為可見，但并未出現(xiàn)在交通車vj的檢測集合Dvj中時(shí)，則一方交通車的檢測集合中存在虛假信息。因此為正確判別協(xié)同車輛是否廣播了虛假信息，引入如表1 所示的檢測有效性識(shí)別算法。

表1 檢測有效性識(shí)別算法

主車依次對(duì)集合V={v1，v2，…，vi}中每輛汽車的檢測對(duì)象進(jìn)行檢測合理性判別：如果車輛vj對(duì)檢測對(duì)象的遮擋狀態(tài)Ovi() ≠0，且該檢測對(duì)象并未出現(xiàn)在車輛vj的檢測列表Dvj中，則賦值Ω[i][j，n]為-1，為非正常檢測狀態(tài)；其他情況則賦值為1，為正常檢測狀態(tài)。在全部遍歷完成后，對(duì)同一檢測對(duì)象的不同車輛檢測狀態(tài)Ω[i][j，n]進(jìn)行累計(jì)，得到累計(jì)檢測狀態(tài)State[j，n]：若車輛vj的Ω[i][j，n]?State[j，n]≥0，則證明車輛vj的βvjn為有效檢測對(duì)象，且檢測有效性因子Eva[i][j，n]=1；其他情況則判別為無效檢測對(duì)象，Eva[i][j，n]=0。

主車通過對(duì)各車檢測對(duì)象的檢測狀態(tài)的累計(jì)判斷，識(shí)別出車輛檢測中有效播報(bào)、惡意插入和漏報(bào)的檢測對(duì)象。當(dāng)協(xié)同感知中存在多個(gè)惡意車輛廣播虛假信息的行為，通過檢測對(duì)象信息的遮擋判別和有效性識(shí)別算法，仍可準(zhǔn)確識(shí)別出惡意車輛及各虛假信息。

3.2 基于C-F方法的檢測評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)計(jì)算

主車vi對(duì)交通車vj檢測集合Dvj={，，…}中的檢測對(duì)象依次進(jìn)行檢測評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)的計(jì)算。通過聯(lián)合多車協(xié)同信息，將車輛共享的檢測對(duì)象評(píng)價(jià)信息動(dòng)態(tài)聚合［21］，通過該方法可實(shí)現(xiàn)3 個(gè)目標(biāo)：（1）避免車輛對(duì)被遮擋和超視距等處于無法被感知狀態(tài)的檢測對(duì)象賦予不信任的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)；（2）通過智能網(wǎng)聯(lián)汽車的協(xié)同感知融合，對(duì)惡意車輛廣播的虛假檢測賦予較低的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)；（3）通過評(píng)價(jià)有效性篩選車輛的檢測信息，保證協(xié)同感知模型在多惡意車輛及信任車輛突發(fā)惡意攻擊場景下的功能魯棒性。

文中采用基于不確定性推理的可信度方法（CF 方法）進(jìn)行信任度的直接推理與計(jì)算，該方法基于概率學(xué)推理模型，結(jié)合已知的先驗(yàn)條件，從不確定性初始證據(jù)出發(fā)，評(píng)估結(jié)論的可信程度。在C-F 方法中，通過知識(shí)、證據(jù)與結(jié)論表達(dá)所解決的問題，利用產(chǎn)生式規(guī)則來計(jì)算結(jié)論的不確定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)不確定性問題的概率表達(dá)。

其中，關(guān)于知識(shí)的產(chǎn)生式規(guī)則表現(xiàn)形式為：IFETHENH（CF（H，E））。E為問題的先驗(yàn)條件，H為問題的結(jié)論，CF(H，E)為該先驗(yàn)條件下結(jié)論的可信程度，CF(H，E) ∈[0，1]，其取值越大則越支持問題為真。在本文研究中，將C-F 方法進(jìn)一步引申。針對(duì)主車視角下檢測對(duì)象信任度的計(jì)算問題，從不確定的初始證據(jù)出發(fā)，推理得到結(jié)論及其可信度值，計(jì)算公式為

式中CF(Hvi，Evi)賦值為主車對(duì)檢測對(duì)象的檢測可信度Evi()，作為信任度計(jì)算問題的先驗(yàn)條件。

最終，主車對(duì)檢測對(duì)象的信任度問題計(jì)算公式為

協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中對(duì)檢測對(duì)象可見的交通車均可針對(duì)信任度問題得到一個(gè)確定性概率結(jié)論CF(Hvi)，從不同檢測角度支撐檢測對(duì)象的信任度計(jì)算結(jié)果。為進(jìn)一步降低結(jié)論中不確定性的負(fù)面影響，進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚合計(jì)算，得到協(xié)同網(wǎng)絡(luò)下各車輛vi∈V對(duì)檢測對(duì)象的檢測評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)：

檢測評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)是聯(lián)合各協(xié)同車輛對(duì)車輛vj檢測對(duì)象的集體信任評(píng)價(jià)結(jié)果，通過協(xié)同感知中協(xié)同車輛間檢測對(duì)象統(tǒng)一的信息關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了信任模型中對(duì)于檢測對(duì)象的共同信任評(píng)估。

3.3 協(xié)同下車輛信任度計(jì)算

3.4 檢測的全局協(xié)同信任評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)計(jì)算

此階段，主車已經(jīng)完成對(duì)其他協(xié)同車輛檢測對(duì)象的信任度評(píng)價(jià)，并得到對(duì)應(yīng)的協(xié)同信任評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)和車輛信任度。在主車的檢測和匹配模型中，匯總了不同視角的車輛檢測評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。依據(jù)檢測對(duì)象的檢測可信度、檢測可見性和不同車輛視角的車輛信任評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，聚合得到全局評(píng)價(jià)下檢測對(duì)象的全局協(xié)同信任（cooperative trust）評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)Sglobal()：

通過協(xié)同車輛間信任評(píng)估的動(dòng)態(tài)聚合方法提升了車輛對(duì)可視、截?cái)嗪驼趽醯葼顟B(tài)的檢測信任度，保證了協(xié)同感知的感知可靠性。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

為測試驗(yàn)證并進(jìn)一步說明本文提出的智能網(wǎng)聯(lián)汽車檢測信任度計(jì)算與動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法，設(shè)計(jì)了含有多元素交通參與者的雙向會(huì)車場景，通過Prescan 與Simulink 軟件聯(lián)合仿真，完成了對(duì)模型方法有效性的驗(yàn)證。文中仿真車輛與真實(shí)車輛運(yùn)行相同的檢測網(wǎng)絡(luò)和信任度評(píng)價(jià)模型，且利用Prescan 仿真軟件中的V2X 插件，可實(shí)現(xiàn)仿真車輛OBU 間的廣播信息傳輸過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)車驗(yàn)證場景的整體復(fù)現(xiàn)。

4.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車3D檢測網(wǎng)絡(luò)

采用現(xiàn)有的3D 檢測網(wǎng)絡(luò)［22］，感知檢測算法通過對(duì)多模態(tài)特征的融合，能夠在交通場景中準(zhǔn)確識(shí)別檢測多種交通參與者。首先在Ubuntu16.04 系統(tǒng)中配置檢測網(wǎng)絡(luò)所需的系統(tǒng)環(huán)境，利用KITTI 數(shù)據(jù)集驗(yàn)證算法的檢測識(shí)別精度，3 種類別檢測對(duì)象的檢測精度與召回率曲線結(jié)果如圖5所示。

圖5 精度-召回率曲線

隨后在Prescan 仿真軟件中搭建場景并采集符合KITTI格式的交通場景數(shù)據(jù)集，按照1∶1的比例將數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集與驗(yàn)證集。經(jīng)過模型訓(xùn)練與測試，各類3D 檢測目標(biāo)的檢測識(shí)別精度均能達(dá)到仿真驗(yàn)證要求。

4.2 仿真場景搭建

在仿真軟件中搭建雙向四車道的會(huì)車場景，如圖6 所示。場景中，車輛依次標(biāo)記為v1，貨車標(biāo)記為t，貨車前方車輛標(biāo)記為v2，對(duì)向車輛標(biāo)記為v3和v4；其中在車輛v2 的前方插入一個(gè)惡意檢測，標(biāo)記為m1；在車輛v3 的前方插入一個(gè)惡意檢測，標(biāo)記為m2；路邊的自行車行人標(biāo)記為p。

圖6 仿真場景俯視圖

仿真運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為10 s，車輛以10 m/s 的速度行駛。車輛v2 從仿真開始第3～7 s 時(shí)在其檢測集合中插入異常檢測m1，車輛v3 從第5 s 在其檢測集合中插入異常檢測m2至仿真結(jié)束，異常檢測m1和m2通過兩車的OBU 廣播給全局車輛進(jìn)行惡意干擾。

如圖7 所示，仿真中存在車輛感知檢測對(duì)象被截?cái)?、被遮擋下的超視距感知、多車異常廣播等復(fù)雜交通場景。通過設(shè)置車輛v2 與v3 在不同仿真時(shí)段插入異常檢測以驗(yàn)證遮擋判別模型和有效性識(shí)別算法的性能。因此，該仿真場景及流程可驗(yàn)證文中所提模型方法的可行性和有效性。

圖7 仿真場景下車輛v1、v2、v3和v4的相機(jī)視角

4.3 仿真結(jié)果分析

為驗(yàn)證本文提出的協(xié)同信任度評(píng)價(jià)方法，從車輛信任度變化曲線、截?cái)酄顟B(tài)檢測對(duì)象的識(shí)別和被遮擋檢測對(duì)象的識(shí)別3 個(gè)角度對(duì)模型方法的有效性進(jìn)行說明。

從車輛v1 獲得的其他車輛廣播消息，可計(jì)算得到v1 視角下場景中所有車輛的車輛信任度CTcar(vj)變化趨勢，如圖8所示。可以明顯看到，v2與v3兩車因在檢測隊(duì)列中插入異常檢測而致使其在全局下的車輛信任度降低，其中車輛v2從第7 s開始恢復(fù)正常廣播，得益于動(dòng)態(tài)聚合方法的高時(shí)間靈敏度響應(yīng)特性，v2 的車輛信任度迅速恢復(fù)至正常廣播狀態(tài)下的信任度值。因此，本文方法在面對(duì)高信任度車輛的惡意攻擊能夠快速響應(yīng)，準(zhǔn)確甄別協(xié)同感知中的異常車輛，并在其恢復(fù)正常廣播狀態(tài)后，回調(diào)該車輛在協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中的車輛信任度。

圖8 協(xié)同感知下各車輛全局信任值

圖9展示了通過本文方法提升車輛v1對(duì)其自車感知視角下截?cái)酄顟B(tài)的檢測對(duì)象v2 的感知評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。因被檢測對(duì)象v2 在車輛視角v1 下的部分圖像特征被貨車t遮擋，車輛v1 的檢測網(wǎng)絡(luò)中對(duì)v2 的檢測評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)會(huì)處于較低狀態(tài)，而其他交通車在仿真初始時(shí)刻距離較遠(yuǎn)，因而檢測網(wǎng)絡(luò)中的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)較低。相較于傳統(tǒng)信任管理模型中舍棄惡意車輛節(jié)點(diǎn)所有廣播信息的加權(quán)平均方法［23］，本文中提出的動(dòng)態(tài)聚合方法顯著提升了車輛v1 對(duì)于被遮擋檢測v2的感知評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，且面對(duì)車輛v3 的惡意攻擊行為，并未對(duì)檢測曲線產(chǎn)生顯著的波動(dòng)影響，增強(qiáng)了協(xié)同感知車輛對(duì)檢測結(jié)果的識(shí)別能力以及車輛協(xié)同感知過程的魯棒性。

圖9 協(xié)同感知下對(duì)截?cái)鄼z測的信任度

為進(jìn)一步說明本文方法在面對(duì)異常車輛的惡意攻擊行為時(shí)的魯棒性，對(duì)比傳統(tǒng)信任管理方法繪制車輛v1 視角下被遮擋檢測p的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)變化曲線。在車輛v1 視角下，檢測對(duì)象p全仿真過程處于被遮擋狀態(tài)，無法獲得其檢測信息。車輛v2、v3 和v4 分別從雙向車道由遠(yuǎn)及近接近檢測對(duì)象p，對(duì)檢測的感知信任度隨距離接近而上升，如圖10中虛線所示。

圖10 車輛v1視角下被遮擋檢測p的Sglobal(p)變化

而車輛v2 與v3 被檢測出插入惡意攻擊，按照傳統(tǒng)的信任管理模型方法，車輛在檢測到異常車輛的惡意攻擊信息后，選擇直接舍棄異常車輛的全部廣播信息。如圖10 所示，在第3 s 之后，車輛v2 插入惡意攻擊，其后第5 s 之后車輛v3 插入惡意攻擊，傳統(tǒng)方法下車輛v1 對(duì)被遮擋檢測對(duì)象p的信任度只能依賴于全程保持正常廣播狀態(tài)的受信車輛v4 的檢測評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。而本文提出的方法通過有效性識(shí)別篩選異常車輛中的可信任信息，判別車輛v2 與v3 在檢測對(duì)象p的廣播信息中是否插入惡意攻擊，以獲得協(xié)同車輛在可信狀態(tài)下的檢測評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，獲得優(yōu)于傳統(tǒng)信任管理方法的感知性能。

5 結(jié)論

針對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同感知過程中面臨的檢測信息真實(shí)性與協(xié)同車輛可信度問題，結(jié)合車輛協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中共享的檢測結(jié)果信息，提出了一種基于遮擋狀態(tài)判別與檢測有效性識(shí)別策略的智能網(wǎng)聯(lián)汽車信任度動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法。首先利用協(xié)同車輛間廣播的檢測結(jié)果進(jìn)行匹配評(píng)估與遮擋狀態(tài)判別，獲得車輛與檢測對(duì)象間的遮擋狀態(tài)評(píng)價(jià)信息；隨后引入檢測對(duì)象的有效性識(shí)別與基于C-F 方法的聚合評(píng)價(jià)策略，提出了面向協(xié)同車輛及其檢測結(jié)果的信任度管理評(píng)價(jià)模型；最后，通過在協(xié)同感知仿真場景中引入傳統(tǒng)信任管理方法與本文提出方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了本文方法可以準(zhǔn)確識(shí)別協(xié)同感知模型中的異常車輛與惡意攻擊行為，提升了協(xié)同感知車輛對(duì)檢測結(jié)果的識(shí)別信任度，實(shí)現(xiàn)了信任管理模型面對(duì)高信任車輛突發(fā)惡意攻擊的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，增強(qiáng)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同感知過程的魯棒性。