外部環境アセットおよび交通流連携事例

自動運転制御モデル I/F ガイドライン準拠ジェネリックモデル

外部環境アセット及び交通流連携事例解説書（Ver1.0）1

外部環境アセットおよび交通流連携事例

改訂履歴
Rev.

日付

1.02023/02

内容
初版

会社名(株)両毛システムズ2

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目次
12345

6

はじめに ................................................................................................................. 4
1.1

目的 ............................................................................................................... 4

1.2

著作権 ............................................................................................................ 4

1.3

使用環境 ......................................................................................................... 5

自動運転 Sim 環境の課題と解決策................................................................................. 6
2.1

MAP データ作成課題 ............................................................................................ 62.2

他車両制御課題 ................................................................................................. 7

AUTOCity を用いた外部環境アセット差し替え ...................................................................... 83.1

アーキテクチャ ...................................................................................................... 83.2

手順解説 ......................................................................................................... 93.2.1

自動運転制御モデル IF ガイドライン準拠ジェネリックモデル環境構築.................................. 103.2.2

外部環境アセットからの抜き出し ......................................................................... 103.2.3

CARLA 環境への反映 ................................................................................... 103.2.4

シナリオ作成 ............................................................................................... 11PTV VISSIM を用いた他車両群交通流連携 .................................................................... 144.1

アーキテクチャ .................................................................................................... 144.2

ツール間連携解説 .............................................................................................. 15

4.2.1

初期化処理 ............................................................................................... 15

4.2.2

周期処理 .................................................................................................. 16

結果 ................................................................................................................... 17
5.1

AUTOCity を用いた外部環境アセット差し替え .............................................................. 17

5.2

PTV VISSIM を用いた他車両群交通流連携 ............................................................... 18

APPENDIX .......................................................................................................... 21
6.1

ツール出展 ...................................................................................................... 213

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1 はじめに本書は、弊社提供の自動運転制御モデル IF ガイドライン準拠ジェネリックモデル（以下、自動運転制御モデル）内にある CRANTS や JARI 等のサンプル仮想環境を外部仮想環境アセットに差し替えかつ交通流連携を行い、自動運転制御モデルのシミュレーション実行環境とする事例の紹介資料である。
また事例紹介にあたり、仮想環境アセットとしてバーテックス株式会社の AUTOCity、交通流連携は PTV Planung
Transport Verkehr GmbH の PTV VISSIM を用いた。

1.1 目的現在の弊社提供の自動運転制御モデルにおける自動運転シミュレーション環境での MAP 生成プロセスは、壁高欄や建築物等、動運転車両を取り巻く環境アセットの追加をするにあたり、ツールによる直接の 3D モデリングが必要で 3Dモデリングスキルや、多大な工数がかかってしまう現状がある。
また、Sim による走行試験において重要な他車両の制御においても、現状は OpenScenarioV1.0 の Concrete
データ通りに走行させるだけにとどまっており、自車両、信号、標識、等外部環境を認識したダイナミックな走行模擬ができていない。またそれぞれの車両に対してそれぞれシナリオデータを作成しなくてはならないため手間もかかる。
本 Doc では、上記課題について市販ツールをうまく活用することで解決できるような事例を紹介することで、自動運転シミュレーション環境の利便性を向上させ、より多くの人に使ってもらうことを目的としている。

1.2 著作権本ドキュメントの著作権は、著作者に帰属します。
著作者は、本文書の内容に関し、いかなる保証もするものではありません。万一本文書を利用して不具合等があった場合でも、著作者は一切責任を負いかねます。また、本文書に記載されている事項は予告なしに変更または廃止されることがありますので、あらかじめご了承ください。

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1.3 使用環境
社名

製品名

The MathWorks, Inc.

MATLAB/Simulink 2021a
AutomatedDrivingToolbox
ComputerVisionToolBox
ImageProcessingToolBox
RoadRunner 2021b

バルセロナ自治大学 Computer Vision Center

CARLA 0.9.13 ソース＋追加マップ-Python3.7 / ライブラリ

Microsoft Corporation

VisualStudio 2019

Epic Games, Inc.

UnrealEngine 4.26 ソース

バーテックス株式会社

AUTOCity_C1

PTV Planung Transport Verkehr GmbHPTV VISSIM Version2021(SP01)

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2 自動運転 SIM 環境の課題と解決策

2.1 MAP データ作成課題
自動運転制御モデルでは RoadRunner を使用して OpenDRIVE フォーマットで道路データおよび概観データを作成している。しかし、RoadRunner は道路形状作成が主となるツールなため、クオリティの高い外観データの作成は困難である。
他社様のクオリティの高い外観データを利用させていただく場合、道路データのみを RoadRunner、外観データをUnrealEngine4 に読み込ませ結合することで、ハイクオリティな MAP データが作成できる。

MAP データ作成の詳細については 3 章で記述する。

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2.2 他車両制御課題
自動運転制御モデルの他車両コントロールは前章の記述の通り、現状は OpenScenarioV1.0 の Concrete デー
タ通りに走行させるだけにとどまっており、自車両、信号、標識、等外部環境を認識したダイナミックな走行模擬ができていない。また車両毎に対して DrivingScenarioDesigner を用いてそれぞれシナリオデータを作成するため、車両が増えるごとに工数もかかる。
大多数の他車両を使用したい場合、他社様の交通シミュレーションソフトを利用させていただくことで、自車両の回避や信号の認識等を行うアルゴリズム化された他車両が大量にかつ容易に生成できる。
他車両制御の詳細については４章で記述する。

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3 AUTOCITY を用いた外部環境アセット差し替え
本章は、AUTOCity を用いた外部環境アセット差し替えについて紹介する。

提供されている仮想環境を利用者独自の環境を利用することにより、より精度の高いシミュレーションの実行や、フォトリアルティックな環境の実現等が可能となる。
例えば天候や時間帯に変化を持たせた環境や、独自のテストコースを再現した環境等に差し替えることにより、実車両では再現困難な内容や実車両との比較を容易に行える。

3.1 アーキテクチャ
RoadRunner のみを使用して OpenDRIVE フォーマットで道路データおよび概観データを作成している現在の方法から変更し、RoadRunner で作成した道路データ(*.xodr)と、AUTOCity の外観データ(*.xml *.fbx)を利用したハイクオリティな MAP データを作成する。
また、AUTOCity 提供の道路データを一度 RoadRunner へ取り込むことで、自動運転制御モデル環境で使用できる道路データに変換を行う。
変更前後のアーキテクチャを以下に示す。

変更前のアーキテクチャ

8外部環境アセットおよび交通流連携事例

変更後のアーキテクチャ

3.2 手順解説
実際に仮想環境を取り込む際の対応内容の概略を以下に示す。

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外部環境アセットおよび交通流連携事例

3.2.1 自動運転制御モデル IF ガイドライン準拠ジェネリックモデル環境構築
別紙の自動運転制御モデル IF ガイドライン準拠ジェネリックモデルシミュレータ環境構築手順書に従い、「マップを修正して利用、仮想環境あり」のパターンでの手順でシミュレーター環境を構築する。

3.2.2 外部環境アセットからの抜き出し
UnrealEngine で取り込み元の外部環境アセットを開き、対象を選択しアセットアクションの移行を行う。

送り先コンテンツフォルダは CARLA 構築環境内の以下フォルダを指定する。
CARLA 構築先フォルダ\carla\Unreal\CarlaUE4\Content

3.2.3 CARLA 環境への反映
抜き出されたファイルを CARLA で認識可能な状態とするため以降の対応を実施する。
① CARLA の UE プロジェクトを開くことができるか確認する。
開けない場合は CarlaUE4.sln を開き、ビルドを行う。
② コマンドプロンプトで CARLA 構築先フォルダ\carla フォルダで make launch を実行する。

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外部環境アセットおよび交通流連携事例③ CARLA の UE プロジェクトを開き、3.2.2 で移行されたフォルダをコンテンツ/Carla に移動させる。

④ 対象が開けるかを確認する。

3.2.4 シナリオ作成
走行シナリオの作成を行う。
OpenDrive ファイル（*.xodr）がない場合は、RoadRunner 等を利用して作成する。
① 自動運転モデルを開き、drivingScenarioDesigner を実行する。

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外部環境アセットおよび交通流連携事例②

OpenDrive ファイルをインポートする。

③ DrivingScenarioDesigner の道路上に乗用車を追加し、走行経路を追加する。

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ウェイポイント配置後、エクスポート＞ASAM OpenSCENARIO ファイルでシナリオを保存する。

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4 PTV VISSIM を用いた他車両群交通流連携
本章は PTV VISSIM(以下、VISSIM)を用いて他車両群の交通流を自動運転制御モデル環境と連携について紹介する。

4.1 アーキテクチャ
アーキテクチャを以下に示す。
既存の自動運転制御モデルでは MATLAB System Block を用いて Python API を操作し OpenScenario データを基に作成したシナリオの通りに走行させていた。VISSIM を用いることで、交通流の現況や施策による影響をリアルで詳細に再現することが可能になる。また、VISSIM は MATLAB System Block を用いて Driving Simulator
Interface(以下、DSI)を操作し連携させる。
※橙色の箇所は指示のイメージ変更前のアーキテクチャ

変更後のアーキテクチャ

14外部環境アセットおよび交通流連携事例

4.2 ツール間連携解説
ツール間連携の処理シーケンスについて以下に示す。
シーケンスは起動時の初期化処理のシーケンスと Simulink タスクでの周期処理のシーケンスの 2 点について、シーケンス図を用いて解説する。

4.2.1 初期化処理
初期化処理の概要を以下に示す。
Simulink に配置された MATLAB System Block 内の setup メソッド内で初期化処理を実現しており、CARLAと VISSIM のコントロールクラスのインスタンス取得と、自車両スポーン、センサや天候の設定、VISSIM 起動等の初期化処理を行っている。
また、CARLA の PythonAPI と VISSIM の DSI へのアクセスは、MATLAB 機能の「py.」アクセスを使って Pythonの関数やクラスを呼び出している。

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4.2.2 周期処理
周期処理の概要を以下に示す。
VISSIM と自動運転 Sim 環境との同期のために、Simulink 内で制御される自車両の情報更新を VISSIM に送信する必要と、VISSIM は交通流パラメータにより自動で車両の生成と消滅をコントロールするため、この他車両情報をCARLA に送信する必要がある。Simulink 制御の自車両は、CARLA 上に反映された他車両情報を、センサ情報を介して把握し、回避等の制御を行う。以下シーケンス図に、その流れを示す。

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5 結果
各章の結果を以下に示す。

5.1 AUTOCITY を用いた外部環境アセット差し替え
自動運転 Sim 環境で AUTOCity のマップをロードした上で、正常にシミュレーションが動作している様子を以下に示す。画像中心にある LiDAR 反射点群情報に、C1 の外壁が反射され認識されている様子が確認できる。また画像右下、左下にあるトップビュー、ドライバビューでも正常に AUTOCity_C1 の MAP が描画されている。

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5.2 PTV VISSIM を用いた他車両群交通流連携
VISSIM の機能によって生成された他車両群の位置情報が CARLA での位置情報と一致しており、VISSIM とCARLA との同期処理が問題なく動作している様子を以下に示す。

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以下は、VISSIM で生成・消滅が制御される車両群についての参考画像。VISSIM では交通量パラメータ（図黄色枠）に応じて車両数を自動で制御してくれる。
上図は交通量 300 で設定されているもので、下図は交通量 1000 で設定されている場合である。見てわかる通りパラメータに応じた車両数を VISSIM が走行制御含めてコントロールしてくれる。

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以下図は自車両が停止→徐行を行なった際に他車両が減速し、その後左車線から右車線へ車線変更を行なった、自車両を他車両が認識し回避している様子である。
このことから Simulink で制御された自車両情報が VISSIM 側に正しく送信され、同期処理がねらい通りに動作していることが確認できた。

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6 APPENDIX

6.1 ツール出展
PRODUCTS - AUTOCity 3DCG Database | VERTechs Inc.
交通シミュレーションソフトウェア | PTV Vissim | PTV Group21