CHOOSING A NEURAL NETWORK ARCHITECTURE FOR A VEHICLE AUTOPILOT

ISSN 2222-0631 (print) УДК 004.896 DOI: 10.20998/2222-0631.2022.01.07 О. С. ДОГАДАЙЛО, В. Б. УСПЕНСЬКИЙ ВИБІР АРХІТЕКТУРИ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ ДЛЯ АВТОВОДІЯ ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБУ В даній роботі розглядається задача вибору архітектури нейронної мережі для створення автопілоту. Був створений автопілот для віртуального транспортного засобу, що може рухатися визначеним маршрутом та реагувати на різні сигнали світлофора. Вибрана архітектура, а саме згорткова нейронна мережа, має високу ефективність в задачі розпізнавання зображень. Автопілот складається з двох згорткових нейронних мереж, одна розпізнає маршрут руху, інша розпізнає сигнали світлофора. Через велику кількість шумів, фотографії для розпізнавання світлофорів були оброблені для підсилення червоного каналу та занулення зеленого і синього, що допомогло в розпізнаванні червоного та жовтого кольорів. Як середовище для навчання нейронних мереж та перевірки працездатності автопілоту, в цілому, була створена двовимірна гра з видом зверху. Даний автопілот, на відміну від інших, використовує лише зображення для орієнтації в просторі. Тестування моделі автопілоту показало майже 100 % точність на розпізнаванні маршруту та сигналів світлофора. Позитивний результат тестування показав, що автопілот може виконувати керування в простому середовищі і це дає можливість ускладнити робоче середовище. Використовуючи тільки зображення, такий автопілот є дешевшим за існуючі. Актуальність даної роботи ґрунтується на дослідженнях збільшення кількості транспортних засобів та шкідливих викидів в атмосферу у майбутньому. У статті розглянуті літературні джерела, обґрунтування вибору архітектури нейронної мережі, опис програмної реалізації, показані результати проведення тестування, у висновках вказаний можливий напрямок розвитку даної теми. Ключові слова: автопілот, задача автокермування, автоматичне керування, нейронна мережа, згорткова нейронна мережа, розпізнавання зображень. А. С. ДОГАДАЙЛО, В. Б. УСПЕНСКИЙ ВЫБОР АРХИТЕКТУРЫ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ АВТОВОДИТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА В данной работе рассматривается задача выбора архитектуры нейронной сети для создания автопилота. Был создан автопилот для виртуального транспортного средства, которое может двигаться по определенному маршруту и реагировать на разные сигналы светофора. Выбранная архитектура, а именно сверточная нейронная сеть, имеет высокую эффективность в задаче распознавания изображений. Автопилот состоит из двух сверточных нейронных сетей, одна распознает маршрут движения, другая распознает сигналы светофора. Из-за большого количества шумов фотографии для распознавания светофоров были обработаны для усиления красного канала и зануления зеленого и синего, что помогло в распознавании красного и желтого цветов. Как среда для обучения нейронных сетей и проверки работоспособности автопилота в целом, была создана двумерная игра с видом сверху. Этот автопилот, в отличие от других, использует только изображения для ориентировки в пространстве. Тестирование модели автопилота показало почти 100 % точность на распознавании маршрута и сигналов светофора. Положительный результат тестирования показал, что автопилот может выполнять управление в простой среде, что позволяет усложнить рабочую среду. Используя только изображения, такой автопилот дешевле существующих. Актуальность данной работы основывается на исследованиях увеличения количества транспортных средств и вредных выбросах в атмосферу в будущем. В статье рассмотрены литературные источники, обоснование выбора архитектуры нейронной сети, описание программной реализации, показаны результаты проведения тестирования, в выводах указано возможное направление развития данной темы. Ключевые слова: автопилот, задача автовождения, автоматическое управление, нейронная сеть, свёрточная нейронная сеть, распознавание изображений. O. S. DOHADAILO, V. B. USPENSKYI CHOOSING A NEURAL NETWORK ARCHITECTURE FOR A VEHICLE AUTOPILOT In the paper the task of choosing a neural network architecture for creating an autopilot is considered. An autopilot was created for a virtual vehicle that can move along a defined route and respond to various traffic lights. The selected architecture, namely a convolutional neural network, has high efficiency in the task of image recognition. Autopilot consists of two convolutional neural networks, one of which recognizes the driving route, the other recognizes traffic light signals. Due to the large amount of noise, the traffic light recognition photos were processed to enhance the red channel and null the green and blue, which helped in the recognition of red and yellow colors. As an environment for training neural networks and testing the performance of the autopilot in general, a two-dimensional game with a top view was created. The autopilot model showed almost 100% accuracy in recognizing the route and traffic lights in the test environment. The positive test result showed that the autopilot can perform control in a simple environment and this gives the opportunity to complicate the operating environment. The proposed autopilot uses only images to navigate in space, which distinguishes it from the other existing autopilots and, in particular, makes it cheaper. The relevance of this work is based on studies of the increase in the number of vehicles and harmful emissions into the atmosphere in the future. In the paper the literary sources are analyzed, the rationale for choosing a neural network architecture is explained, the software implementation is described, the results of testing are shown, and the possible direction of development of this topic is indicated in the conclusions. Key words: autopilot, auto driving task, automatic control, neural network, convolutional neural network, image recognition. Вступ. Нині сфера використання інформаційних технологій безперервно розширюється. Системи інтелектуального управління – це новий клас комп’ютеризованих систем, які мають на меті моделювання та аналіз інтелектуальних завдань, а також підтримку діяльності людини за їх вирішенням. Підвищена складність систем інтелектуального управління визначається, по-перше, складністю аналізу поведінки суттєво нелінійних об’єктів управління та, по-друге, складністю синтезу алгоритмів управління такими об’єктами. Додатковим чинником складності є взаємодія людини із комп’ютеризованими засобами управління. Тому дослідження концептуальних та прикладних аспектів створення подібних систем, а також факторів, що визначають їх ефективне та надійне функціонування, є важливою та актуальною науково-технічною проблемою. Аналіз останніх досліджень. Основною метою інтелектуалізації є забезпечення можливості управління © О. С. Догадайло, В. Б. Успенський, 2022 Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Математичне моделювання в техніці та технологіях, № 1 ' 2022. 55 ISSN 2222-0631 (print) системами, що адаптуються у динамічно змінному середовищі при забезпеченні необхідних показників якості, швидкодії та стійкості. Для досягнення ціє (...truncated)