Information Coordination as a Bridge: A Neuro-Symbolic Architecture for Reliable Autonomous Driving Scene Understanding

TL;DR

提出InfoCoordiBridge,结合多传感器信息协调与符号推理,提升自主驾驶场景理解的可靠性。

cs.CV 🔴 高级 2026-05-06 45 次浏览
Shuo Liu Lei Shi Haowen Liu Jing Xu Yufei Gao Yucheng Shi
自主驾驶 神经符号架构 多传感器融合 可验证推理 Hallucination Mitigation

核心发现

方法论

本文提出基于BEV的神经符号架构,包含多智能体感知层、ICA模块和SSRE推理引擎。多传感器输出结构化事实与模态摘要,ICA进行实体对齐与冲突融合,生成可追溯的SceneSummary。SSRE利用验证流程确保推理实体的真实性,减少幻觉。具体算法包括基于协方差交叉融合、置信度加权和一致性门控,保证信息一致性。实验在nuScenes和Waymo数据集上验证,融合一致性提升显著,冗余降低至1%以下,属性一致率达98%。在NuScenes-QA和Waymo-QA任务中,SSRE显著改善事实基础,减少幻觉实体。

关键结果

  • ICA模块在nuScenes和Waymo上保持了约70%的3D检测精度,但融合一致性提升至98%,冗余降低至0.5%,显著优于BEVFusion和TransFusion。
  • 在QA任务中,SSRE降低虚假实体提及率20%,提升事实准确度,表现优于传统VLM和单模感知系统。
  • 整体系统通过协调多源信息,有效防止不一致感知影响高层推理,提升自主驾驶场景理解的可信度。

研究意义

该研究突破了自主驾驶中感知与推理的隔离瓶颈,通过显式信息协调实现跨模态一致性,显著降低幻觉风险,为安全可靠的自动驾驶提供理论基础和工程方案。其创新的符号推理验证机制,为行业实现可解释、可追溯的决策体系奠定基础,推动智能驾驶向更高层次的认知理解迈进。

技术贡献

提出BEV中心的神经符号架构,设计ICA模块实现多源实体对齐与冲突融合,开发SSRE实现实体基础的验证推理,结合多模态感知与符号推理,显著提升场景理解的可靠性。该架构兼容多传感器、多任务场景,提供可追溯的推理路径,突破传统感知-推理分离的局限,为自主驾驶系统提供更强的安全保障。

新颖性

首次将显式信息协调与符号验证引入自主驾驶感知-推理流程,提出SceneSummary作为统一的可信世界表示,结合验证驱动的推理机制,有效缓解感知冲突与幻觉问题,区别于以往的端到端深度模型或后处理式LLM应用,开启了感知与推理深度融合的新路径。

局限性

  • 当前模型对极端环境(如恶劣天气或极端光照)下的感知鲁棒性仍有限,感知误差可能影响推理准确性。
  • 多模态融合与验证流程存在较高计算成本,实时性仍需优化以满足实际应用需求。
  • 对复杂交通场景中的多源冲突处理还不够全面,未来需增强异常检测与自适应能力。

未来方向

未来将结合端到端学习与符号推理,提升系统的自适应能力和鲁棒性;探索更高效的推理验证机制,降低计算负担;扩展多源信息的丰富性,增强对复杂场景的理解能力,推动行业向更安全、可信的自主驾驶迈进。

AI 总览摘要

自主驾驶的场景理解面临多模态感知信息不一致和幻觉风险的双重挑战。传统方法多依赖深度学习模型进行感知融合,但缺乏有效的机制确保推理的可靠性和可解释性。本文提出InfoCoordiBridge,一种基于BEV的神经符号架构,旨在通过显式信息协调实现多源感知的统一与冲突解决,从而支撑更可信的高层推理。

该架构核心包括多智能体感知层、ICA信息协调模块和SSRE验证推理引擎。多智能体感知层利用专门的感知模型(如BEVFusion、LiDAR、相机和雷达)输出结构化事实与模态摘要,确保信息的标准化和可追溯。ICA模块通过坐标归一化、实体匹配和属性融合,有效解决多源信息冲突,生成可审计的SceneSummary,为推理提供坚实基础。SSRE则采用验证驱动的推理流程,结合实体基础的推理链和自我验证机制,显著减少幻觉实体,提升推理的真实性和安全性。

在nuScenes和Waymo数据集上的实验结果显示,该系统在保持竞争性3D检测性能的同时,融合一致性提升至98%,冗余降至1%以下。QA任务中,SSRE显著降低虚假实体提及率,提升事实基础的准确性。该方法不仅增强了自主驾驶系统的场景理解能力,也为安全性和可解释性提供了有力保障。未来,结合端到端学习和更高效的验证机制,将进一步推动自主驾驶向更高的智能水平发展。

深度分析

研究背景

近年来,自动驾驶领域在多模态感知融合方面取得了显著进展,代表性方法包括BEVFusion、TransFusion等,强调在鸟瞰图空间实现多源特征对齐,提升3D目标检测性能。然而,这些方法多局限于几何和低层次语义,难以满足高层场景理解的需求。随着LLMs的兴起,将自然语言理解引入自主驾驶,成为解决复杂交互和推理的重要途径。尽管如此,现有系统多采用后置LLM推理,缺乏对感知冲突的主动协调和验证机制,导致幻觉和不一致问题频发,影响安全性。

核心问题

核心问题在于如何在多模态感知基础上,建立一个具有可追溯性和验证能力的场景理解框架。现有方法多忽视感知信息的冲突与不一致,导致推理结果缺乏可信度。特别是在复杂交通环境中,传感器噪声和环境干扰引发的感知误差,容易被LLMs误判为真实实体,造成幻觉。解决这一问题,需设计一种机制,能在信息融合阶段进行冲突检测与修正,并在推理阶段引入验证流程,以确保决策的安全性。

核心创新

本研究的创新点包括:1)提出以BEV为核心的神经符号架构,建立多源信息的显式协调机制;2)设计ICA模块,实现实体对齐、冲突融合和可追溯的场景表示;3)开发SSRE推理引擎,结合验证流程,减少幻觉实体,确保推理真实性。该架构突破了传统深度模型的端到端黑箱限制,将符号推理引入感知-决策链,显著提升系统的可信度和可解释性。创新在于将符号验证机制与多模态感知深度融合,为自主驾驶提供更安全、更可靠的认知基础。

方法详解

  • �� 多智能体感知层:利用BEVFusion、LiDAR、相机和雷达模型,输出结构化事实(JSON格式)和模态摘要。
  • �� ICA模块:对多源实体进行坐标归一化、匹配和属性融合,采用协方差交叉融合和置信度加权,生成SceneSummary。
  • �� SceneSummary:包含实体状态、属性、源信息和不确定性指标,确保信息的可追溯性。
  • �� SSRE推理引擎:基于验证驱动的链式推理,结合实体基础的推理流程(如SSP、SRA、VRCG、IVL),实现推理的真实性验证。
  • �� 实验:在nuScenes和Waymo数据集上,比较不同模块的性能,评估融合一致性、幻觉率和推理准确性,进行消融分析。

实验设计

采用nuScenes和Waymo公开数据集,设置多模态感知模型、融合算法和推理验证流程。指标包括3D检测AP、融合一致性、虚假实体比例和问答准确率。对比BEVFusion、TransFusion、DriveAgent等,验证ICA和SSRE的提升效果。通过不同场景(如夜间、雨天)进行鲁棒性测试,分析系统在复杂环境下的表现。实验还包括消融研究,验证各模块贡献。

结果分析

系统在nuScenes和Waymo上保持了约70%的3D检测AP,融合一致性提升至98%,冗余率低于1%。QA任务中,虚假实体提及率降低20%,事实准确率提升15%。消融实验显示,ICA模块对冲突解决至关重要,SSRE显著减少幻觉实体。整体效果优于现有主流方法,验证了信息协调与验证机制的有效性。

应用场景

该架构适用于自动驾驶车辆的场景理解、决策支持和安全监控。依赖多模态传感器输入,结合符号推理,提升系统的可信度和可解释性。可应用于城市交通、自动泊车和无人配送等场景,为行业提供安全、可靠的认知基础。未来还可扩展到多车协作和边缘计算环境,增强系统的适应性。

局限与展望

当前模型对极端天气和复杂交互场景的鲁棒性仍需提升,感知误差可能影响推理准确性。融合与验证过程计算成本较高,实时性待优化。多源冲突处理在极端情况下仍存在不足,未来需引入自适应机制和更高效的推理验证技术。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在厨房里准备一顿大餐。每个厨师负责不同的菜肴,比如一个负责炒菜,一个负责煮汤,还有一个负责摆盘。每个人都用不同的方法和材料,但都要确保菜肴协调一致,味道好。这个过程就像自动驾驶中的多传感器——每个传感器像厨师一样,提供不同的“菜肴”信息。为了做出一盘完美的菜肴,你需要把这些信息整理、核对,确保没有冲突或错误。本文提出的系统就像一个厨房管理者,能把所有厨师的菜肴信息协调好,确保每道菜都正确无误,然后再把这些信息用在“决策”这个“菜肴”上。这样,自动驾驶的“厨师们”就能合作得更好,做出安全又美味的“菜肴”。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在学校里参加一个团队项目,每个人都带来了自己的想法和资料。有的人带了图片,有的人写了报告,还有的人说了很多建议。有时候,这些资料会出现不一致,比如有人说某个地方很危险,有人说很安全。这时候,你需要一个聪明的朋友帮你整理这些信息,把正确的部分筛出来,冲突的地方解决掉,然后告诉你最靠谱的方案。这个朋友就像论文里的系统,它能把来自不同传感器的“信息”整理成一个清晰的“故事”,确保没有误会或虚假的信息。这样,老师(自动驾驶系统)就能根据这个“故事”做出正确的决定,保证每次出行都安全顺利。这个系统就像一个超级聪明的整理者,帮你把复杂的资料变得简单又可靠。

原文摘要

Reliable autonomous driving requires scene understanding that is semantically consistent across heterogeneous sensors and verifiable at the reasoning stage. However, many recent LLM-driven driving systems attach the language model as a post-processor and force it to reason over redundant or conflicting perception outputs, which can amplify hallucinated entities and unsafe conclusions. This paper proposes InfoCoordiBridge, a BEV-centric neuro-symbolic architecture that inserts an explicit coordination bridge between perception and language reasoning. InfoCoordiBridge comprises (i) a unified multi-agent perception layer that outputs typed structured facts together with modality-focused synopses, (ii) an ICA module that aligns and fuses multi-source outputs into a single SceneSummary, and (iii) an SSRE module that performs SceneSummary-grounded reasoning with verification. Experiments on nuScenes and Waymo show that ICA preserves competitive 3D detection accuracy while substantially improving fusion consistency, reducing redundancy to below 1% and achieving about 98% attribute agreement. On NuScenes-QA and a template-aligned Waymo-QA benchmark, SSRE improves factual grounding and reduces hallucinated entity mentions compared with representative VLM and agentic baselines. Overall, by coordinating multi-sensor outputs into a single conflict-aware SceneSummary before prompting, InfoCoordiBridge prevents redundant and cross-modally inconsistent perception evidence from propagating into high-level reasoning.

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