在实际操作过程中，由于数据集中缺乏场景信息，我们对模型做了适当的调整。在世界模型中（对应上图的Interaction Net），我们仅使用了现有数据集，以及模型能够提供的位置信息和跟踪信息LSTM隐状态信息。最终得到的模型结构设计如下图3所示：

图3 竞赛使用的基于世界模型的预测算法

整个模型基于Seq2Seq结构，主要包含历史轨迹编码模块（Encoder）、世界模型（Interaction Module）和解码预测模块（Decoder）三个部分。其中，编码器的功能在于对行人历史轨迹进行编码，主要提取行人在动态环境中的运动模式；解码器则是利用编码器得到的行人运动模式特征，来预测他们未来的运动轨迹分布。

需要强调一下，在整个编码与解码的过程中，都需要对世界模型进行实时更新（Update）与查询（Query）两种操作。更新操作主要根据时序的推进，将行人的运动信息实时编入世界模型中；查询操作则是根据全局的世界地图以及行人的自身位置，来获取行人当前邻域内的环境特征。

图4 编码阶段

在图4中，展示了我们模型在历史轨迹编码阶段的计算流程。编码阶段共有9个时刻，对应9个历史观测时间点，每个时刻都执行相同的操作。以 t 时刻为例。

首先，将 t 时刻的所有行人坐标数据，包含：

位置集合

速度集合

所有行人跟踪信息（上时刻编码得到的LSTM隐状态）

将以上信息输入到世界模型中更新地图信息，即Update操作。整个Update操作经过MLP、MaxPooling以及GRU等模块获得一个全局的时空地图特征R；然后，每个LSTM（对应一个行人），使用其当前观测时刻的坐标信息：

然后与R进行Attention操作，得到个人领域内的时空特征，最后与他的坐标信息、上时刻隐状态信息一并输入到LSTM并更新LSTM内置状态。

解码预测阶段的流程与历史轨迹编码阶段基本一致，但存在两个细微的不同点：

区别1：编码阶段每个行人对应的LSTM隐状态的初始化为0；而解码阶段，LSTM由编码阶段的LSTM隐状态和噪声共同初始化。

区别2：编码阶段行人对应的LSTM和世界模型使用的是行人历史观测坐标；而解码阶段使用的是上时刻预测的行人坐标。

图5 解码预测阶段

四、数据预处理与后处理

为了对数据有更好的理解，便于使用更适合的模型，我们对训练数据做了一些预处理操作。首先，数据集给出了各个行人的行为标签，这些标签是根据规则得到的，由于我们采用了交互预测的方法，希望模型能自动学习行人与周围主体之间的位置关系、速度关系等，所以我们就不直接使用标注中的“类型”信息；然后这次比赛的数据采集自马路、校园等不同场景中行人的运动轨迹，场景之间的差异性非常大，训练集和测试集数据分布不太一致。

于是，我们做了数据的可视化工作，将所有轨迹数据的起点放置于坐标轴的原点处，根据历史观测轨迹（前9个时刻）终点的位置朝向，将所有轨迹分为4类：沿左上方运动（top－left moving）、沿右上方运动（top－right moving）、沿左下方运动（bottom－left moving）和沿右下方运动（bottom－right moving）。分布的结果如图6所示，可以发现，训练集和测试集的数据分布存在一定的差距。

图6 训练集与测试集历史观测轨迹中行人运动方向分布