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自动驾驶感知实战：PETRV2-BEV模型demo运行指南

1. 引言

随着自动驾驶技术的快速发展，基于鸟瞰图（Bird's Eye View, BEV）的感知系统逐渐成为主流架构。PETRv2 是一种先进的视觉BEV检测方法，通过将相机视图特征与空间位置编码结合，直接在3D空间中进行目标检测，无需显式地进行视图变换。本文将以 Paddle3D 框架为基础，详细介绍如何部署并运行 PETRv2-BEV 模型的完整流程，涵盖环境配置、数据准备、模型训练、评估、导出及可视化等关键步骤。

本教程特别适用于希望快速上手 BEV 感知模型研发的工程师和研究人员，并以 NuScenes v1.0-mini 数据集为示例，提供可复现的操作路径。同时，我们也扩展支持 Xtreme1 数据集的训练流程，便于在不同场景下验证模型泛化能力。

2. 准备环境

2.1 进入 paddle3d_env conda 环境

首先确保已安装 Anaconda 或 Miniconda，并成功配置了 Paddle3D 所需的虚拟环境paddle3d_env。激活该环境是后续所有操作的前提：

conda activate paddle3d_env

提示：若尚未创建此环境，请参考 Paddle3D 官方文档 完成依赖安装与环境构建。

3. 下载依赖

3.1 下载预训练权重

为了加速训练过程并提升收敛效果，我们使用官方提供的 PETRv2 预训练模型参数。执行以下命令将其下载至工作目录：

wget -O /root/workspace/model.pdparams https://paddle3d.bj.bcebos.com/models/petr/petrv2_vovnet_gridmask_p4_800x320/model.pdparams

该权重文件基于完整的 NuScenes 训练集训练得到，适合作为迁移学习的起点。

3.2 下载 NuScenes v1.0-mini 数据集

NuScenes v1.0-mini 是完整数据集的一个小型子集，包含约 5% 的样本，适合用于调试和快速验证流程。执行以下命令完成下载与解压：

wget -O /root/workspace/v1.0-mini.tgz https://www.nuscenes.org/data/v1.0-mini.tgz mkdir -p /root/workspace/nuscenes tar -xf /root/workspace/v1.0-mini.tgz -C /root/workspace/nuscenes

解压后，/root/workspace/nuscenes/目录应包含samples、sweeps、maps和v1.0-mini子目录。

4. 训练 NuScenes v1.0-mini 数据集

4.1 准备数据集

进入 Paddle3D 主目录，并生成适用于 PETR 模型的数据标注信息：

cd /usr/local/Paddle3D rm /root/workspace/nuscenes/petr_nuscenes_annotation_* -f python3 tools/create_petr_nus_infos.py --dataset_root /root/workspace/nuscenes/ --save_dir /root/workspace/nuscenes/ --mode mini_val

该脚本会生成两个 JSON 文件：

• petr_nuscenes_annotation_train.json：训练集标注
• petr_nuscenes_annotation_val.json：验证集标注

这些文件包含了图像路径、标定参数、3D 检测框等必要信息。

4.2 测试精度（加载预训练模型）

在开始训练前，先对原始预训练模型在 mini 数据集上的性能进行评估：

python tools/evaluate.py \ --config configs/petr/petrv2_vovnet_gridmask_p4_800x320_nuscene.yml \ --model /root/workspace/model.pdparams \ --dataset_root /root/workspace/nuscenes/

输出结果如下：

mAP: 0.2669 mATE: 0.7448 mASE: 0.4621 mAOE: 1.4553 mAVE: 0.2500 mAAE: 1.0000 NDS: 0.2878 Eval time: 5.8s Per-class results: Object Class AP ATE ASE AOE AVE AAE car 0.446 0.626 0.168 1.735 0.000 1.000 truck 0.381 0.500 0.199 1.113 0.000 1.000 bus 0.407 0.659 0.064 2.719 0.000 1.000 trailer 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 construction_vehicle 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 pedestrian 0.378 0.737 0.263 1.259 0.000 1.000 motorcycle 0.356 0.748 0.314 1.410 0.000 1.000 bicycle 0.063 0.760 0.236 1.862 0.000 1.000 traffic_cone 0.637 0.418 0.377 nan nan nan barrier 0.000 1.000 1.000 1.000 nan nan

可见，在未微调的情况下，模型在 car、truck、bus 和 pedestrian 类别上有一定检测能力，但 trailer、bicycle 等类别表现较差，说明需要针对小规模数据集进行 fine-tuning。

4.3 开始训练

使用以下命令启动训练任务：

python tools/train.py \ --config configs/petr/petrv2_vovnet_gridmask_p4_800x320_nuscene.yml \ --model /root/workspace/model.pdparams \ --dataset_root /root/workspace/nuscenes/ \ --epochs 100 \ --batch_size 2 \ --log_interval 10 \ --learning_rate 1e-4 \ --save_interval 5 \ --do_eval

参数说明：

• --epochs 100：训练 100 轮
• --batch_size 2：每批次处理 2 帧数据（受限于显存）
• --learning_rate 1e-4：初始学习率
• --do_eval：每个保存周期后执行一次验证
• --save_interval 5：每 5 个 epoch 保存一次检查点

训练过程中，日志和模型将保存在output/目录下。

4.4 可视化训练曲线

使用 VisualDL 工具查看 Loss 和 Metric 曲线变化：

visualdl --logdir ./output/ --host 0.0.0.0

若在远程服务器运行，可通过 SSH 端口转发将本地浏览器连接到服务端界面：

ssh -p 31264 -L 0.0.0.0:8888:localhost:8040 root@gpu-09rxs0pcu2.ssh.gpu.csdn.net

随后访问http://localhost:8888即可查看实时训练曲线，包括总损失、分类损失、回归损失以及 mAP 等指标的变化趋势。

4.5 导出推理模型

训练完成后，将最优模型导出为静态图格式，供后续部署使用：

rm -rf /root/workspace/nuscenes_release_model mkdir -p /root/workspace/nuscenes_release_model python tools/export.py \ --config configs/petr/petrv2_vovnet_gridmask_p4_800x320_nuscene.yml \ --model output/best_model/model.pdparams \ --save_dir /root/workspace/nuscenes_release_model

导出后的模型包含model.pdmodel、model.pdiparams和deploy.yaml，可用于 Paddle Inference 或 Triton 推理服务器部署。

4.6 运行 DEMO 并可视化结果

最后，执行 demo 脚本来展示模型的实际检测效果：

python tools/demo.py /root/workspace/nuscenes/ /root/workspace/nuscenes_release_model nuscenes

程序将在output/demo/目录下生成带 3D 检测框叠加的图像序列，直观展示 BEV 检测结果。你可以打开这些图片或视频来验证模型是否正确识别出车辆、行人等对象。

5. 训练 Xtreme1 数据集（可选）

Xtreme1 是一个更具挑战性的自动驾驶数据集，覆盖极端天气、低光照等复杂场景。以下步骤演示如何在该数据集上复用 PETRv2 模型。

5.1 准备数据集

假设你已经下载了 Xtreme1 格式的 NuScenes 数据至/root/workspace/xtreme1_nuscenes_data/，执行以下命令生成标注文件：

cd /usr/local/Paddle3D rm /root/workspace/xtreme1_nuscenes_data/petr_nuscenes_annotation_* -f python3 tools/create_petr_nus_infos_from_xtreme1.py /root/workspace/xtreme1_nuscenes_data/

该脚本会自动解析 Xtreme1 的元数据结构并生成兼容 PETR 的 JSON 标注。

5.2 测试精度（零样本迁移）

使用原始预训练模型进行初步评估：

python tools/evaluate.py \ --config configs/petr/petrv2_vovnet_gridmask_p4_800x320.yml \ --model /root/workspace/model.pdparams \ --dataset_root /root/workspace/xtreme1_nuscenes_data/

输出结果如下：

mAP: 0.0000 mATE: 1.0703 mASE: 0.8296 mAOE: 1.0807 mAVE: 0.6250 mAAE: 1.0000 NDS: 0.0545 Eval time: 0.5s Per-class results: Object Class AP ATE ASE AOE AVE AAE car 0.000 1.308 0.232 2.074 0.000 1.000 truck 0.000 1.114 0.621 0.042 0.000 1.000 bus 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 trailer 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 construction_vehicle 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 pedestrian 0.000 1.280 0.444 1.611 0.000 1.000 motorcycle 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 bicycle 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 traffic_cone 0.000 1.000 1.000 nan nan nan barrier 0.000 1.000 1.000 1.000 nan nan

结果显示模型在 Xtreme1 上几乎无法检测任何物体（AP 全为 0），表明跨域适应性差，必须进行针对性训练。

5.3 开始训练

启动训练任务：

python tools/train.py \ --config configs/petr/petrv2_vovnet_gridmask_p4_800x320.yml \ --model /root/workspace/model.pdparams \ --dataset_root /root/workspace/xtreme1_nuscenes_data/ \ --epochs 100 \ --batch_size 2 \ --log_interval 10 \ --learning_rate 1e-4 \ --save_interval 5 \ --do_eval

建议根据实际 GPU 显存调整 batch size，必要时启用梯度累积。

5.4 导出推理模型

训练结束后导出模型：

rm -rf /root/workspace/xtreme1_release_model mkdir /root/workspace/xtreme1_release_model python tools/export.py \ --config configs/petr/petrv2_vovnet_gridmask_p4_800x320.yml \ --model output/best_model/model.pdparams \ --save_dir /root/workspace/xtreme1_release_model

5.5 运行 DEMO

运行 demo 查看检测效果：

python tools/demo.py /root/workspace/xtreme1_nuscenes_data/ /root/workspace/xtreme1_release_model xtreme1

生成的结果图像将反映模型在恶劣条件下的感知能力，可用于进一步分析鲁棒性瓶颈。

6. 总结

本文详细介绍了基于 Paddle3D 框架运行 PETRv2-BEV 模型的全流程，从环境搭建、数据准备、模型评估与训练，到最终的推理部署与可视化，形成了完整的闭环实践路径。

主要收获包括：

1. 快速验证流程：利用预训练模型 + mini 数据集可在短时间内完成端到端测试。
2. 灵活适配新数据集：通过自定义 info 生成脚本，可轻松接入 Xtreme1 等外部数据集。
3. 工程化部署支持：导出的 Paddle Inference 模型具备生产级部署潜力。
4. 可视化辅助分析：VisualDL 与 demo 工具帮助理解训练动态与检测质量。

未来可进一步探索方向包括：

• 多卡分布式训练优化
• 数据增强策略改进（如时间序列融合）
• 模型轻量化与边缘设备部署

掌握这一整套流程，有助于深入理解 BEV 感知范式的技术细节，并为构建更强大的自动驾驶感知系统打下坚实基础。

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