自動駕駛技術虛擬場景數(shù)據(jù)庫的介紹和特點及仿真場景的詳細概述

駕駛場景數(shù)據(jù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)與測試的基礎數(shù)據(jù)資源，是評價智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能安全的重要“案例庫”與“習題集”，是重新定義智能汽車等級的關鍵數(shù)據(jù)依據(jù)。駕駛場景測試用例主要通過虛擬仿真環(huán)境及工具鏈進行復現(xiàn)，因此建設虛擬場景數(shù)據(jù)庫是連接場景數(shù)據(jù)與場景應用的關鍵橋梁。虛擬場景數(shù)據(jù)庫具有無限性、擴展性、批量化、自動化的特點。

中國汽車技術研究中心有限公司數(shù)據(jù)資源中心自2015年開展駕駛場景數(shù)據(jù)采集及分析研究工作以來，不斷積累自然駕駛場景資源，目前已采集超過32萬公里自然駕駛里程數(shù)據(jù)，地域覆蓋北京、天津、上海等重點城市，工況覆蓋高速、城市、鄉(xiāng)村、停車場等重點領域，環(huán)境覆蓋晴天、雨天、雪天、霧霾等多種天氣，范圍覆蓋典型場景、邊角場景、事故場景等多種類型，已建設成為首屈一指的中國特色駕駛場景數(shù)據(jù)庫。經(jīng)過多年的經(jīng)驗積累，數(shù)據(jù)資源中心逐步形成了完善的數(shù)據(jù)采集規(guī)范、數(shù)據(jù)處理流程、特征提取方法、場景數(shù)據(jù)庫結(jié)構規(guī)范、測試用例數(shù)據(jù)格式、駕駛場景虛擬仿真測試方法等理論體系。

為充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資源中心現(xiàn)有駕駛場景數(shù)據(jù)的應用價值，迎合企業(yè)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)驗證方面的場景需求，解決行業(yè)在本土化功能安全評價方面的痛點問題，數(shù)據(jù)資源中心擬基于駕駛場景數(shù)據(jù)建設方面的技術積累，從數(shù)據(jù)采集、處理分析、虛擬仿真和評價體系等多個層面對“智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛場景數(shù)據(jù)庫研究與應用”進行專題報道，進而為行業(yè)提供切實可行的技術支持。專題報道將分為8期進行，本期著重介紹在虛擬場景數(shù)據(jù)庫建設方面的整體思路與最新成果。

虛擬場景數(shù)據(jù)庫建設

虛擬場景數(shù)據(jù)庫：駕駛場景數(shù)據(jù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)與測試的基礎數(shù)據(jù)資源，是評價智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能安全的重要“案例庫”與“習題集”，是重新定義智能汽車等級的關鍵數(shù)據(jù)依據(jù)。駕駛場景測試用例主要通過虛擬仿真環(huán)境及工具鏈進行復現(xiàn)，因此建設虛擬場景數(shù)據(jù)庫是連接場景數(shù)據(jù)與場景應用的關鍵橋梁。

虛擬場景數(shù)據(jù)庫的特點：虛擬場景數(shù)據(jù)庫具有無限性、擴展性、批量化、自動化的特點。

1、無限性：虛擬場景數(shù)據(jù)庫主要由測試用例經(jīng)虛擬仿真建模得到，測試用例來源于功能場景與邏輯場景，由于場景參數(shù)分布的連續(xù)性以及場景元素排列組合的多樣性，測試用例是不能窮舉的，隨著場景個數(shù)的不斷積累，虛擬場景數(shù)據(jù)庫不斷豐富，虛擬場景數(shù)據(jù)庫也是無限量的。

2、擴展性：構成場景的關鍵要素包括靜態(tài)要素、動態(tài)要素以及駕駛員行為要素，要素的不同排列組合及遍歷取值更豐富地擴展了虛擬場景庫的邊界，使得虛擬場景庫的個數(shù)呈比例式增長。例如，同一個測試場景通過改變天氣狀況、光照條件、交通參與物個數(shù)及位置能夠擴展更為豐富的測試用例。

3、批量化：借助虛擬仿真工具鏈開發(fā)標準的駕駛場景數(shù)據(jù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)測試用例的批量化導入及建模，并利用高性能仿真服務器實現(xiàn)批量化的仿真測試，節(jié)約時間成本與人力成本。

4、自動化：可實現(xiàn)自動化測試是虛擬場景數(shù)據(jù)庫的另一個特點。測試用例的評價規(guī)則將被寫進數(shù)據(jù)庫，當仿真測試結(jié)束后，結(jié)合被測對象的性能表現(xiàn)，自動化給出綜合評價結(jié)果和指標。

虛擬場景數(shù)據(jù)庫的建設：場景數(shù)據(jù)格式、虛擬仿真工具鏈與測試用例評價體系是構建虛擬場景數(shù)據(jù)庫的主要環(huán)節(jié)。測試用例首先需要定義為標準的數(shù)據(jù)格式，目前國際通用數(shù)據(jù)格式包括OpenDrive及OpenScenario等，數(shù)據(jù)資源中心同時在積極開發(fā)符合中國駕駛場景特點的層次化場景數(shù)據(jù)格式，滿足多種工具鏈的接口需求；虛擬仿真工具鏈是構建虛擬場景庫的關鍵，目前國內(nèi)外有10余種虛擬仿真工具能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛場景的靜/動態(tài)特征建模、環(huán)境渲染、實時仿真，極大地豐富了虛擬場景庫的應用模式與應用領域，選擇合適的工具鏈是構建具有典型性、普適性、代表性虛擬場景庫的重要環(huán)節(jié)。虛擬測試用例的評價體系建設是場景數(shù)據(jù)應用的重中之重，數(shù)據(jù)資源中心從法規(guī)要求、功能安全、算法有效性等多個方面綜合提出了自動駕駛虛擬仿真測試評價體系，增強了駕駛場景支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)與測試的現(xiàn)實意義。

虛擬場景數(shù)據(jù)庫的分類：數(shù)據(jù)資源中心將仿真場景劃分為自然駕駛場景、危險工況場景、法律規(guī)范場景、參數(shù)重組場景四類，包括不同自然條件（天氣、光線等），不同道路類型（路面狀態(tài)、車道線類型等），不同交通參與者（車輛、行人位置速度等），不同環(huán)境類型（高速、小區(qū)、商場、鄉(xiāng)村等）在內(nèi)的多類型虛擬仿真測試用例。

自然駕駛仿真場景——充分測試場景

自然駕駛仿真場景來源于數(shù)據(jù)中心采集的駕駛場景數(shù)據(jù)庫以及企業(yè)的道路測試場景。自然駕駛仿真場景能夠很好地體現(xiàn)測試的隨機性、復雜性及典型性區(qū)域特點。目前數(shù)據(jù)中心已采集32萬公里的自然駕駛場景數(shù)據(jù)，經(jīng)過成熟的場景劃分方法生成了上千種典型測試用例，基于每日更新測試用例數(shù)據(jù)的建設機制，不斷豐富和完善自然駕駛仿真場景庫。

危險工況仿真場景——必要測試場景

危險工況仿真場景主要涵蓋惡劣天氣環(huán)境、復雜道路交通以及典型交通事故三大類仿真場景。數(shù)據(jù)資源中心從大量自然駕駛場景數(shù)據(jù)庫中，通過對場景進行參數(shù)化統(tǒng)計分析，提煉出不同影響因素下的危險工況測試用例，其中包括天氣光線、地理地形、交通擁堵、路面結(jié)構、特殊障礙物等因素引起的易發(fā)性危險場景案例。另外，數(shù)據(jù)資源中心通過對這些危險工況數(shù)據(jù)進行分析錄入和仿真場景搭建，將危險工況場景參數(shù)化，以用于更多極限和邊緣場景的擴展生成。

標準法規(guī)仿真場景——基礎測試場景

標準法規(guī)測試場景是自動駕駛功能在研發(fā)和認證階段需要滿足的基本場景，數(shù)據(jù)中心始終緊跟自動駕駛政策發(fā)展動態(tài)，已基于ISO、NHTSA、ENCAP、CNCAP等多項標準、評價規(guī)程構建了20余種標準仿真測試場景，支持AEB、ACC、LKA、APA等多種自動駕駛功能的仿真驗證，同時貫通了標準場景的自動化測試流程。

參數(shù)重組仿真場景——補充測試場景

參數(shù)重組仿真場景旨在將已有仿真場景進行參數(shù)化設置并完成仿真場景的隨機生成或自動重組，進而補充大量未知工況的測試場景，有效覆蓋自動駕駛功能測試盲區(qū)。參數(shù)重組的仿真場景可以是法規(guī)場景、自然場景和危險場景。通過不同交通要素的參數(shù)設置可以重組法規(guī)場景；使用參數(shù)隨機生成算法可以重組自然場景；針對危險場景的重組，數(shù)據(jù)資源中心通過自動化測試尋找邊緣場景，計算邊緣場景的參數(shù)權重，擴大權重高的危險因子參數(shù)范圍，可實現(xiàn)更多危險仿真測試場景的自動化生成。