端帥,王霽宇,秦孔建,楊智博
(1.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司,天津 300300;2.中汽研汽車檢驗(yàn)中心(天津)有限公司,天津 300399;3.中汽科技(北京)有限公司,北京 100176;4.機(jī)械科學(xué)研究總院-中汽認(rèn)證中心有限公司,北京 100044)
隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的創(chuàng)新和迭代,智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不斷更新和完善。高級(jí)駕駛自動(dòng)化智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)該具備環(huán)境感知、智能決策和協(xié)同控制等能力,實(shí)現(xiàn)安全、高效、舒適的自動(dòng)駕駛功能。高級(jí)駕駛自動(dòng)化智能網(wǎng)聯(lián)汽車的技術(shù)發(fā)展需要依托新的測(cè)試評(píng)價(jià)方法體系以及驗(yàn)證工具平臺(tái)。2022年9月,《國(guó)家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(智能網(wǎng)聯(lián)汽車)(2022年版)》組織開(kāi)展征求意見(jiàn),提出智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)中的關(guān)鍵要素,創(chuàng)建以評(píng)價(jià)及審核能力、管理及開(kāi)發(fā)流程、測(cè)試設(shè)備及工具、測(cè)試場(chǎng)景為核心的全新測(cè)試評(píng)價(jià)系列標(biāo)準(zhǔn),為建立包括仿真試驗(yàn)、場(chǎng)地試驗(yàn)、道路試驗(yàn)及審核評(píng)估在內(nèi)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車“多支柱法”測(cè)評(píng)認(rèn)證體系提供基礎(chǔ)支撐[1]。聯(lián)合國(guó)自動(dòng)駕駛驗(yàn)證方法非正式工作組(VMAD IWG)[2]提出了模擬仿真測(cè)試、封閉場(chǎng)地測(cè)試、實(shí)際道路測(cè)試、審核評(píng)估和在用監(jiān)測(cè)報(bào)告5種測(cè)試評(píng)估方法,促進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和行業(yè)規(guī)范的發(fā)展。國(guó)際汽車制造商協(xié)會(huì)(OICA)[3]提出了由審核評(píng)估(包含模擬仿真測(cè)試)、封閉場(chǎng)地測(cè)試和實(shí)際道路測(cè)試組成的智能網(wǎng)聯(lián)汽車“三支柱”測(cè)試認(rèn)證方法。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)[4]提出了基于場(chǎng)景的測(cè)試方法是實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全測(cè)試評(píng)估的重要方法,按照測(cè)試手段可以分為模擬仿真測(cè)試、封閉場(chǎng)地測(cè)試和實(shí)際道路測(cè)試。
測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以“多支柱法”為指導(dǎo),通過(guò)模擬仿真測(cè)試、封閉場(chǎng)地測(cè)試、實(shí)際道路測(cè)試等方法驗(yàn)證自動(dòng)駕駛汽車的智能化和網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)能力。模擬仿真測(cè)試[5]具有高效率、低成本、高安全和高覆蓋度的優(yōu)勢(shì),是驗(yàn)證高級(jí)自動(dòng)化智能網(wǎng)聯(lián)汽車算法缺陷、功能不足的重要手段,但存在測(cè)試環(huán)境真實(shí)性、仿真建模可信度和工具鏈置信度的難題。上述影響因素可能使得真實(shí)的場(chǎng)景環(huán)境和車輛動(dòng)態(tài)無(wú)法完全映射到虛擬的測(cè)試環(huán)境中。封閉場(chǎng)地測(cè)試[6]通過(guò)在受控的場(chǎng)地內(nèi)搭建各類可重復(fù)的交通場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試能夠加速測(cè)試進(jìn)程減少測(cè)試風(fēng)險(xiǎn),是自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試前必不可少的環(huán)節(jié)。目前自動(dòng)駕駛汽車在封閉場(chǎng)地的測(cè)試功能和場(chǎng)景較為單一,難以滿足目前多種技術(shù)形式、不同自動(dòng)駕駛等級(jí)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試需求。
相比于模擬仿真測(cè)試和封閉場(chǎng)地測(cè)試,實(shí)際道路測(cè)試[7]能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛汽車提供真實(shí)復(fù)雜的交通環(huán)境,滿足其必要的設(shè)計(jì)運(yùn)行條件要求,利用實(shí)際道路的隨機(jī)目標(biāo)和事件,充分地驗(yàn)證其執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)的功能和性能表現(xiàn)。實(shí)際道路測(cè)試評(píng)價(jià)作為高級(jí)自動(dòng)化自動(dòng)駕駛汽車的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車真正落地的至關(guān)重要的組成部分。此外,基于場(chǎng)景的自動(dòng)駕駛汽車安全測(cè)試“三支柱”評(píng)估方法指出實(shí)際道路測(cè)試評(píng)價(jià)體系需要以里程、時(shí)長(zhǎng)和ODC要素的全面覆蓋為基礎(chǔ),針對(duì)真實(shí)的交通場(chǎng)景下的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開(kāi)展測(cè)試和評(píng)價(jià)。因此,高級(jí)駕駛自動(dòng)化自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試評(píng)價(jià)需要依托標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的建設(shè)和測(cè)試評(píng)價(jià)、系統(tǒng)驗(yàn)證方法的設(shè)計(jì)來(lái)開(kāi)展多維度測(cè)試評(píng)價(jià)的研究。
2021年7月,三部委印發(fā)了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試與示范應(yīng)用管理規(guī)范(試行)》[8],為智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試和評(píng)價(jià)提供了政策支撐。2021年12月,智能網(wǎng)聯(lián)汽車分標(biāo)委組織制定的汽車推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛功能道路試驗(yàn)方法及要求》組織開(kāi)展征求意見(jiàn),為智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試提供了參考和依據(jù),推動(dòng)了測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[7]的研究和發(fā)展。實(shí)際道路測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)是驗(yàn)證ADV安全和效率的必要手段,對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的迭代和商業(yè)化具有至關(guān)重要[9]。
自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試從需求分析、設(shè)計(jì)測(cè)試到實(shí)際運(yùn)行,是智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)一個(gè)大的階段性跨越。實(shí)際道路測(cè)試過(guò)程采集的海量數(shù)據(jù)要求測(cè)試設(shè)備和方法更加系統(tǒng)全面,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更加規(guī)范和安全,數(shù)據(jù)處理更加靈活和方便。但是海量的測(cè)試數(shù)據(jù)管理相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)還比較薄弱[10]。自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)承載著海量的數(shù)據(jù)處理,且數(shù)據(jù)類型多樣化、來(lái)源多元化,涉及了產(chǎn)業(yè)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)的平臺(tái)間交互融合,要建立一個(gè)統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)維管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)時(shí)掌握設(shè)備情況,為運(yùn)營(yíng)管理人員提供日志分析、故障診斷工具。實(shí)際道路測(cè)試與評(píng)價(jià)作為自動(dòng)駕駛汽車安全行駛的不可或缺的環(huán)節(jié),是促使自動(dòng)駕駛汽車平穩(wěn)落地的基礎(chǔ)前提[11]。
本文針對(duì)以上分析,從面向支撐自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)評(píng)系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)及測(cè)試流程方面,綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)處理和云計(jì)算平臺(tái)等技術(shù)手段,提出了一套面向高級(jí)駕駛自動(dòng)化自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試評(píng)價(jià)的系統(tǒng)方案架構(gòu),并通過(guò)具備高級(jí)領(lǐng)航輔助駕駛車輛的實(shí)際道路測(cè)試,驗(yàn)證了可行性。
基于自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試和評(píng)價(jià)需求與特點(diǎn),系統(tǒng)能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間、高里程、多任務(wù)、大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算。自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)主要分為車端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心云端系統(tǒng)。
車端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)搭載各類數(shù)據(jù)采集硬件模塊,運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件,完成車端測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。車端測(cè)試設(shè)備主要包括CAN/CANFD/LIN/FLEXray協(xié)議總線接口卡、車載以太網(wǎng)設(shè)備、慣導(dǎo)&GPS組合導(dǎo)航設(shè)備、激光雷達(dá)和智能視覺(jué)感知設(shè)備、參考音視頻設(shè)備、多目標(biāo)車通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備和光照、溫濕度環(huán)境設(shè)備等。車端軟件工具鏈運(yùn)行在數(shù)據(jù)記錄工控機(jī)上,通過(guò)腳本自動(dòng)實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行和停止功能;具備特定事件的狀態(tài)觸發(fā)和時(shí)刻觸發(fā),自動(dòng)觸發(fā)邏輯條件可通過(guò)信號(hào)庫(kù)函數(shù)或其他自定義函數(shù)編輯;通過(guò)聲音報(bào)警和畫面提醒方式監(jiān)控各路數(shù)據(jù)采集通道狀態(tài);實(shí)時(shí)上傳測(cè)試車輛的位置、駕駛狀態(tài)和行程狀態(tài)等信息至數(shù)據(jù)中心云端。車端采集的測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和格式具有通用性,能夠應(yīng)用在不同的采集工具鏈;測(cè)試數(shù)據(jù)在線傳輸和離線存儲(chǔ)具備安全機(jī)制;測(cè)試數(shù)據(jù)能夠以高帶寬數(shù)據(jù)傳輸能力進(jìn)行讀取和寫入。測(cè)試數(shù)據(jù)的核心數(shù)據(jù)能夠以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)至云端數(shù)據(jù)中心。
數(shù)據(jù)中心云端基于大數(shù)據(jù)和與云計(jì)算技術(shù)對(duì)自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試過(guò)程進(jìn)行監(jiān)管、測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和項(xiàng)目任務(wù)協(xié)同管理。數(shù)據(jù)中心云端能夠結(jié)合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備,以高帶寬存儲(chǔ)方式將離線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至服務(wù)器云端。數(shù)據(jù)中心云端具備權(quán)限管理功能,不同的賬戶、角色和應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)隔離;車端多任務(wù)項(xiàng)目協(xié)同監(jiān)控和管理;測(cè)試數(shù)據(jù)清洗、加密、高速上傳及真值處理;離線測(cè)試數(shù)據(jù)和處理分析的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行同步回放;參數(shù)化場(chǎng)景提取腳本構(gòu)建測(cè)試指標(biāo)提取規(guī)則,完成數(shù)據(jù)提取、切片和管理;根據(jù)測(cè)試指標(biāo)需求,采用參數(shù)化腳本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析評(píng)測(cè)、構(gòu)建測(cè)試評(píng)價(jià)模板和生成對(duì)應(yīng)測(cè)試報(bào)告。
針對(duì)自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試業(yè)務(wù)需求,測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需要滿足車端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施要求和數(shù)據(jù)中心云端系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施要求。
隨著自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不斷發(fā)展,設(shè)計(jì)出一個(gè)良好的、高效的車載終端系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)保障。車端數(shù)采系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集需要具有準(zhǔn)確性。車端采集系統(tǒng)在實(shí)際道路測(cè)試中相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)或性能的觀測(cè)值與其真值的接近程度。不同的測(cè)試設(shè)備需要能夠?qū)⒆R(shí)別和輸出的數(shù)據(jù)信息穩(wěn)定維持在一定的誤差區(qū)間,且保證數(shù)采系統(tǒng)的輸出精確度,才能更好驗(yàn)證車端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測(cè)試能力,確認(rèn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有效性。車端測(cè)試設(shè)備的布局靈活,可以實(shí)現(xiàn)X/Y/Z三坐標(biāo)的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn);設(shè)備之間安裝位置不發(fā)生干涉,且留有散熱間隙;設(shè)備連接線按照不同的功能用途進(jìn)行布線。通過(guò)安裝、拆卸靈活性,滿足車端測(cè)試設(shè)備的可移植性。車端測(cè)試設(shè)備電氣系統(tǒng)獨(dú)立供電,線束注明電氣編號(hào)以便檢修設(shè)備故障。安裝位置科學(xué)合理,避免因設(shè)備電磁干擾,導(dǎo)致設(shè)備供電高低壓。
基于自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)需求,基礎(chǔ)設(shè)施使用具備虛擬化技術(shù)、分布式存儲(chǔ)和資源調(diào)度能力的云服務(wù)器平臺(tái)[12~14]實(shí)現(xiàn)。云服務(wù)器平臺(tái)主要基于高性能計(jì)算節(jié)點(diǎn)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)交換管理設(shè)備和用于管理數(shù)據(jù)中心的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成,能夠創(chuàng)建多個(gè)虛擬化界面、保障數(shù)據(jù)安全的軟硬件系統(tǒng)在內(nèi)的綜合數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心云端的基礎(chǔ)設(shè)施具備計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和網(wǎng)絡(luò)能力,同時(shí)合理協(xié)同調(diào)配這些能力到其所需要的地方。同時(shí),還需要搭配云監(jiān)控、云防護(hù)等措施,保證整個(gè)云平臺(tái)的安全和穩(wěn)定。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用分布式集群架構(gòu),元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)有冗余設(shè)計(jì),性能、容量隨節(jié)點(diǎn)數(shù)增加而線性增加;數(shù)據(jù)計(jì)算模塊支持橫向擴(kuò)展,同一節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)和融合;備份集群系統(tǒng)數(shù)據(jù)和虛擬機(jī)實(shí)例快照;集群網(wǎng)絡(luò)具有端口聚合和堆疊,配置管理端口和web界面,實(shí)現(xiàn)多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集中式的遠(yuǎn)程管理平臺(tái);在同一個(gè)管理界面中監(jiān)控和管理計(jì)算、存儲(chǔ)、交換機(jī)、虛擬化平臺(tái)等。機(jī)柜柜體具有靜電防護(hù)和電磁屏蔽,供電單元防過(guò)載、過(guò)壓和浪涌,UPS不間斷電源供電和科學(xué)的散熱空間。
服務(wù)器數(shù)據(jù)安全和保護(hù)是自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)使用的基礎(chǔ)要求,尤其在網(wǎng)絡(luò)安全、操作系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全方面。
數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用專業(yè)的主備防火墻冗余設(shè)計(jì),加強(qiáng)入侵檢測(cè)和部分異常、惡意流量阻隔;設(shè)計(jì)負(fù)載均衡和分布式集群防御策略,及時(shí)調(diào)度和切換故障節(jié)點(diǎn)。操作系統(tǒng)定期安全檢測(cè),及時(shí)更新系統(tǒng)和軟件補(bǔ)丁防止病毒入侵。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)具有存儲(chǔ)磁盤損壞時(shí)服務(wù)不中斷、數(shù)據(jù)不丟失,為不同的數(shù)據(jù)提供不同的保護(hù)級(jí)別;具有備份超融合集群系統(tǒng)數(shù)據(jù)、虛擬機(jī)實(shí)例快照備份功能;具有備份存儲(chǔ)物理設(shè)備,可通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù);具有磁盤或者存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)。定期進(jìn)行磁帶備份、數(shù)據(jù)庫(kù)備份、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)備份和更新、遠(yuǎn)程鏡像操作等。通過(guò)設(shè)定訪問(wèn)權(quán)對(duì)訪問(wèn)人員身份進(jìn)行核查,只有滿足訪問(wèn)要求的人員,才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)登入,以此保證服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)安全。
自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)以云管端的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和執(zhí)行,設(shè)計(jì)云-車為主從關(guān)系。系統(tǒng)云端下發(fā)測(cè)試任務(wù)和監(jiān)控測(cè)試過(guò)程,車端執(zhí)行測(cè)試任務(wù)和上傳測(cè)試過(guò)程。
在實(shí)際道路測(cè)試過(guò)程中,車輛系統(tǒng)通過(guò)搭載工控機(jī)、定位慣導(dǎo)、激光雷達(dá)、智能攝像頭和參考視像頭等測(cè)試設(shè)備,同步采集車輛總線、道路交通、天氣環(huán)境、光照以及駕駛員行為等數(shù)據(jù)信息。通過(guò)車端獲取的測(cè)試數(shù)據(jù)主要分為實(shí)時(shí)在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和離線處理分析數(shù)據(jù)兩部分。實(shí)時(shí)在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)按照具體需求通過(guò)云-車專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)回傳,包括車輛的測(cè)試時(shí)間、地點(diǎn)、時(shí)長(zhǎng)、里程、車輛駕駛狀態(tài)、道路類型、天氣環(huán)境以及例如車速、加速度、轉(zhuǎn)向等車輛行駛動(dòng)態(tài)信息。離線數(shù)據(jù)包括車輛總線數(shù)據(jù),外接定位、感知傳感器數(shù)據(jù),參考音視頻數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。離線數(shù)據(jù)以高帶寬接口快速傳輸至服務(wù)器,自動(dòng)進(jìn)行清洗、篩選和分庫(kù)分表等。通過(guò)設(shè)定由項(xiàng)目信息、車輛信息和自定義信息組成的行程字段的方式與云端服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)、關(guān)聯(lián),獲取對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以根據(jù)評(píng)價(jià)需求,設(shè)計(jì)自定義和參數(shù)化腳本程序,用于場(chǎng)景提取、行程評(píng)測(cè)、事件評(píng)測(cè)、場(chǎng)景評(píng)測(cè)和報(bào)告可視化。自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足不同用戶、不同項(xiàng)目、不同車輛、不同任務(wù)的多維度協(xié)同管理和數(shù)據(jù)隔離。
自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)框架主要分為車端系統(tǒng)框架和數(shù)據(jù)中心云端框架兩部分。
車端采集系統(tǒng)框架分為電源子系統(tǒng)、定位子系統(tǒng)、真值感知子系統(tǒng)、參考音視頻子系統(tǒng)和采集存儲(chǔ)子系統(tǒng)等,能夠滿足開(kāi)展測(cè)試評(píng)價(jià)的技術(shù)需求。電源子系統(tǒng)需要對(duì)各個(gè)小的用電設(shè)備系統(tǒng)的供電需求進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)出總體的電氣系統(tǒng),便于總體電氣系統(tǒng)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的供電電源進(jìn)行管理。定位子系統(tǒng)能夠輸出自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車輛的運(yùn)行軌跡,高精度定位車輛的行駛狀態(tài)和位置,結(jié)合移動(dòng)差分定位模塊和輪速計(jì)算模塊,為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)汽車實(shí)際道路測(cè)試提供可靠的定位數(shù)據(jù)。真值感知子系統(tǒng)主要由激光雷達(dá)和智能攝像頭組合,能夠?qū)B續(xù)駕駛環(huán)境中的動(dòng)靜態(tài)目標(biāo)進(jìn)行正確識(shí)別,包含轎車,卡車,行人,兩輪車等,并且能夠精確測(cè)量和標(biāo)注感知的目標(biāo)物數(shù)據(jù),例如主車與相鄰目標(biāo)車之間的橫、縱向距離、速度、加速度、位置等信息。參考音視頻子系統(tǒng)能夠獲取實(shí)際道路測(cè)試過(guò)程車內(nèi)外的音視頻數(shù)據(jù),例如高清分辨率視頻參考攝像頭,清晰記錄實(shí)際道路測(cè)試場(chǎng)景信息。采集存儲(chǔ)子系統(tǒng)具有高性能工業(yè)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)能力,具有豐富的數(shù)據(jù)接口,例如CAN/CANFD協(xié)議接口、車載以太網(wǎng)接口、RJ45以太網(wǎng)接口、USB3.0及3.1接口、音頻接口以及支持?jǐn)?shù)據(jù)的高速寫入和讀取的高帶寬傳輸接口。
數(shù)據(jù)中心云端框架采用實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)及硬件設(shè)施的解耦,統(tǒng)一規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和計(jì)算資源,提高云平臺(tái)可拓展能力的超融合架構(gòu)。基礎(chǔ)設(shè)施由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、超融合計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)保護(hù)模塊、數(shù)據(jù)收集模塊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。平臺(tái)服務(wù)通過(guò)設(shè)備集群管理軟件能夠監(jiān)控和管理基礎(chǔ)設(shè)施資源,包括高性能計(jì)算節(jié)點(diǎn)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、交換機(jī)設(shè)備和虛擬化軟件。自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用圍繞數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、頁(yè)面訪問(wèn)層和負(fù)載均衡層進(jìn)行部署,總體設(shè)計(jì)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。自下而上依次為上層提供服務(wù),同層的應(yīng)用可以隨意安裝不存在依賴關(guān)系。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要是提供關(guān)系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或者非關(guān)系型(NoSQL)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能。業(yè)務(wù)服務(wù)層主要為上層頁(yè)面訪問(wèn)層提供基礎(chǔ)服務(wù)能力,包括離線數(shù)據(jù)真值處理、行程評(píng)測(cè)、場(chǎng)景提取、事件評(píng)測(cè)和場(chǎng)景評(píng)測(cè)等,分析處理之后的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)切片、回放和下載;頁(yè)面訪問(wèn)層主要是提供頁(yè)面展示邏輯;負(fù)載均衡層主要提供服務(wù)和頁(yè)面的負(fù)載能力,分散服務(wù)器壓力,增強(qiáng)服務(wù)的并發(fā)能力。
圖1 總體設(shè)計(jì)技術(shù)框架
自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用主流分布式架構(gòu)技術(shù),采用springboot做為基礎(chǔ)的技術(shù)架構(gòu),redis做為nosql數(shù)據(jù)庫(kù),mysql用于永久數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),通過(guò)分布式任務(wù)分發(fā)和調(diào)度系統(tǒng)支持大數(shù)據(jù)計(jì)算。系統(tǒng)后端使用的java和python編程語(yǔ)言,靈活多變,通用性較好;前端使用react,應(yīng)用服務(wù)和業(yè)務(wù)分離,極大提供了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性,提供更加好的用戶體驗(yàn)。
在整體技術(shù)架構(gòu)應(yīng)用時(shí),一方面對(duì)于訪問(wèn)頻率不高或者需要長(zhǎng)期存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)mysql中,設(shè)置定期的全量離線備份,保證數(shù)據(jù)的完整性,需要的時(shí)候可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行回?zé)帷A硪环矫?,使用redis做為nosql緩存數(shù)據(jù)庫(kù),將常用的數(shù)據(jù)和使用頻率很高的數(shù)據(jù)放入redis內(nèi)存數(shù)據(jù)中。當(dāng)系統(tǒng)訪問(wèn)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí),直接從內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù),可以提供系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心云端的應(yīng)用服務(wù)主要為權(quán)限管理模塊、項(xiàng)目管理模塊、車輛監(jiān)控模塊、行程關(guān)聯(lián)模塊、場(chǎng)景提取模塊和分析評(píng)測(cè)模塊。
2.3.1 權(quán)限管理模塊
基于自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)權(quán)限管理模塊設(shè)定用戶群、角色和應(yīng)用服務(wù)三部分內(nèi)容。用戶群可以創(chuàng)建、編輯、刪除和修改用戶賬號(hào)。角色是對(duì)用戶和權(quán)限的管理和分配,不同的角色可以分配不同的用戶和不同的模塊操作權(quán)限。應(yīng)用服務(wù)由各個(gè)業(yè)務(wù)模塊組成,例如車輛監(jiān)控、項(xiàng)目管理、行程關(guān)聯(lián)、場(chǎng)景提取和分析評(píng)測(cè)等各個(gè)業(yè)務(wù)模塊組成。
用戶群分為超級(jí)管理員、主賬號(hào)和子賬號(hào)群體,超級(jí)管理員具備創(chuàng)建主賬號(hào)、子賬號(hào)、角色、應(yīng)用服務(wù)功能;主賬號(hào)能夠創(chuàng)建子賬號(hào)用戶和同步子賬號(hào)數(shù)據(jù)。子賬號(hào)能夠根據(jù)分配的模塊權(quán)限操作對(duì)應(yīng)的功能模塊。角色群能夠按照項(xiàng)目要求在成員中添加主、子賬戶并為其分配對(duì)應(yīng)的操作權(quán)限。應(yīng)用服務(wù)主要是建立測(cè)試機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目名稱信息,結(jié)合平臺(tái)各個(gè)功能模塊組成該項(xiàng)目的項(xiàng)目成員和操作模塊權(quán)限。其中應(yīng)用服務(wù)各個(gè)功能模塊操作權(quán)限相對(duì)獨(dú)立,互不影響。
2.3.2 項(xiàng)目管理模塊
項(xiàng)目管理模塊的主要功能是對(duì)多項(xiàng)目、多車輛、多任務(wù)信息的分類和管理。項(xiàng)目管理可以同步權(quán)限管理模塊的賬戶信息和項(xiàng)目信息。根據(jù)車端的不同測(cè)試任務(wù)設(shè)定的委托單位、委托項(xiàng)目、部門、委托人和創(chuàng)建時(shí)間等項(xiàng)目信息關(guān)鍵字段。
2.3.3 車輛監(jiān)控模塊
車輛監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和可視化。車端消息數(shù)據(jù)與圖片數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),車輛監(jiān)控模塊可顯示執(zhí)行路試任務(wù)的車輛數(shù)、位置、速度、天氣和道路類型等信息。監(jiān)控模塊能夠在線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、狀態(tài)監(jiān)控和傳感器監(jiān)控。在線監(jiān)控視頻窗口展現(xiàn)車輛的行駛視頻畫面;狀態(tài)監(jiān)控展現(xiàn)不同道路(高速公路、快速路、城市道路、其他道路)下已采集里程數(shù)和已采集時(shí)長(zhǎng)、Log信息;傳感器監(jiān)控展現(xiàn)車端所接入的各種數(shù)據(jù)通道的運(yùn)行、故障、離線裝填。
2.3.4 行程關(guān)聯(lián)模塊
同一測(cè)試時(shí)間、測(cè)試地點(diǎn)只能夠執(zhí)行一個(gè)任務(wù),即只能夠存在一條行程。所以,每次任務(wù)都代表一次行程。行程具有行程信息列表,包含委托單位、委托項(xiàng)目、委托人、項(xiàng)目里程、項(xiàng)目時(shí)長(zhǎng)、試驗(yàn)日期、工程師、駕駛員、自定義信息和備注信息等字段組成。
這些行程字段在云端平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)建,可以導(dǎo)出為行程字段信息,將字段信息導(dǎo)入到車端采集軟件。車端數(shù)據(jù)包內(nèi)生成包含行程字段的關(guān)聯(lián)文件。將車端離線數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器,通過(guò)云端行程模塊通過(guò)關(guān)鍵文件校驗(yàn)進(jìn)行行程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和管理。
2.3.5 場(chǎng)景提取模塊
場(chǎng)景提取模塊部署在場(chǎng)景管理平臺(tái),主要實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景數(shù)據(jù)管理、場(chǎng)景標(biāo)簽管理和場(chǎng)景提取配置功能。場(chǎng)景提取模塊主要將編譯好的python腳本運(yùn)行在java模塊上進(jìn)行工作。場(chǎng)景提取模塊的程序?yàn)橛脩糇远x開(kāi)發(fā)的程序,可一次發(fā)起多個(gè)場(chǎng)景提取程序,每個(gè)程序?qū)?yīng)一條場(chǎng)景數(shù)據(jù)。通過(guò)設(shè)計(jì)具體場(chǎng)景的算法邏輯,結(jié)合參數(shù)化配置文件,執(zhí)行場(chǎng)景提取腳本。通過(guò)更改參數(shù)值得到所需要的測(cè)試場(chǎng)景。場(chǎng)景提取的場(chǎng)景數(shù)據(jù)可切片、回放、評(píng)測(cè)、打印和生成報(bào)告。
2.3.6 分析評(píng)測(cè)模塊
在實(shí)際道路測(cè)試過(guò)程中,根據(jù)指標(biāo)評(píng)估需要對(duì)道路類型、天氣狀態(tài)、高低速占比、自動(dòng)駕駛里程和時(shí)長(zhǎng)等統(tǒng)計(jì)類指標(biāo)進(jìn)行分析和評(píng)測(cè)。用戶通過(guò)使用python語(yǔ)言自定義參數(shù)化評(píng)測(cè)規(guī)則,運(yùn)用java進(jìn)行后處理,完成對(duì)所需指標(biāo)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)。通過(guò)場(chǎng)景提取得到的場(chǎng)景、在線采集手動(dòng)或自動(dòng)方式記錄的事件標(biāo)簽數(shù)據(jù)也可以通過(guò)同樣方式完成分布統(tǒng)計(jì)和分析。分析評(píng)測(cè)的數(shù)據(jù)可切片、回放、評(píng)測(cè)、打印和生成報(bào)告。
基于實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求、平臺(tái)框架和應(yīng)用模塊的研究,其具體業(yè)務(wù)實(shí)施流程[15]可以分為創(chuàng)建用戶和角色、下發(fā)行程任務(wù)、車端數(shù)據(jù)采集、行程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、離線數(shù)據(jù)分析五個(gè)階段,如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程
2.4.1 創(chuàng)建用戶和角色
通過(guò)權(quán)限關(guān)聯(lián)模塊登錄超級(jí)管理員賬戶,填寫用戶名和郵件來(lái)創(chuàng)建子賬戶,并且設(shè)定賬戶相關(guān)的角色。在角色中添加項(xiàng)目成員和應(yīng)用服務(wù)權(quán)限。角色可以關(guān)聯(lián)不同的用戶和不同的權(quán)限。在超級(jí)管理員賬戶中創(chuàng)建的子賬戶、角色和應(yīng)用服務(wù)權(quán)限,數(shù)據(jù)信息會(huì)同步至創(chuàng)建的子賬戶項(xiàng)目管理模塊,包含委托單位、委托項(xiàng)目和委托人信息。
2.4.2 下發(fā)行程任務(wù)
根據(jù)實(shí)際道路測(cè)試的行程要求,在系統(tǒng)建立行程信息。行程信息包括項(xiàng)目信息、車輛信息和自定義信息。項(xiàng)目信息主要為委托單位、委托項(xiàng)目、委托人、項(xiàng)目里程、項(xiàng)目時(shí)長(zhǎng)、檢驗(yàn)依據(jù)、試驗(yàn)日期;車輛信息主要為工程師、駕駛員、車輛品牌、車輛型號(hào)、車輛車牌、保單號(hào)、VIN號(hào)、工程文件、數(shù)據(jù)協(xié)議等。根據(jù)不同的項(xiàng)目特征和特點(diǎn),規(guī)范填寫行程信息內(nèi)容。一條行程信息對(duì)應(yīng)一個(gè)行程,新建立的行程信息會(huì)生成獨(dú)立的行程編號(hào),作為該行程的唯一標(biāo)識(shí)。在新建行程之后,通過(guò)導(dǎo)出行程字段信息,分別上傳至對(duì)應(yīng)的車端采集平臺(tái)。此后,云端更改的行程信息可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同步至車端。
2.4.3 車端數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控
云端的行程信息下發(fā)至車端,車端數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,包括車輛總線、傳感器數(shù)據(jù)、道路類型、交通環(huán)境、天氣、光照等實(shí)際道路數(shù)據(jù)。實(shí)際道路測(cè)試過(guò)程的實(shí)時(shí)回傳車輛行駛軌跡、里程和時(shí)長(zhǎng),車端數(shù)采設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)通道傳輸狀態(tài)等;車輛的行程信息進(jìn)行回傳,例如音頻、視頻回傳、已采集里程和時(shí)長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)駕駛模式下的行駛里程和時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)。車端同步采集存儲(chǔ)的離線數(shù)據(jù)需要采用高帶寬傳輸設(shè)備存放至服務(wù)器。
2.4.4 行程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)
通過(guò)車端測(cè)試設(shè)備采集得到的離線數(shù)據(jù)信息以高帶寬的速度傳輸、分庫(kù)分表、自動(dòng)上傳至云端系統(tǒng)。使用系統(tǒng)的行程關(guān)聯(lián)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、清洗、校驗(yàn)和關(guān)聯(lián),濾除不符合測(cè)試要求的數(shù)據(jù)。
2.4.5 離線數(shù)據(jù)分析
車端測(cè)試數(shù)據(jù)離線上傳至云平臺(tái),按照測(cè)試要求分析和處理測(cè)試數(shù)據(jù),主要分為真值處理、場(chǎng)景提取、行程分析評(píng)測(cè)、事件評(píng)測(cè)和場(chǎng)景評(píng)測(cè)。
實(shí)際道路測(cè)試場(chǎng)景具有無(wú)窮性和隨機(jī)性,通過(guò)測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選和提取,獲得有利于指標(biāo)評(píng)價(jià)的測(cè)試場(chǎng)景。在實(shí)際道路測(cè)試過(guò)程中,通過(guò)使用腳本和自定義參數(shù)配置的方式,實(shí)現(xiàn)多種典型功能場(chǎng)景的提取。在場(chǎng)景提取完成之后,可以對(duì)場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化,檢查實(shí)際道路測(cè)試過(guò)程中發(fā)生問(wèn)題的場(chǎng)景類型及分布情況。通過(guò)事件標(biāo)簽、狀態(tài)標(biāo)簽的方式記錄測(cè)試過(guò)程的道路類型、天氣類型、自動(dòng)駕駛模式、車輛限速、交通流狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)離線處理之后在云平臺(tái)進(jìn)行事件標(biāo)簽評(píng)測(cè)、場(chǎng)景評(píng)測(cè)、以及行程評(píng)測(cè),分析事件、場(chǎng)景以及行程的里程、時(shí)長(zhǎng)和數(shù)目統(tǒng)計(jì),并直接生成對(duì)應(yīng)的測(cè)試報(bào)告。
為了驗(yàn)證實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性,本文選取具備領(lǐng)航輔助駕駛功能的乘用車為測(cè)試對(duì)象,搭載一套車端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),如圖3所示。該被測(cè)車輛能夠在城市快速路執(zhí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)。通過(guò)數(shù)據(jù)中心云端系統(tǒng),如圖4所示,結(jié)合車端數(shù)采系統(tǒng)在實(shí)際道路開(kāi)展測(cè)試,對(duì)創(chuàng)建用戶和角色、下發(fā)行程任務(wù)、車端數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、行程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、離線數(shù)據(jù)分析的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐。
圖3 車端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
圖4 數(shù)據(jù)中心云端機(jī)房
選定某段城市快速路作為L(zhǎng)2+級(jí)領(lǐng)航輔助駕駛測(cè)試車的測(cè)試路線,以8:00,14:00和20:00為起始路試時(shí)刻,共開(kāi)展3次實(shí)際道路測(cè)試驗(yàn)證,單次行駛里程約80km。在保證駕駛安全和不違反交通規(guī)則的原則下,執(zhí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)。
測(cè)試車輛基于L2+領(lǐng)航駕駛輔助系統(tǒng)執(zhí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù),記錄車輛自動(dòng)駕駛控制模式、自主變道、匯入匝道、匯入主路、人工干預(yù)、系統(tǒng)發(fā)出介入請(qǐng)求、系統(tǒng)降級(jí)和其他系統(tǒng)未滿足試驗(yàn)要求的時(shí)間和事件。
通過(guò)開(kāi)啟領(lǐng)航輔助駕駛功能,對(duì)測(cè)試車輛的智能駕駛性能進(jìn)行客觀統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià),如表1所示,以激活里程占比、接管率、匝道匯入主路成功率、主路匯入匝道成功率和自主換道成功率的計(jì)算作為性能評(píng)價(jià)的主要輸入指標(biāo)。
表1 智能駕駛性能體驗(yàn)指標(biāo)
其中,領(lǐng)航駕駛輔助系統(tǒng)激活里程占比得分按如下公式計(jì)算:
式(1)中,ma為系統(tǒng)激活里程;mz為總行駛里程。
匯入匝道成功率得分按照如下公式計(jì)算:
式(2)中,ns為匯入匝道成功次數(shù);nf為匯入匝道失敗次數(shù)。
匯入主路成功率得分按照如下公式計(jì)算:
式(3)中,ns為匯入主路成功次數(shù);nf為匯入主路失敗次數(shù)。
自主變道成功率得分按照如下公式計(jì)算:
式(4)中,cs為自主換道成功次數(shù);cf為自主換道失敗次數(shù)。
百公里人工接管得分按照如下公式計(jì)算:
式(5)中,ts為人工接管次數(shù);mz為自主換道失敗次數(shù)。
基于被測(cè)車輛的領(lǐng)航輔助駕駛功能定義和ODC、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范、企業(yè)自測(cè)數(shù)據(jù)等,自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)的車端數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控和離線數(shù)據(jù)分析模塊功能進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,如圖5~圖7所示。
圖5 車端數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控
圖6 云端數(shù)據(jù)回放
圖7 云端數(shù)據(jù)分析
以被測(cè)試車輛的行程任務(wù)為例對(duì)測(cè)試實(shí)施方案的指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)中心云端統(tǒng)計(jì)分析領(lǐng)航駕駛輔助系統(tǒng)激活里程為211.415km,總的行駛里程為239.539km。對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)次數(shù)進(jìn)行提取分析,如圖8所示。按照公式(1)~式(5)計(jì)算結(jié)果如圖9所示。因此,系統(tǒng)激活里程占比得分為88.259分、匯入匝道成功率得分53.333分、匯入主路成功率得分為72.727分、自主換道成功率得分為83.942分及百公里人工接管次數(shù)得分為72.447分。根據(jù)表1分析計(jì)算,被測(cè)試車輛的智能駕駛性能體驗(yàn)總得分率為75.29%。
圖8 評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)
圖9 評(píng)價(jià)指標(biāo)得分
本文立足第三方視角,基于自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究,提出了云平臺(tái)的自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。針對(duì)實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)的創(chuàng)建用戶和角色、下發(fā)行程任務(wù)、車端數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、行程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、離線數(shù)據(jù)分析等模塊,分別從業(yè)務(wù)需求、基礎(chǔ)設(shè)施需求和數(shù)據(jù)安全要求方面,給出了具體設(shè)計(jì)的要求和實(shí)施方法,以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)的可靠性、科學(xué)性和規(guī)范化。在有效驗(yàn)證自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)應(yīng)用模塊的同時(shí),自動(dòng)駕駛汽車實(shí)際道路測(cè)試系統(tǒng)建設(shè)提供重要的技術(shù)參考和依據(jù),可作為一種規(guī)范化方法廣泛應(yīng)用。