1.引言

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，確保車輛在各種復(fù)雜交通環(huán)境中的安全性和可靠性成為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布的ISO 21448-2022《道路車輛—預(yù)期功能安全（SOTIF, Safety of The Intended Functionality）》標(biāo)準(zhǔn)[1]，與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 43267-2023《道路車輛—預(yù)期功能安全》[2]，提出了一套全面的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)安全評(píng)估框架。其中，場(chǎng)景作為背景、動(dòng)態(tài)要素、所有參與者和觀察者的自我表征以及這些實(shí)體之間的關(guān)系的時(shí)序描述，是理解車輛運(yùn)行環(huán)境及其運(yùn)行性能表現(xiàn)的基本單元。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能的全面評(píng)估，場(chǎng)景應(yīng)包括常見(jiàn)的駕駛情況，也應(yīng)涵蓋邊緣案例和極端條件下的行為。對(duì)此，構(gòu)建一個(gè)全面且具有代表性的場(chǎng)景庫(kù)是實(shí)現(xiàn)SOTIF目標(biāo)的基礎(chǔ)，同時(shí)，場(chǎng)景庫(kù)中應(yīng)具有充分的、多維的場(chǎng)景評(píng)價(jià)信息以支撐特定場(chǎng)景至SOTIF分析與驗(yàn)證之中。

圖1 場(chǎng)景庫(kù)對(duì)SOTIF分析與驗(yàn)證的支撐關(guān)系

由圖1可見(jiàn)，站在SOTIF分析與驗(yàn)證的角度，GB/T 43267-2023與ISO 21448-2022提供了以危害識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、功能不足與觸發(fā)條件識(shí)別、已知未知場(chǎng)景驗(yàn)證為核心流程的SOTIF活動(dòng)方法論。站在開(kāi)發(fā)與實(shí)踐的角度，有效識(shí)別危害、功能不足、觸發(fā)條件，以及執(zhí)行測(cè)試驗(yàn)證的前提條件是具備一套充分且可用的危害、功能不足、觸發(fā)條件與場(chǎng)景的數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)此，如何開(kāi)發(fā)、構(gòu)建一套可適配不同自動(dòng)駕駛功能分析和測(cè)試用的數(shù)據(jù)庫(kù)是最為核心的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。因此，本文將介紹一種自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景庫(kù)的構(gòu)建與評(píng)價(jià)方法以支撐SOTIF分析與SOTIF實(shí)踐，以及該方法在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

2.場(chǎng)景的組成、架構(gòu)與要素

GB/T 43267-2023與ISO 21448-2022中定義，場(chǎng)景是對(duì)多個(gè)場(chǎng)景快照（環(huán)境快照，包括背景、動(dòng)態(tài)要素、所有參與者和觀察者的自我表征以及這些實(shí)體之間的關(guān)系）的時(shí)間關(guān)系進(jìn)行的描述，也包括行為與事件的語(yǔ)義或參數(shù)描述，即，場(chǎng)景快照是包羅萬(wàn)象的。根據(jù)場(chǎng)景的語(yǔ)義或參數(shù)描述的抽象與具體程度，自動(dòng)化及測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ASAM）在OpenSCENARIO將場(chǎng)景區(qū)分為功能場(chǎng)景、邏輯場(chǎng)景、與具體場(chǎng)景[3]。無(wú)論何種抽象程度，場(chǎng)景都可以被視作一系列的場(chǎng)景要素的組合。場(chǎng)景要素即場(chǎng)景的最小組成單元，可以被看作是描述特定交通環(huán)境的基本元素，且場(chǎng)景要素可以被賦予各自的類別歸屬與其他屬性，場(chǎng)景的組成示意圖如圖2所示。

圖2 場(chǎng)景的組成示意圖

（來(lái)源：A test scenario automatic generation strategy for intelligent driving systems [4]）

場(chǎng)景的要素可以是無(wú)窮多的，為了方便管理，需要基于一定的場(chǎng)景架構(gòu)對(duì)其要素的類別進(jìn)行定義。目前的場(chǎng)景結(jié)構(gòu)化方法主要是基于層級(jí)的表述方法，如圖3所示。盡管這些架構(gòu)在層次劃分上有所不同，但都遵循了從宏觀分層到微觀細(xì)化的通用原則來(lái)描述場(chǎng)景的宏觀架構(gòu)與微觀要素。這些場(chǎng)景的層級(jí)化架構(gòu)提供了一種結(jié)構(gòu)化的場(chǎng)景拆解方法。比如，場(chǎng)景可以分為道路層、氣候?qū)?、交通參與者層等描述層級(jí)，道路層可以細(xì)分為道路類型、道路材質(zhì)、道路標(biāo)識(shí)等，道路類型等，道路類型可以細(xì)分為高速路、城市快速路、十字路口等要素。

圖3 場(chǎng)景架構(gòu)（a. Safety Pro的場(chǎng)景架構(gòu)；b. 學(xué)者Bagschik提出的場(chǎng)景架構(gòu) [5]；c. 學(xué)者Bock提出的場(chǎng)景架構(gòu) [6]；d. 清華大學(xué)提出的場(chǎng)景架構(gòu) [7]）

基于場(chǎng)景的要素化與結(jié)構(gòu)化描述，可以將場(chǎng)景拆解為帶有屬性標(biāo)簽的要素集合，以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的精細(xì)描述。場(chǎng)景的拆解示意圖如圖4所示。

圖4 場(chǎng)景的要素拆解