基于ISO 34501的自动驾驶测试场景数据库建设及应用

近日，中央电视台新闻频道及人民日报新媒体公众号相继报道了由中国牵头的自动驾驶测试场景领域的首个国际标准ISO 34501《道路车辆 自动驾驶系统测试场景 词汇》的发布，该标准由中汽中心智能网联标准化团队牵头起草完成，中汽数据多位专家参与并提供国内经验分享和意见反馈。中汽数据作为中汽中心自动驾驶场景数据的核心研究单位，在国内最早开展自动驾驶测试场景研究，并积累了国内场景数据体量最大、覆盖维度最全的中国特色场景库，一方面支撑国内外标准化场景库体系建设，另一方面向行业普及如何规范建立自动驾驶测试场景平台。本期将带来ISO 3450X系列标准体系分析及基于ISO 34501的自动驾驶测试场景数据库建设及应用。

PART 01标准概况

自动驾驶系统（ADS）结合了各种传感器感知周围环境（相机、雷达、激光雷达、GNSS/高清地图等），在优先安全的前提下自动控制车辆。国际上有研究显示：要达到在95%的置信度水平下，证明智能驾驶车辆相比于人类驾驶能够减少20%的交通事故死亡率，需要进行至少110亿英里的公共道路测试。

为实现上述目标，需对自动驾驶系统将基于各种来源的多种场景进行测试仿真和实车验证。场景的自动驾驶验证方法包括四个方面：测试场景、程序、设备和标准。测试场景的开发是制定相关程序、设备和标准的基础，对评估自动驾驶系统性能至关重要。

01.ISO 3450X标准基本情况

ISO于2018年正式成立TC22/SC33 WG9 自动驾驶场景工作组，制定自动驾驶测试场景相关标准。此工作组由中国牵头，汽车标准委员会秘书处王兆作为召集人，这是我国在ISO/TC22（道路车辆委员会）范畴内首次承担国际标准工作组（WG）召集人职责。

WG9工作组是在国际层面上首次试图通过标准化自动驾驶测试场景中的术语定义、分类方法、设计运行范围、评价体系，解决自动驾驶的安全验证问题。ISO 3450X系列标准分为5项，对应标准名称及状态如表1：

表1  ISO TC22/SC33 WG9 自动驾驶测试场景标准列表

02.各标准之间的关系

ISO 3450X系列标准与ISO 21448、ISO 26262-1有密切关联，但具备其独特性。

ISO 34501是在测试场景描述的上下文中定义和解释的术语与定义，强调了它们彼此之间的相互关系，其他标准则侧重于具体方面。

图1  ISO 3450X系列标准关系示意图

1）ISO 34501 道路车辆—自动驾驶系统测试场景—词汇

该标准规定了自动驾驶系统（ADS）测试场景的术语和定义。这些内容适用于ISO/SAE 22736中规定的3级及以上ADS。术语和定义标准是自动驾驶系统测试场景的基础，制定适当的国际标准将在支持自动驾驶车辆的测试、评估和管理方面发挥关键作用。该标准用于在全球范围内统一和标准化自动驾驶系统测试场景的术语和定义。

2）ISO/FDIS 34502 道路车辆—自动驾驶系统测试场景—基于场景的安全验证框架

该标准为自动驾驶（AD）系统测试场景和基于场景的安全评估过程提供了指导和最先进的工程框架。工程框架阐明了在产品开发过程中应用的基于场景的总体安全评估过程。本指南和框架适用于ISO/SAE 22736中定义的3级及以上AD系统。

3）ISO/DIS 34503 道路车辆—自动驾驶系统测试场景—设计运行范围分类方法

该标准规定了用于定义自动驾驶系统（ADS）设计运行范围（ODD）的分层分类法的基本要求。ODD包括静态和动态属性，可以用来开发测试场景，在测试场景中，ADS被设计用来运行。该标准还定义了ODD属性的基本测试程序。该标准适用于ISO/SAE 22736中规定的3级及以上自动驾驶系统。ISO/SAE 22736定义了设计运行范围（ODD）的概念。ODD的定义是确保ADS安全运行的基础，因为它定义了ADS的运行条件。

4）ISO/CD 34504 道路车辆—自动驾驶系统测试场景—场景分类

该标准定义了一种针对场景的的分类方法，可以提供用于描述场景的标签属性信息。该标准适用于ISO/SAE 22736中规定的3级及以上自动驾驶系统。

5）ISO/NP 34505 道路车辆—自动驾驶系统测试场景—场景评估以及测试场景生成

该标准提供了一种评估测试场景以及基于已知测试功能的、可被追溯测试能力的，从测试场景到测试用例的方法体系。本标准同时明确测试场景中的重要元素属性，包含但不限于，测试初始化条件、测试激发条件、测试步骤、通过与不通过条件以及预期测试结果等。该标准同时描述包含但不限于测试用例逻辑关系，例如与真实世界、数据来源及数据库，例如出现频率、危险程度、复杂程度，以及，与被测功能的关联性，例如设计运行范围的覆盖度的评价体系以及条件。该标准适用于ISO/SAE 22736中规定的3级及以上自动驾驶系统。

PART 02ISO 34501主要内容

01.范围

本文件定义了自动驾驶系统（ADS）测试场景中的术语。本文件适用于ISO/SAE PAS 22736中定义的3级及以上ADS。

02.规范性引用文件

本文件中没有规范性引用文件。

03.术语与定义

表2  ISO 34501 术语对照表

重点术语详解

Scenario，Scenery，Scene定义

图2 场景中相关术语之间的关系的示例

- Scene（情景）：为描述交通事件的演变，我们需要考虑环境的Snap（快照），称之为情景，其包含环境、静态和动态交通要素、所有行动者和观察者的表现，以及这些实体之间的关系;

- Scenario（场景）：与Scene不同，场景描述的是时间跨度。场景是对一系列情景随着时间推移的演变的描述；

- Scenery（静景）：为静态环境，是场景中保持不变的周围环境的一部分。

- Test Scenario（测试场景）：用于测试和评估自动驾驶系统/测试车辆的场景。

下图示例为是一个场景的快照（如时间轴所示），在此时刻主车在道路上行驶，而行人正要通过马路。

图3 一个场景快照的示例

如图，Scene（情景）为Scenario（场景）的Snap（快照），它包含场景中的静态实体（如锥桶，树木等）及动态实体（如可变红绿灯）及交通参与方（如主车和行人）；而Scenery（静景）仅包含静态实体，不包括属于自动驾驶系统/主车的相关部分。

Static/Dynamic Entity定义

- Entity(实体)为在一个场景中，感兴趣的元素;

- Static entity（静态实体）在场景中不会发生状态变化;

- Dynamic entity（动态实体）在场景中经历状态变化。

图4 一个场景中的动态/静态实体

如图4，树通常情况下为一个静态实体，但在为测试自动驾驶系统而构建的场景—— 一个对突然倒下的树产生响应的场景便使得树成为一个动态实体。另，如果交通灯状态在场景中不会改变，则交通灯是一个静态的实体；如其它改变，它是一个动态实体。

Function scenario，Abstract scenario，Logical scenario，Concrete scenario定义

- Function scenario（功能场景）：在自然语言的概念层面上的描述，一般没有特定的物理属性；

- Abstract scenario（抽象场景）：从功能场景派生出来的形式化、声明性描述；

- Logical scenario（逻辑场景）：包含参数的场景，其中一些参数的值被定义为范围；

- Concrete scenario（具体场景）：用显式参数值描述的场景，用以描述物理属性。

德国PEGASUS项目首先提出了场景三层抽象分级，即功能场景、逻辑场景、具体场景。然而2018年至今，行业应用实践中发现了三层分级模型对于当前的驾驶场景尤其是仿真工程应用中具有局限性。2021年，PEGASUS的后续项目VVM（Verification and Validation Method）提出了场景四层抽象分级模型概念，新增了抽象场景层级，并被ISO 34501采纳，纳入了本国际标准体系。

PART 03标准应用

随着ISO 3450X标准的制定，自动驾驶场景库建设体系的框架思路、建设路径也在逐步清晰，自动驾驶测试场景建设方法已成为汽车安全验证从业者的必修课程。由此，强烈建议自动驾驶产业链上下游的企业尽早地建立起测试场景库的认知，并尽快投入到建设实践中，为自身场景库的合规化争取更多的时间，也为企业自身及产品的安全验证能力构建做好全面保障。

基于场景的自动驾驶安全验证体系

中汽数据作为推进自动驾驶测试场景库体系相关标准制定的重要支撑单位之一，是国内最早开展自动驾驶测试场景数据库建设及研究的第三方服务机构，结合国际最新法规和标准体系，目前已形成适用于ISO 3450X系列标准的测试基准场景库及配套场景数据管理应用平台，建立了满足国际法规要求的基于场景的自动驾驶安全验证体系。

图5 基于场景的自动驾驶安全验证体系

基于以上体系，中汽数据开展自动驾驶测试场景数据库及管理平台建设，形成一般场景/关键场景以及场景覆盖度/复杂度等评价体系，解决应用于预期功能安全等危险评估的危险场景生成方法，与一汽、上汽、长安、蔚来等二十余家企业开展相关合作，为行业自动驾驶测试场景关键技术提供技术支撑。

01.自动驾驶测试场景数据管理平台

中汽数据建立并积累的多源异构场景数据集，数据来源涵盖数百万公里自然驾驶有效采集数据库、中国交通事故数据库（CIDAS）、国内外测试标准数据库、中国交通法规数据库，结合自动驾驶测试功能的设计运行条件及危险评价要求，形成统一场景格式的场景数据库体系，并实现了基于场景管理平台的统一标签化及规范化管理，对数据溯源及测试应用提供平台支撑。

图6 中汽数据测试场景数据体系及平台建设

02.基于安全评估的危险场景生成和泛化体系

基于场景管理平台，中汽数据结合国际先进的场景理论成果构建危险场景库并形成基于场景的安全验证流程，关注价值较高的测试用例类型及区域，助力企业高效完成对智能驾驶功能的测试与验证工作。

图7 基于安全评估的危险场景生成和泛化体系

03.自动驾驶测试场景关键技术自研工具系统

中汽数据深耕测试场景数据挖掘及关键技术研究，通过自研的数据标注提取、格式转化、仿真应用、分析挖掘工具体系，打通从多源原始数据到场景泛化和仿真应用的自动化流程，为企业提供一站式解决方案。

图8 自动驾驶测试场景关键技术自研工具体系

中汽数据以“引领技术，服务行业”为目标，致力构建权威的第三方场景数据库体系，将持续提供“基于场景的安全验证”相关的咨询、服务、培训等业务内容，推动智能汽车产业安全发展，为智能汽车生态圈持续赋能！