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3.1 场景抽象分级

为了描述交通事件的演变,我们需要考虑环境的快照,称之为Scene(即情景)。Scene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。与Scene不同,Scenario(即场景)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。为了描述场景的时间发展,我们使用了行动和事件以及相关参与者的目的地和对应的参数值,而场景的描述也可以根据需求和应用目的的不同而分成不同的层级。

2018年,德国PEGASUS项目提出了场景三层抽象分级,即功能场景、逻辑场景、具体场景,并在全球范围内获得了行业的一致认同,逐渐成为行业通用的场景分级标准。然而从2018年至今,人们在该分级模型的应用实践中发现,三层分级模型对于当前的驾驶场景工程应用,尤其是在仿真工程应用中渐渐显露出它的局限性。因此,2021年,由PEGASUS的后续项目VVM(Verificationand Validation Method)中的专家提出了场景四层抽象分级模型概念,在三层分级模型的基础上,新增了抽象场景这一层级,并被ISO 34501采纳,纳入了国际标准体系。

图3-1展示了场景四层抽象分级模型及其之间的关系,按照功能场景—抽象场景—逻辑场景—具体场景的顺序,抽象化程度逐渐降低,但场景数量逐渐增加。接下来的各小节,将对四层模型的概念进行展开介绍。

图3-1 场景四层抽象分级模型及其关系

3.1.1 功能场景

功能场景是抽象行为场景的非形式化的自然语言描述。这种描述是一种非控制的、自由风格的语言,通常指的是功能规范。它不是机器可读的,但也可能支持某些元素的可视化表达。通常人们将功能场景描述形式用于创建场景的第一步,它的抽象程度是最高的,场景数量最少。一个典型的功能场景描述如下:

1)基本道路信息:3个机动车车道线的曲线道路,交通标志限速100km/h。

2)静态目标:无。

3)动态目标:交通堵塞,主车靠近中间车道,车流缓慢同行。

4)环境:夏天、下雨。

3.1.2 抽象场景

抽象场景是形式化的、机器可阅读的、声明式的描述(如对发生事件的限制),并能有效地描述复杂关系(如因果关系)。这一级别的描述是人机可读的,允许工具将其作为输入格式读取、处理和合成工件。当然,抽象场景也可以用自然语言表达,功能场景和抽象场景之间的区别在于,抽象场景是正式的且机器可读的。抽象场景描述通常与一个本体(或者更确切地说是本体家族)紧密联系在一起,大大提高了所使用术语的精度。

抽象场景可以使用约束条件捕捉属性和行为之间的依赖和关系。这一抽象水平适用于场景演示和ODD的描述需求。图3-2展示了一个典型的抽象场景描述“骑自行车的人横穿一条有障碍物遮挡的人行横道”,它从左至右描述了一个随时间迁移的情境序列TSCs(Traffic Sequence Charts)。图3-2展现出两种可能出现的场景:上图为本车在人行横道前制动,骑自行车的人安全穿过马路;而在下图中,本车与骑自行车的人发生碰撞。从这个抽象的场景空间,我们可以很容易地指定场景的子集,例如,通过选择一条TSCs的路径,并将“障碍物”具体化为“停车货车”,如图3-3所示。

3.1.3 逻辑场景

逻辑场景是一组场景的参数化表示,其中影响因素通过参数范围和分布来描述,并允许参数的变化。在此场景中不指定所有参数的具体值,但提供值的可选范围。其目的是在仿真或测试的过程中,通过选择范围外的具体数值来允许参数值的变化,可以通过预定义步骤、分布函数或者随机性来实现。逻辑场景的自由维度构成了一个场景空间。一个典型的功能场景描述如下:

1)基本道路信息:车道宽3~3.5m,曲率半径0.6~0.9km,交通标志位置0~200m。

2)静态目标:无。

3)动态目标:交通拥堵车流终点10~200m,交通拥堵车流速度0~30km/h,主车距离50~300m,主车速度80~130km/h。

4)环境:温度10~40℃,雨水颗粒尺寸20~100μm。

图3-2 抽象场景的情境序列图:骑自行车的人横穿一条有障碍物遮挡的人行横道

图3-3 抽象场景的子集:骑自行车的人横穿一条有障碍物遮挡的人行横道

3.1.4 具体场景

具体场景是一个单一的场景,它精确地描述一个特定的情景和带有固定参数的事件链,并可以被特定语言描述出来,如OpenDRIVE和OpenSCENARIO。一般情况下,一个具体场景可以由固定一个逻辑场景的所有参数取值演变而来,与之相反的,一旦没有提供具体场景的某一参数值,该场景就会成为一个逻辑场景。一个典型的具体场景描述如下:

1)基本道路信息:车道宽3m,曲率半径0.8km,交通标志位置50m。

2)静态目标:无。

3)动态目标:交通拥堵车流终点60m,交通拥堵车流速度10km/h,主车距离150m,主车速度90km/h。

4)环境:温度25℃,雨水颗粒尺寸40μm。 a8pLGAy8N3D0nczX4FRic5uhLiI8S9XoXPTv0I8HX5OuoZc8a0PlC5iVFBLgGl8X

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