無(wú)人駕駛車(chē)輛認(rèn)知能力測(cè)試方法

周旭

摘要為了全面、系統(tǒng)、客觀地測(cè)試與評(píng)價(jià)無(wú)人駕駛車(chē)輛的認(rèn)知能力，使經(jīng)過(guò)測(cè)試的無(wú)人駕駛車(chē)輛在城市道路、城際公路和鄉(xiāng)村道路上具有基本自主行駛能力，本文提出一種無(wú)人駕駛車(chē)輛認(rèn)知能力測(cè)試方法。

關(guān)鍵詞無(wú)人駕駛車(chē)輛；自主行駛能力；認(rèn)知能力；測(cè)試方法

無(wú)人駕駛車(chē)輛集環(huán)境感知、認(rèn)知、決策規(guī)劃和駕駛控制等功能于一體，能夠自主、安全、可靠地在特定環(huán)境下行駛。隨著近年來(lái)無(wú)人駕駛車(chē)輛技術(shù)的發(fā)展，學(xué)術(shù)界與工業(yè)界都需要設(shè)計(jì)一種測(cè)試與評(píng)價(jià)無(wú)人駕駛車(chē)輛智能性的方法。

在各研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)無(wú)人駕駛車(chē)輛獨(dú)立開(kāi)展研究的基礎(chǔ)上，美國(guó)、歐洲和中國(guó)分別在2004年、2006年和2009年各自開(kāi)始在統(tǒng)一測(cè)試環(huán)境、測(cè)試內(nèi)容或評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)下，有組織地舉辦無(wú)人駕駛車(chē)輛賽事。然而，無(wú)論是國(guó)內(nèi)外有組織的無(wú)人駕駛車(chē)輛競(jìng)賽，還是谷歌的自動(dòng)駕駛汽車(chē)的白行測(cè)試，盡管這些賽事和測(cè)試規(guī)定了一些相應(yīng)的測(cè)試規(guī)則，但是這些規(guī)則還都不能全面、系統(tǒng)、客觀地反映無(wú)人駕駛車(chē)輛的認(rèn)知能力水平研究如何。雖然各研究單位也有各自研發(fā)的無(wú)人駕駛車(chē)輛測(cè)試的環(huán)境和方法，但是這些設(shè)計(jì)都是按照其自身的無(wú)人駕駛車(chē)輛特點(diǎn)量身定制的，因此這些測(cè)試往往不規(guī)范、不系統(tǒng)。

1測(cè)試方法

無(wú)人駕駛車(chē)輛認(rèn)知能力測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)包括無(wú)人駕駛車(chē)輛和車(chē)載記錄設(shè)備，二者通過(guò)通信接口進(jìn)行有線或無(wú)線連接。其中，車(chē)載記錄設(shè)備用于向無(wú)人駕駛車(chē)輛輸入認(rèn)知能力測(cè)試任務(wù)，并接收和存儲(chǔ)無(wú)人駕駛車(chē)輛認(rèn)知能力測(cè)試輸出的數(shù)據(jù)；無(wú)人駕駛車(chē)輛通過(guò)測(cè)試任務(wù)輸入程序接收到測(cè)試任務(wù)后，重新建立串口連接，開(kāi)啟相應(yīng)程序輸出測(cè)試數(shù)據(jù)到車(chē)載記錄設(shè)備中。該測(cè)試任務(wù)應(yīng)能全面、系統(tǒng)、客觀地測(cè)試與評(píng)價(jià)無(wú)人駕駛車(chē)輛的認(rèn)知能力。因此，我們應(yīng)開(kāi)發(fā)一種無(wú)人駕駛車(chē)輛認(rèn)知能力測(cè)試方法。

由于無(wú)人駕駛車(chē)輛應(yīng)該在城市道路、城際公路和鄉(xiāng)村道路上具有基本自主行駛能力，因此，應(yīng)從道路系統(tǒng)的人、車(chē)、路、交通信號(hào)四個(gè)要素出發(fā)。在考慮上述范圍內(nèi)，無(wú)人駕駛車(chē)輛感知能力測(cè)試項(xiàng)目應(yīng)包括基本認(rèn)知能力測(cè)試項(xiàng)目、高級(jí)認(rèn)知能力測(cè)試項(xiàng)目和綜合認(rèn)知能力測(cè)試項(xiàng)目。

1.1基本認(rèn)知能力測(cè)試項(xiàng)目

該測(cè)試項(xiàng)目主要是對(duì)交通信號(hào)、行駛燈信號(hào)、笛聲等視聽(tīng)覺(jué)信息的認(rèn)知能力測(cè)試。此部分測(cè)試內(nèi)容屬于靜態(tài)測(cè)試，根據(jù)難易程度的不同分為被測(cè)試車(chē)輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)的視聽(tīng)覺(jué)信息和識(shí)別模糊信息兩種。

1）識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)信息，要求無(wú)人駕駛車(chē)輛輸出代表相應(yīng)視聽(tīng)覺(jué)信息的圖像、文字、符號(hào)或聲音，主要考察指標(biāo)為正確識(shí)別視聽(tīng)覺(jué)信息的個(gè)數(shù)以及識(shí)別所需時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)的視聽(tīng)覺(jué)信息包括交通信號(hào)（交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、交通信號(hào)燈和交通警察指揮）、行車(chē)燈信息、笛聲。

交通信號(hào)主要是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的交通信息。

行車(chē)燈信息主要指車(chē)輛在參與交通過(guò)程中使用的燈光，例如轉(zhuǎn)向燈、前照燈、制動(dòng)燈等。

笛聲主要指車(chē)輛在參與交通過(guò)程中喇叭或特種車(chē)輛上的警報(bào)器發(fā)出的聲音，例如警車(chē)、消防車(chē)、救護(hù)車(chē)等。

2）識(shí)別模糊信息，主要包括以下3種：（1）對(duì)不標(biāo)準(zhǔn)的視聽(tīng)覺(jué)信息的認(rèn)知，例如標(biāo)準(zhǔn)視聽(tīng)覺(jué)信息受到陰影、污損、遮擋、傾斜、褪色、光照、變形等干擾因素的影響；（2）在具有特征綁定的條件下對(duì)相應(yīng)視聽(tīng)覺(jué)信息目標(biāo)的提取和認(rèn)知；（3）在多元信息條件下所需視聽(tīng)覺(jué)信息目標(biāo)的提取和認(rèn)知，要求無(wú)人駕駛車(chē)輛輸出代表相應(yīng)視聽(tīng)覺(jué)信息的圖像、文字、符號(hào)或聲音。

1.2高級(jí)認(rèn)知能力測(cè)試項(xiàng)目

該項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容屬于動(dòng)態(tài)測(cè)試，是在基本認(rèn)知能力測(cè)試的基礎(chǔ)上、無(wú)人駕駛車(chē)輛和被測(cè)視聽(tīng)覺(jué)信息處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，測(cè)試無(wú)人駕駛車(chē)輛在一定的交通場(chǎng)景中對(duì)交通環(huán)境和交通行為的認(rèn)知能力。

此項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容是在較短的距離里面對(duì)一個(gè)或幾個(gè)交通場(chǎng)景和交通現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)試，主要的考察指標(biāo)為識(shí)別視聽(tīng)覺(jué)信息的個(gè)數(shù)以及識(shí)別所需時(shí)間、指定任務(wù)的完成情況（包括認(rèn)知目標(biāo)、速度、位置、時(shí)間、行為等）。具體測(cè)試可分為兩大類(lèi)：視聽(tīng)覺(jué)信息動(dòng)而無(wú)人駕駛車(chē)輛不動(dòng)和視聽(tīng)覺(jué)信息不動(dòng)而無(wú)人駕駛車(chē)輛動(dòng)。

視聽(tīng)覺(jué)信息動(dòng)主要指視聽(tīng)覺(jué)信息源或目標(biāo)源遠(yuǎn)近位置縱向變動(dòng)較大，而左右位置即橫向變動(dòng)相對(duì)較小的情況，這與實(shí)際道路情況比較相符，車(chē)輛距離視聽(tīng)覺(jué)信息源總是由遠(yuǎn)及近即縱向變化較大，而受道路寬度和設(shè)置位置的限制，橫向變化相對(duì)較小。無(wú)人駕駛車(chē)輛動(dòng)是指無(wú)人駕駛車(chē)輛處于行駛狀態(tài)。

這里的交通場(chǎng)景包括交叉口、環(huán)島、城市快速匝道、泊車(chē)區(qū)域、隧道、立交橋、高架橋、急轉(zhuǎn)彎道路、上下坡路、具有橫向傾斜角度的道路等；具體的交通現(xiàn)象包括轉(zhuǎn)向、變道、超車(chē)、會(huì)車(chē)、倒車(chē)、掉頭、泊車(chē)、交叉路口通行、鐵道口通行、立交橋和鐵路橋橋底通行、緊急制動(dòng)、行人避讓、貨物散落、道路上靜止障礙物等。

1.3綜合認(rèn)知能力測(cè)試項(xiàng)目

該項(xiàng)目測(cè)試屬于動(dòng)態(tài)測(cè)試，在基本認(rèn)知能力和高級(jí)認(rèn)知能力測(cè)試的基礎(chǔ)上，主要測(cè)試無(wú)人駕駛車(chē)輛對(duì)交通場(chǎng)景的綜合認(rèn)知能力以及自主駕駛和智能導(dǎo)航的能力。

此項(xiàng)測(cè)試相對(duì)復(fù)雜，主要分為面向城市道路環(huán)境、城際公路環(huán)境、鄉(xiāng)村道路環(huán)境以及三者結(jié)合的道路環(huán)境，在一定長(zhǎng)的距離內(nèi)，無(wú)人駕駛車(chē)輛需要識(shí)別障礙物、交通信號(hào)、行駛燈信息、笛聲、交通基礎(chǔ)設(shè)施和交通現(xiàn)象等，并按照要求完成自主駕駛和智能導(dǎo)航，主要的考查指標(biāo)為識(shí)別視聽(tīng)覺(jué)信息的個(gè)數(shù)以及識(shí)別所需時(shí)間、指定任務(wù)的完成情況包括認(rèn)知目標(biāo)、速度、位置、時(shí)間、行為等。

例如，在城際高速公路和城區(qū)道路等正常交通流中，要求無(wú)人駕駛車(chē)輛能夠與有人駕駛車(chē)輛以及無(wú)人駕駛車(chē)輛之間，基于視聽(tīng)覺(jué)信息（交通信號(hào)、行車(chē)燈信息和笛聲）進(jìn)行多車(chē)交互及無(wú)人駕駛車(chē)輛協(xié)同駕駛，實(shí)現(xiàn)多輛無(wú)人駕駛車(chē)輛混跡于正常城際交通流中行駛；在城區(qū)較大范圍內(nèi)和復(fù)雜交通流條件下，要求無(wú)人駕駛車(chē)輛能夠自主行駛，包括在遵守交通法規(guī)前提下和在可控的真實(shí)行車(chē)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)基本交通標(biāo)志的檢測(cè)與識(shí)別，不同交通環(huán)境中的車(chē)速控制、車(chē)道保持、動(dòng)態(tài)超車(chē)、靜動(dòng)態(tài)障礙物避讓以及規(guī)定區(qū)域的自主停車(chē)，并在可控的多種城區(qū)道路（密集道路、城市環(huán)路、繞城公路等）環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自主駕駛。

2結(jié)論

為了通過(guò)上述的測(cè)試項(xiàng)目達(dá)到無(wú)人駕駛車(chē)輛的認(rèn)知能力測(cè)試的目的，我們所提出測(cè)試場(chǎng)景不是場(chǎng)景與傳感、測(cè)量、計(jì)算設(shè)備的簡(jiǎn)單組合，而是針對(duì)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和不確定性環(huán)境下完成測(cè)試任務(wù)的復(fù)雜測(cè)試場(chǎng)景。我們通過(guò)構(gòu)建一個(gè)交通環(huán)境和交通現(xiàn)象的最小集合，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛車(chē)輛的全面、系統(tǒng)、客觀的評(píng)價(jià)。