自動駕駛封閉測試場地建設技術研究與實踐

王潤民 張心睿 王由道 張雷 朱宇

摘 要：自動駕駛封閉場地測試是自動駕駛開放道路測試及自動駕駛汽車大規(guī)模市場化應用的必要前提，近年來國內(nèi)外開展了大量的自動駕駛封閉測試場地建設工作。文章圍繞自動駕駛封閉場地測試，首先系統(tǒng)總結分析了國家交通運輸部發(fā)布的《自動駕駛封閉測試場地建設技術指南（暫行）》的主要內(nèi)容及典型測試場地的建設要求，然后面向場地構建應用闡述了長安大學車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗場的建設實踐，最后針對現(xiàn)有測試場地及建設技術難以滿足多種技術形式的自動駕駛汽車的測試需求提出了相應的解決思路。

關鍵詞：自動駕駛;測試;封閉場地;開放道路

中圖分類號：U467.5 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-33-04

Research and Practice on Construction Technology of Closed Test FieldAutonomous Driving

Wang Runmin^1，2， Zhang Xinrui¹， Wang Youdao¹， Zhang Lei^1，2， Zhu Yu¹

（?1.National Closed Field Test Base of Autonomous Driving?（Xian）， Ministry of Transport，?Changan University，Shaanxi Xian 710018; 2.Laboratory& Equipment Management Department，?Changan University，?Shaanxi Xian 710018?）

Abstract：?Autonomous driving closed field test is a necessary precondition for open road testing and large scale market application of autonomous driving. In recent years， a large number of autonomous driving closed field test have been built at home and abroad. Focusing on the of autonomous driving closed field testing， we first systematically summarized and analyzed the main contents and construction requirements of typical test field of Technical Guide for Construction of Autonomous Driving Closed Test Site （Interim） issued by the ministry of transport. Then we describe the construction practice of Chang'an University's test field of internet of vehicle and intelligent vehicle around the field construction and application. Finally， we put forward the corresponding solutions for the test field and construction technology which is difficult to meet the test requirements of various kinds of technology.Keywords： Autonomous driving; Test; Closed field; Open roadCLC NO.： U467.5 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-33-04

引言

自動駕駛測試是自動駕駛汽車產(chǎn)品定型及大規(guī)模市場化應用前的必要前提，如美國蘭德公司表示自動駕駛汽車需要數(shù)億公里的測試來驗證其安全性和可靠性優(yōu)于傳統(tǒng)汽車^[1]。自動駕駛測試可以充分的發(fā)現(xiàn)自動駕駛汽車功能及性能中存在的風險，從而便于利用算法優(yōu)化、功能安全、預計功能安全分析等去降低這些風險場景數(shù)量或控制風險，把自動駕駛汽車安全的已知安全區(qū)域盡量擴大。

從測試手段區(qū)分，目前業(yè)界將自動駕駛測試分為軟件仿真測試、硬件在環(huán)測試、實車測試三種^[2]。實車測試又分為開放道路測試和封閉場地測試兩種方式，其中開放道路測試指的是自動駕駛汽車在真實的社會道路上按測試人員的指令進行自主感知、路徑規(guī)劃與運動控制，測試人員通過測試數(shù)據(jù)及測試車輛的表現(xiàn)評價自動駕駛汽車的性能;封閉場地測試指的是在受控可封閉的真實場地中利用模擬交通參與者（假人、假車等）和真實交通要素（道路、標志、標線、天氣、網(wǎng)絡等）搭建各類受控可重復的交通場景對自動駕駛汽車的駕駛行為進行測試。

其中實車測試因為是直接利用真實的交通場景進行測試，測試結果最為可信，所以實車測試得到了業(yè)界的廣泛重視^[3]。如早在2014年，谷歌無人汽車就已獲批上路測試。然而有真實交通參與者（行人、自行車、機動車）的道路試驗的風險較高，易引發(fā)交通事故，此外難以保證同一個場景的重復性，為實車測試增加了難度。如2018年Uber改裝的自動駕駛汽車在美國亞利桑那州坦佩市試驗時，與一橫穿道路的推自行車行人發(fā)生碰撞，造成行人死亡。

為了促進、規(guī)范自動駕駛的開放道路測試工作，工信部、公安部、交通運輸部于2018年4月聯(lián)合發(fā)布《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范（試行）》，對自動駕駛汽車開放道路測試申請、審核、管理以及測試主體、測試駕駛人和測試車輛要求等進行規(guī)范。該規(guī)范要求自動駕駛汽車必須先在構建有各種實際交通場景的封閉測試場地內(nèi)按相關標準進行一定里程和時長的訓練，并經(jīng)過系統(tǒng)性的測試和考核后方能上路，即封閉場地的技術試驗與安全性測試評價是自動駕駛汽車上路測試前必不可少的環(huán)節(jié)^[5]。這是因為利用封閉場地可以實現(xiàn)在受控的風險中對自動駕駛汽車進行最貼近開放交通環(huán)境的測試，加速探索和優(yōu)化技術成熟度尚未達到滿足推廣應用要求的自動駕駛汽車在運行過程中出現(xiàn)的各種技術問題，確定測試車輛能夠可靠運行的交通場景，提升自動駕駛的安全性和可靠性^[4];此外，通過封閉場地測試，測試員或安全員可以有充分的時間熟悉被測車輛的自動駕駛操作規(guī)程、測試方法和危險狀態(tài)下的接管方式，以便能熟練的開展開放道路測試。

2015年以來，我國多個省、市的有關單位在工業(yè)和信息化部、公安部、交通運輸部及地方政府的支持下建設個多個自動駕駛封閉或半開放的測試場地，先期開展了各種不同等級的自動駕駛或ADAS的測試驗證工作，為自動駕駛封閉測試場地的構建、測試方法的研究和測試系統(tǒng)的研發(fā)及應用積累了大量的經(jīng)驗。但從整體來看，因目前沒有完善的自動駕駛測試理論體系及標準規(guī)范可以參考，故一直沒有形成系統(tǒng)的自動駕駛汽車封閉測試場地建設方法，相關的標準、規(guī)范也存在缺位問題，沒有形成標準化的適用于自動駕駛研發(fā)測試、訓練評估與開放道路測試能力評價所需的測試場地，難以滿足自動駕駛測試驗證的需求。

針對上述問題，我國交通運輸部于2018年組織相關領域的專家編制完成《自動駕駛封閉場地建設技術指南（暫行）》（以下稱“《技術指南》”），并于同年7月正式發(fā)布，這是國家層面出臺的第一部關于自動駕駛封閉測試場地建設技術的規(guī)范性文件，旨在規(guī)范自動駕駛封閉測試場地建設要求，指導各地各單位開展自動駕駛封閉場地建設，更好地服務封閉場地測試工作及自動駕駛技術發(fā)展^[6]。并同期首次認定了三家自動駕駛封閉場地測試基地（北京：交通部公路交通試驗場、西安：長安大學車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗場、重慶：重慶機動車強檢試驗場）。

然而自動駕駛封閉測試場地的構建方興未艾，在國內(nèi)外都沒有完全可靠、成熟的經(jīng)驗可供參考，此外自動駕駛技術特別是其涉及的智能網(wǎng)聯(lián)技術、車路協(xié)同技術的日新月異，在不斷地改變著自動駕駛的形態(tài)和特性^[7]，因此2018年發(fā)布的《技術指南》還屬于一種概括性及過渡性的指導意見，在后續(xù)的封閉場地建設及測試實踐中仍需不斷的補充、細化、完善。本文以作者參與《技術指南》、《關于促進道路交通自動駕駛發(fā)展的指導意見》（交通部組織起草，待發(fā)布）、《陜西省車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導意見》等部委、省市文件的編制經(jīng)驗為基礎，以及所在的交通運輸部認定自動駕駛封閉測試場地（西安）的建設及測試實踐經(jīng)驗為補充，系統(tǒng)地分析了《技術指南》涉及到的場地建設內(nèi)容及典型測試場地的建設要求，闡述了長安大學車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗場的建設實踐，提出了自動駕駛封閉場地優(yōu)化建設意見。

1 《技術指南》主要內(nèi)容分析

《技術指南》充分考慮了封閉測試場地的建設規(guī)模和可操作性，包括場地要求、通信要求、供電要求和其它要求四個方面。在場地要求方面，除了對場景測試的連續(xù)性、測試區(qū)域的安全防護及對周圍環(huán)境的噪聲、空氣污染的影響進行要求外，重點對測試場地的類型和各類場地的建設規(guī)范（如場地可選取的位置、路寬、路段組合、交通標線及交通標志類型、坡度、交通參與者及其他交通附屬物）進行了約束，共涉及測試場地22種。考慮到《技術指南》的可操作性及封閉測試場地建設的易行性，《技術指南》未對不同公路及道路等級、各類路面材質、不同類型的交叉口等對自動駕駛功能測試影響較小的因素進行詳細的分類和嚴格的約束;此外自動駕駛測試場景多種多樣、無法窮盡，因此各類場景對應的設施、設備也不能窮舉，基于上述考慮，《技術指南》中的各類測試設備、測試設施也以測試自動駕駛的安全性為主。

在通信要求方面，《技術指南》要求封閉測試場地應具備全覆蓋、低時延的各類路側車聯(lián)網(wǎng)通信設備（含5G、LTE-V、DSRC等），以滿足提供必要的車聯(lián)網(wǎng)及車路協(xié)同應用服務;能夠提供高精度的定位服務（北斗或GPS），滿足被測自動駕駛汽車的功能應用需求和測試設備的運行需求。此外還對路側的有線、無線通信，全場的無線電通訊，面向數(shù)據(jù)存儲與測試監(jiān)管的數(shù)據(jù)中心、監(jiān)管中心的配套提出了相應的要求。

除此之外，《技術指南》還在“供電要求”、“其他要求”部分對封閉測試場供電結構、建筑物及構筑物防雷設計、全場高清監(jiān)控系統(tǒng)、測試安全緩沖區(qū)、測試狀態(tài)提示及警示系統(tǒng)、消防及急救等安全設備、給排水設施、可控場地照明系統(tǒng)等各方面配套系統(tǒng)的建設提出了不同的要求。

基于《技術指南》，相關機構只要利用必要的道路環(huán)境和測試設備即可完成封閉測試場地的搭建，完成一定數(shù)量的自動駕駛功能測試項目。大大降低了自動駕駛封閉測試場地建設的難度，在利用基礎測試場地保證自動駕駛測試質量的同時，間接促進了全國封閉測試場地的建設，提高了我國自動駕駛封閉場地測試的規(guī)模，有助于推進了自動駕駛產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展。

2 封閉測試場地建設實踐

長安大學車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗場是在長安大學汽車綜合性能試驗場（全國高校唯一的A級汽車試驗場）的基礎上，進行電子化、信息化、智能化改造完成的，是我國面向自動駕駛與車路協(xié)同場地研究及測試的重要基地。占地423畝，建有2.4km的汽車高速環(huán)形跑道，1.1km直線試車道，1.3萬平方米的操縱穩(wěn)定性試驗廣場，五種可靠性強化典型試驗道路，三種低附著系數(shù)路面等專用汽車試驗道路設施。于2018申請并獲批為交通運輸部自動駕駛封閉場地測試基地（西安），相關測試場地及標志、標線的部署如圖1所示。

在測試基地的構建過程中，除按照《技術指南》的要求開展實際測試場地和場景的搭建外，還基于各實際場地，構建了能夠最大程度模擬真實測試場地的虛擬測試場景，以便于開展基于虛實結合的自動駕駛平行測試，加速自動駕駛測試進程。部分虛、實測試場地如圖2所示。

在封閉場地構建及運行過程中，作者所在的研究團隊還對車聯(lián)網(wǎng)技術、自動駕駛測試評價技術、自動駕駛封閉測試場景及場地構建方法、基于V2X的網(wǎng)絡化智能路側系統(tǒng)集成、自動駕駛封閉測試環(huán)境氣象模擬等開展了大量的研究，并在此基礎上建設了全場覆蓋的LTE-V、DSRC、WiFi、4G-LTE異構車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)、網(wǎng)聯(lián)智能交通信號控制系統(tǒng)、基于EUHT的自動駕駛測試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、全場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、厘米級的UWB定位系統(tǒng)、3D高精度數(shù)字化地圖、測試場高清視頻記錄與數(shù)字化管理系統(tǒng)等多種測試系統(tǒng);聯(lián)合有關機構研發(fā)或集成了自動駕駛測試數(shù)據(jù)采集車、自動駕駛行人模擬測試平臺、氣球車等測試工具，形成了系列化的自動駕駛封閉場地測試技術鏈和工具鏈;并在研究自動駕駛封閉場地測試方法的基礎上，編制了《長安大學自動駕駛封閉場地測試規(guī)程》，從測試場地、測試裝備、測試規(guī)范等多方面構建了較為完整的自動駕駛封閉場地測試體系。

3 自動駕駛封閉測試場地發(fā)展展望

為了盡快推動我國自動駕駛封閉測試場地的建設，現(xiàn)有的《技術指南》主要覆蓋了城市道路測試場景和少量高速公路或快速干道場景，主要面向的測試對象為以單車智能為主要技術實現(xiàn)方式的自動駕駛汽車，主要針對自主式自動駕駛汽車功能測試的需求，此外測試場地功能較為單一，實際上難以滿足目前多種技術形式的、不同自動駕駛等級的自動駕駛汽車及智能網(wǎng)聯(lián)汽車的實車測試需求。針對上述問題，本文圍繞自動駕駛封閉測試場地的建設與測試實施提出以下建議：

（1）基于高速公路的封閉測試場地構建

業(yè)界普遍認為，自動駕駛將首先在高速公路環(huán)境下得到應用。因此高速運行條件下的自動駕駛功能和性能測試是自動駕駛極限工況測試的重要環(huán)節(jié)，然而受政府土地政策的約束和基于封閉場地建設成本的考慮，現(xiàn)有的絕大多數(shù)封閉測試場地沒有真實的高速公路測試環(huán)境。利用簡單的模擬搭建難以構建出高速公路分向行駛、全部控制出入、高時速、跨線立交、橋隧結合的特點。無法滿足自動駕駛在高速工況下的測試需求。針對上述問題，我國各級政府、相關企業(yè)可利用高速公路老舊路、復線，采取半封閉或封閉的方式規(guī)劃建設自動駕駛高速公路封閉測試場地;對于技術相對穩(wěn)定、成熟的自動駕駛汽車的測試，可以在車流量較少、車道數(shù)量較多的高速公路規(guī)劃一條或幾條自動駕駛專業(yè)測試車道，以應對自動駕駛在高速公路環(huán)境下的測試需求。

（2）車聯(lián)網(wǎng)與車路協(xié)同測試場地構建

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展及自動駕駛汽車非視距感知需求的不斷增長，網(wǎng)聯(lián)化成為自動駕駛發(fā)展的必由之路。因此車聯(lián)網(wǎng)及車路協(xié)同功能及性能測試是自動駕駛測試的必要環(huán)節(jié)。已建和新建的封閉測試場地應有計劃的建設涵蓋各類車聯(lián)網(wǎng)通信設施、路側交通控制設施、典型測試裝備的車聯(lián)網(wǎng)與車路協(xié)同測試場地。支持開展如不同的車聯(lián)網(wǎng)通信設備、不同的車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議、不同增益及類型的車聯(lián)網(wǎng)通信天線、不同的車聯(lián)網(wǎng)應用及算法在各類典型交通場景、無線信道環(huán)境、定位環(huán)境下的車聯(lián)網(wǎng)功能與性能測試。

（3）柔性化測試場地構建

建設要素齊全、功能完整、可靈活配置、可持續(xù)發(fā)展的封閉測試環(huán)境是眾多自動駕駛封閉測試場地的建設目標，然而受可利用土地資源的約束，如果為每一個或幾個測試場景配套一塊測試場地，將使得封閉測試場可利用場景大大減少。因此應基于自然駕駛數(shù)據(jù)及交通事故數(shù)據(jù)，提取封閉測試場的基元場景，基于常發(fā)事故點的特征分析和自動駕駛元功能

的測試需求，研究基于多測試實體的柔性化測試要素提取方法，探索封閉測試環(huán)境場景優(yōu)化布局及組合方法，基于研究成果，合理的進行測試設施的部署，實現(xiàn)單一測試場地的快速復用，從而構建規(guī)?？蓴U展、粒度可變化、場景可重構的自動駕駛封閉測試場地。

4 結語

測試是保障自動駕駛汽車安全性和推動自動駕駛汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，其中道路測試與軟件仿真測試、硬件在環(huán)測試是最重要的自動駕駛測試技術之一，而封閉場地測試通過在受控的場地內(nèi)搭建各類可重復的交通場景進行測試，能夠顯著加速測試進程、減少測試風險，是自動駕駛開放道路測試前必不可少的過程。本文圍繞自動駕駛封閉測試場地的建設，系統(tǒng)地總結分析了交通運輸部發(fā)布的《自動駕駛封閉場地建設技術指南（暫行）》，并面向應用，闡述了長安大學車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗場的建設實踐，最后基于測試方法的研究結果、測試場地的建設實踐提出了自動駕駛封閉測試場地的發(fā)展建設思路。

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