智能网联汽车预期功能安全场景要素及管理规范

1智能网联汽车预期功能安全场景要素及管理规范本文件规定了智能网联汽车预期功能安全场景的架构、要素与管本文件适用于智能网联汽车开发初期阶段设计运行范围的选择与确定、开发过程中危害分析与风下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修ISO/FDIS21448道路车辆预期功能安全（Roadvehicles-Safetyoftheintended对一系列场景帧的序列时间关系描述，其中场景帧是对包含静态要素、动态要素、所有参与者以2NOPHighWayPilotInertialMeasurementNavigateOnPilotOperationalDesignCV2XSafetyoftheintendedfunctionality5.1预期功能安全场景要素基本要求5.1.1场景要素结构化场景中要素应具有统一的、确定的、合理的逻辑关系，并聚合形成一定的层次架构。5.1.2场景要素典型性5.1.3场景要素完备性5.1.3.1场景要素应以需求为核心，5.1.3.2场景要素应保证对于潜在的未知场景与因素均能通5.1.3.3场景要素应以需求为核心，5.1.3.4场景要素应保证对于潜在的未知场景与因素均能通5.1.4场景描述准确性场景要素应通过有限信息准确描述和场景相关的道路、环境、交通参与者、驾驶人等信息，能够5.1.5场景要素简洁性场景要素不应存在对场景构建影响因素不大或完全没有影响的因素，在相同测试用例内应以最小5.1.6场景要素直观性5.2场景要素获取流程5.2.1分析推理35.2.1.2未知且不安全场景应以已有的预期功能事件、交通事故场景等素材为依据，获得预期功能安确安全约束和要求，获得场景要素列表。可采用危害分析和风险评估（HazardAnalysisandRiskAssessment）,系统理论过程分析（SystemTheoreticProcessAnalysis）,失效模式与效应分析（FailureModeandEffectAnalysis）,故障树分析（FaultTreeAnalys（HazardandOperability）等方法。5.2.2专家评审5.2.2.1应多次征询预期功能安全、智能网联汽车安全有关专家或权威人士的意见，填写场景要素问5.2.2.1整理每轮次征询结果并在下一5.3场景要素的使用范畴5.3.1定义设计运行条件应通过场景要素及其附属属性和参数的设置，描述智能网联汽车自动驾驶系统功能的运行条件和5.3.2分析预期功能安全局限性场景要素形成预期功能安全触发条件，可分析确认智能网联汽车的预期功能安全局限性，促进预5.3.3智能网联汽车数据采集基于选取的预期功能安全场景要素，判断采集数据合理性，优化数据采集方法，5.3.4智能网联汽车测试评价基于场景关键要素，建立“功能-逻辑-具体”预期功能安全场景构造流程，生成关键预期功能安全测试用例，应采用模拟仿真测试/封闭场地测试/实际道路测试等方式，对智能网联汽车进行算法级/6.1.2静态场景要素应涵盖预期功能安全场景中可能出现实体及其关键参数，包括道路结构、交通设施、道路临时事件、交通参与者、自然环境、通信状态、以及自车内部实体信息等七层逻辑架构，见46.1.3静态场景要素应根据场景生成逻辑关系从底层基础到高层细节依次构建。场景静态场景要素7层对场景中自车的状态进行描述。包含对自车自动驾驶等级、自车硬件设备的描述、运动状态的描述及其驾驶人和乘员状态的描描述场景中的信息通信，主要包含对路侧单元、边缘计算单元定描述特定场景中的局部时间或空间片段产生非持续性的临时变化，包括道路条件变化、车道变化、车道占据、气象和光照条件5描述道路拓扑结构信息，包括道路所处区域的类型、拓扑结构、6.1.4动态场景要素应具体、清晰地体现场景中实体随着时间的6.1.5动态要素应与静态要素关联，状态变化应分为轨迹和动作，对每种具体的信息类型设置关键参数6.1.67层逻辑架构每一层应包含一定明确的场景要素，架构、层次与要素形成了场景构建逻辑关系；6.1.7场景要素和附属参数应构成功能场景-逻辑场景-具体场景的抽象-具象的场景道路结构层要素应描述预期功能安全场景的道路几何结构和车道物理信息，包括道路曲率、坡度、形状、路面材质、覆盖物等信息，以及路肩、减速带、横跨桥梁等6.2.1.2道路拓扑道路拓扑将场景实际道路几何结构映射为主路、次路、辅路和转向专用道等基本道路结构类型，主路是指道路等级最高的主体道路，通常将自车所在主干道设置为主路。主路信息包含主路车道6次路是指和主路相交的道路，通过主路和次路的设置，能够完整描述道路拓扑结构信息。次路信辅路是指处在主路两侧或一侧单向或双向行驶，能够缓解主路交通压力的道路。辅路信息需要通右转专用道是在交叉口处设置的专供右转车辆使用的道路。右转专用道需要通过右转专用道纵向6.2.1.3道路路面状态路面覆盖物描述路面是否有结冰、积雪、积水、湿滑、油路面损坏描述路面是否有坑洼、开裂、断层、沉陷、颠簸等影响行车的情况。路面损坏类型包括但不限于：凹陷、小坑、裂缝、突起等类型；路面损坏的形状，包括方形、圆形等形状；位置、尺寸路面反光情况描述路面是否有反光区域的存在，路面反光情况包括但不限于反光区域的类型，包中央分隔带用于分隔主干道不同方向的交通流。中央分隔带应包含是否有行人驻足区等信息进行侧分带是主干道和辅路之间的分隔带。侧分带应包含是否有行人驻足区等信息描述。路肩是位于行车道外缘至路基边缘、具有一定宽度的带状结构部分。路肩应该包含路肩类型、路7减速带是安装在公路上使经过的车辆减速的交通设施，减速带应包含数量、间隔等信息。横跨桥梁是横向跨越在车道上的桥梁。横跨桥梁的信息应包括桥的类型、高度、宽度及其横跨的道路照明设施是用于在光照条件差的情况下为交通参与者提供光源的交通设施。照明设施应包含重复距离、照明亮度，是否损坏，并且对于有损坏的，需要损坏的位对交通设施进行结构化语言描述的信息表见附录A附表交通信号灯是在平面交叉口这种道路空间上无法实现交通流时间或空间分离的地方，用来在时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。交通信号灯信息应包含其所在位置、高度、是否出现模机动车交通信号灯是分配在空间上会相互冲突的机动车流通行权的交通信号灯。机动车交通信号车道方向指示灯是用于指示车道是否可以通行以及可以通行的方向的交通信号灯。车道方向指示人行横道信号灯是用于分配行人交通流的通行权的交通信号灯。人行横道信号灯包含行人信号灯8闪光警告灯是用于提示交通参与者在此处应该注意观察，确认安全后再通过的交通信号灯。闪光交通标志牌用于对道路信息的指示，交通标志牌的类型包括但不限于：警告标志、限速标志、禁交通标线是在道路的路面上用线条、箭头、文字等形式向交通参与者传递引导、限制、警告等交通信息的标识。对每一类标线至少需要对标线给出唯一编号，说明其位置，尺寸及其标线质量等信息。人行横道线是能引导行人安全地过马路，用于标识行人过街通道的交通标线。人行横道线信息应导流线是用于表示车辆必须按规定的路线行驶，不得压线或越线行驶的交通标线。导流线信息应车位标线是对停车位信息的描述，车道线信息需要包含车位的类型：常规车位、临时车位停止线是与道路中心线相垂直的一条白色实线，表示车流让行、等候放行等情况下的停车位置。停路缘线是标识行车道的边界的车道线，路缘线信息应包含其类型，位置，尺寸以及标线质量等信道路临时事件类型包括道路条件变化、车道变化、9道路覆盖物描述在道路表面的物体，道路覆盖物信息应包含道路覆盖物类型的改变，其中路覆盖车道数量变化信息应包含车道增减的过渡线的起始和结束位置，车道增减的车道数，如果是车道数增加还需要描述增加车道的宽度和原车道是通向还是反向车道中心线偏移信息应包含车道中心线偏移的车道数，车道偏移过渡线的起始和结束位置等信息。道路施工信息应包含道路施工的起始和结束影响的纵向位置、施工占据的道路物体、施工人员数车辆占据车道信息应包含占据道路的车辆的长宽高颜色等物理属性、占据的道路位置、车辆是处物体占据车道信息应包含占据道路的物体的类型、数量、颜色等属性信息，占据的区域位置等信天气条件变化类型可以分为晴天、阴天、雨天、雪天、雾天、冰雹、沙尘暴、雾霾、台风等。气条件信息包括天气条件变化类型、变化起始和结束位能见度是指视力正常的人能将目标物从背景中识别出来的最大距湿度是空气中水蒸气的含量，可以分级为干燥、适宜、潮湿等类型。湿度变化需要包含湿度变化风向可以分类为无风、顺风、逆风、侧风等类型。风向变化信息包含风向变化的类型、变化起始风速变化可以分为变大、变小、突变等类型。风速变化信息包含风速变化的类型、变化起始和结变化后的光照信息包含变化后的光照是正常的、有阴影的、强光直射还是强弱光交替变化等信息。光照的变化方向的信息包括但不限于：逆光、顺光等交通参与物是对所有参与预期功能安全事件的交通实体的描述，是连接场景静态要素和动态要素的重要实体，分为车辆、人物、动物和其他物体。对交通参与物进行结构化语言描述的信息表见附录A附表A.4。对单辆车辆的信息应包含车辆类型、是否自车、是否算法控制等属性信息，以及长、宽、高、颜车流信息主要描述交通场景的背景交通流的状况：单车、少量车流、密集或者拥堵。车流信息需交警信息应该包含交警所在的位置、指挥交通的动物是除人类之外的所有生命体的总称，动物信息应该包括动物的位置、类型、颜色、运动状态自然环境为当前场景时间片段内各类直接或间接引发预期功能安全问题的环境要素，自然环境信息包含影响场景的气象、光照、电磁干扰和建筑物等情况。自然环境要素结构化描述的信息表见附录A附表5。气象信息包括天气状况、温度、湿度、风速、风向、能见度光照信息需要描述光源位置、光源类型、光照强弱、光照方向以及是否有反射光等建筑物在路面的光照阴影会对感知系统的工作带来影响。建筑物信息应包含明确的建筑物类型，以及建筑物的地理位置等属性信息。常见的建筑物类型包括：单体建筑、联排建筑、加油站、停车楼、智能网联汽车的车辆硬件设备及其相互通讯易受外部电磁干扰。电磁干扰信息主要包括电磁干扰边缘计算单元、定位以及这些信息设备的信号衰减区域的描述。对通信状态层进行结构化语言描述的路侧单元信息应包括路侧单元的位置、通信类型、传感器类型（相机、激光雷达等）、工作参数边缘计算单元是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，提供近端计算服务的部件。边缘计算单元的信息应包含边缘计算单元的位置、通信类型、所计算的信息（风速、道路湿滑、交通提示等）、工作参数定位单元的信息应包含定位单元的位置、通信类型、设备类型（GPS、高精度地图等）、工作参自车状态应对交通流中被测车辆状态的描述，包括自车的硬件设备、运动状态以及驾驶人和乘员状态的描述。对自车状态进行结构化语言描述的信息表见附录A附表A灯光应描述车辆信号灯光状态，包括：灯光关闭、开启近光、远光、双闪、雾灯、转向指示灯、喇叭应描述车辆鸣笛信号情况，包括短暂鸣笛、长6.2.6.2.5车窗感知设备的信息应包含感知设备的类型、感知设备安装的位置、设备的工作状态等信息。其中，定位设备的信息应包含定位设备的类型、安装位置以及工作状态等信息。其中，定位设备类型包通信设备的信息应包含通信设备的类型、安装位置以及工作状态等信息。其中，通信设备类型包车载计算单元信息应包含车载计算单元设备的类型、安装位置以及工作状态等运动状态分为垂直方向、横向、俯仰和侧倾四类，对于每类状态分别用平稳、略微振动和剧烈振驾驶人状态应描述驾驶人的驾驶状态，包括驾驶人的疲劳情况、注意力情况、位姿情况等信息，乘员状态信息应包含乘员的数量、乘员是否使用安全动态触发机制应描述场景要素预期功能安全状态切换的形式，包括直接连接、自然过渡、事发、地点触发、车距触发、速度触发、加速度触发等接直接连接描述预期功能安全场景不同场景要素之间的顺次变化，且无其他要素过渡时间触发表示达到特定时间点时，切换相应地点触发表示达到特定空间点后，切换相应预期功能安全场景要素距离触发表示当和其他交通参与者的距离符合指定距离关系，切换相应预期功能安全场景要素状速度触发表示当速度满足指定速度条件，切换相应预期功能安全场景要素加速度触发表示当加速度满足指定加速度条件，切换相应预期功能安全场景要素轨迹是指一定时间内在平面上顺次连接的关键位置序列，描述诱发预期功能安全问题的实体运动情况。轨迹描述的时间粒度应以秒为基本单元，轨迹点包括：轨迹点的横纵坐标，轨迹归属的交通参与者在该点的速度、加速度、朝向角和持续时间等关键信息。每一条轨迹至少应包含轨迹起点、轨迹的触发机制、以及轨迹起始和结束所在的道路编号直行轨迹为车辆在一段时间内沿直道行驶的轨迹。直行轨迹包括：变速点、轨迹末点等轨迹点。变道轨迹为车辆从所在车道更换至临近车道内的轨迹，变道轨迹包括：变道方向、轨迹起始点、超车轨迹为车辆借助临近车道快速行驶超过前方车辆并回归到原来车道的轨迹，超车轨迹包括超车方向、轨迹起点、超车变道起点、超车变道终点、回原车道起点、回原车道终点以及轨迹终点等轨路口转弯轨迹为车辆在交叉路口切换到另一个行驶方向道路的轨迹，路口转弯轨迹信息包括轨迹起点、转向点和轨迹终点等三个轨迹点转弯方向等信息岔口分流轨迹为车辆在Y型分岔路口分流驶向和当前道路相交的另一个方向道路的轨迹，岔口分流的轨迹点包括轨迹起点、分流点和轨迹终支路汇入轨迹为次路车辆通过匝道汇入主干道行驶轨迹，支路汇入包括轨迹起点、支路的驶出点、调头轨迹为车辆在当前道路上，将行驶方向转换为当前行驶方向相反方向的轨迹，调头轨迹包括轨迹起点、调头变道起点、调头变道终点、回原方向起点、回原方向终点以及轨迹终点以及调头方向漂移碰撞轨迹为车辆与其他交通设施或交通参与者放生碰撞后的漂移轨迹，碰撞漂移信息包括漂S型失控轨迹为车辆发生失控后，形如S型的轨迹，S型失控包括轨迹起点、漂移边界点、中间过动作描述交通参与实体的形态变换情况。动作由一组形态按照一定的时间顺序在实体上顺次展现，描述诱发预期功能安全问题的实体形态变换情况。通常设置动作的时间粒度以秒为基本单元。每一个车门状态信息应包含描述车门的位置：左前、左后、右前、右后，对车门的操作：打开、关闭、车灯状态信息应包含描述车灯信号类型：刹车灯、示廓灯、转向灯、雾灯、双闪、远光灯、近光智能设备是指车辆部件中具有计算处理能力的设备、器械或者机器。智能设备的信息应该包含其类型：相机、雷达、红外线、超声波、定位设备、计算平台，对智能设备的操作：打开、关闭、保持、行人动作信息描述行人的行为动作。行人动作可以分为行人的手势动作、头部动信号灯切换描述交通信号灯的控制状态的改变，信号灯切换信息应包含信号灯的类型：红灯、黄灯、绿灯及其对应的双闪，信号灯所指示的方向：直行、左转、右转、直行左转、直行右转、调头，对信号灯的操作：切换、保持或者信号灯损（HighwayPilot,HWP）、城市巡航功能（Navigateon7.2.3场景要素和一级标签之场景要素和一级标签之间的关系，如表2所示，其中√表示有主要影响，即场景层级和