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


作者：王潤民 1,2，張心睿 1，王由道 1，張雷 1,2，朱宇 1
（1.長安大學(xué) 交通運(yùn)輸部認(rèn)定自動(dòng)駕駛封閉場地測試基地（西安），陜西 西安 710018；2.長安大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，陜西 西安 710018）

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

從測試手段區(qū)分，目前業(yè)界將自動(dòng)駕駛測試分為軟件仿真測試、硬件在環(huán)測試、實(shí)車測試三種[2]。實(shí)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(dòng)駕駛汽車在真實(shí)的社會(huì)道路上按測試人員的指令進(jìn)行自主感知、路徑規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制，測試人員通過測試數(shù)據(jù)及測試車輛的表現(xiàn)評(píng)價(jià)自動(dòng)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(shí)場地中利用模擬交通參與者（假人、假車等）和真實(shí)交通要素（道路、標(biāo)志、標(biāo)線、天氣、網(wǎng)絡(luò)等）搭建各類受控可重復(fù)的交通場景對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的駕駛行為進(jìn)行測試。

其中實(shí)車測試因?yàn)槭侵苯永谜鎸?shí)的交通場景進(jìn)行測試，測試結(jié)果最為可信，所以實(shí)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(shí)交通參與者（行人、自行車、機(jī)動(dòng)車）的道路試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)較高，易引發(fā)交通事故，此外難以保證同一個(gè)場景的重復(fù)性，為實(shí)車測試增加了難度。如 2018 年 Uber 改裝的自動(dòng)駕駛汽車在美國亞利桑那州坦佩市試驗(yàn)時(shí)，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(jìn)、規(guī)范自動(dòng)駕駛的開放道路測試工作，工信部、公安部、交通運(yùn)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(duì)自動(dòng)駕駛汽車開放道路測試申請(qǐng)、審核、管理以及測試主體、測試駕駛?cè)撕蜏y試車輛要求等進(jìn)行規(guī)范。該規(guī)范要求自動(dòng)駕駛汽車必須先在構(gòu)建有各種實(shí)際交通場景的封閉測試場地內(nèi)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一定里程和時(shí)長的訓(xùn)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(shù)試驗(yàn)與安全性測試評(píng)價(jià)是自動(dòng)駕駛汽車上路測試前必不可少的環(huán)節(jié)[5]。這是因?yàn)槔梅忾]場地可以實(shí)現(xiàn)在受控的風(fēng)險(xiǎn)中對(duì)自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行最貼近開放交通環(huán)境的測試，加速探索和優(yōu)化技術(shù)成熟度尚未達(dá)到滿足推廣應(yīng)用要求的自動(dòng)駕駛汽車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種技術(shù)問題，確定測試車輛能夠可靠運(yùn)行的交通場景，提升自動(dòng)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(shí)間熟悉被測車輛的自動(dòng)駕駛操作規(guī)程、測試方法和危險(xiǎn)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(gè)省、市的有關(guān)單位在工業(yè)和信息化部、公安部、交通運(yùn)輸部及地方政府的支持下建設(shè)個(gè)多個(gè)自動(dòng)駕駛封閉或半開放的測試場地，先期開展了各種不同等級(jí)的自動(dòng)駕駛或 ADAS 的測試驗(yàn)證工作，為自動(dòng)駕駛封閉測試場地的構(gòu)建、測試方法的研究和測試系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。但從整體來看，因目前沒有完善的自動(dòng)駕駛測試?yán)碚擉w系及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以參考，故一直沒有形成系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛汽車封閉測試場地建設(shè)方法，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也存在缺位問題，沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化的適用于自動(dòng)駕駛研發(fā)測試、訓(xùn)練評(píng)估與開放道路測試能力評(píng)價(jià)所需的測試場地，難以滿足自動(dòng)駕駛測試驗(yàn)證的需求。

針對(duì)上述問題，我國交通運(yùn)輸部于 2018 年組織相關(guān)領(lǐng)域的專家編制完成《自動(dòng)駕駛封閉場地建設(shè)技術(shù)指南（暫行）》（以下稱“《技術(shù)指南》”），并于同年 7 月正式發(fā)布，這是國家層面出臺(tái)的第一部關(guān)于自動(dòng)駕駛封閉測試場地建設(shè)技術(shù)的規(guī)范性文件，旨在規(guī)范自動(dòng)駕駛封閉測試場地建設(shè)要求，指導(dǎo)各地各單位開展自動(dòng)駕駛封閉場地建設(shè)，更好地服務(wù)封閉場地測試工作及自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展[6]。并同期首次認(rèn)定了三家自動(dòng)駕駛封閉場地測試基地（北京：交通部公路交通試驗(yàn)場、西安：長安大學(xué)車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗(yàn)場、重慶：重慶機(jī)動(dòng)車強(qiáng)檢試驗(yàn)場）。

然而自動(dòng)駕駛封閉測試場地的構(gòu)建方興未艾，在國內(nèi)外都沒有完全可靠、成熟的經(jīng)驗(yàn)可供參考，此外自動(dòng)駕駛技術(shù)特別是其涉及的智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)、車路協(xié)同技術(shù)的日新月異，在不斷地改變著自動(dòng)駕駛的形態(tài)和特性[7]，因此 2018 年發(fā)布的《技術(shù)指南》還屬于一種概括性及過渡性的指導(dǎo)意見，在后續(xù)的封閉場地建設(shè)及測試實(shí)踐中仍需不斷的補(bǔ)充、細(xì)化、完善。本文以作者參與《技術(shù)指南》、《關(guān)于促進(jìn)道路交通自動(dòng)駕駛發(fā)展的指導(dǎo)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(dǎo)意見》等部委、省市文件的編制經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以及所在的交通運(yùn)輸部認(rèn)定自動(dòng)駕駛封閉測試場地（西安）的建設(shè)及測試實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為補(bǔ)充，系統(tǒng)地分析了《技術(shù)指南》涉及到的場地建設(shè)內(nèi)容及典型測試場地的建設(shè)要求，闡述了長安大學(xué)車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗(yàn)場的建設(shè)實(shí)踐，提出了自動(dòng)駕駛封閉場地優(yōu)化建設(shè)意見。

1 《技術(shù)指南》主要內(nèi)容分析

《技術(shù)指南》充分考慮了封閉測試場地的建設(shè)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(gè)方面。在場地要求方面，除了對(duì)場景測試的連續(xù)性、測試區(qū)域的安全防護(hù)及對(duì)周圍環(huán)境的噪聲、空氣污染的影響進(jìn)行要求外，重點(diǎn)對(duì)測試場地的類型和各類場地的建設(shè)規(guī)范（如場地可選取的位置、路寬、路段組合、交通標(biāo)線及交通標(biāo)志類型、坡度、交通參與者及其他交通附屬物）進(jìn)行了約束，共涉及測試場地 22 種?？紤]到《技術(shù)指南》的可操作性及封閉測試場地建設(shè)的易行性，《技術(shù)指南》未對(duì)不同公路及道路等級(jí)、各類路面材質(zhì)、不同類型的交叉口等對(duì)自動(dòng)駕駛功能測試影響較小的因素進(jìn)行詳細(xì)的分類和嚴(yán)格的約束；此外自動(dòng)駕駛測試場景多種多樣、無法窮盡，因此各類場景對(duì)應(yīng)的設(shè)施、設(shè)備也不能窮舉，基于上述考慮，《技術(shù)指南》中的各類測試設(shè)備、測試設(shè)施也以測試自動(dòng)駕駛的安全性為主。

在通信要求方面，《技術(shù)指南》要求封閉測試場地應(yīng)具備全覆蓋、低時(shí)延的各類路側(cè)車聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)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(yīng)用服務(wù)；能夠提供高精度的定位服務(wù)（北斗或 GPS），滿足被測自動(dòng)駕駛汽車的功能應(yīng)用需求和測試設(shè)備的運(yùn)行需求。此外還對(duì)路側(cè)的有線、無線通信，全場的無線電通訊，面向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yīng)的要求。

除此之外，《技術(shù)指南》還在“供電要求”、“其他要求”部分對(duì)封閉測試場供電結(jié)構(gòu)、建筑物及構(gòu)筑物防雷設(shè)計(jì)、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(shè)備、給排水設(shè)施、可控場地照明系統(tǒng)等各方面配套系統(tǒng)的建設(shè)提出了不同的要求。

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

表 1 《技術(shù)指南》中規(guī)定的測試場地名稱及用途分類



2 封閉測試場地建設(shè)實(shí)踐

長安大學(xué)車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗(yàn)場是在長安大學(xué)汽車綜合性能試驗(yàn)場（全國高校唯一的 A 級(jí)汽車試驗(yàn)場）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電子化、信息化、智能化改造完成的，是我國面向自動(dòng)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(yàn)廣場，五種可靠性強(qiáng)化典型試驗(yàn)道路，三種低附著系數(shù)路面等專用汽車試驗(yàn)道路設(shè)施。于 2018申請(qǐng)并獲批為交通運(yùn)輸部自動(dòng)駕駛封閉場地測試基地（西安），相關(guān)測試場地及標(biāo)志、標(biāo)線的部署如圖 1 所示。


圖 1 長安大學(xué)車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗(yàn)場測試場地部署情況

在測試基地的構(gòu)建過程中，除按照《技術(shù)指南》的要求開展實(shí)際測試場地和場景的搭建外，還基于各實(shí)際場地，構(gòu)建了能夠最大程度模擬真實(shí)測試場地的虛擬測試場景，以便于開展基于虛實(shí)結(jié)合的自動(dòng)駕駛平行測試，加速自動(dòng)駕駛測試進(jìn)程。部分虛、實(shí)測試場地如圖 2 所示。


 (a) 自動(dòng)轉(zhuǎn)向“S”型路線測試場地 (b) 停車讓行測試場地


(c) 信號(hào)燈識(shí)別與響應(yīng)測試場地 (d) 隧道模擬測試場地
圖 2 虛實(shí)結(jié)合的自動(dòng)駕駛封閉測試場地

封閉場地構(gòu)建及運(yùn)行過程中，作者所在的研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)駕駛測試評(píng)價(jià)技術(shù)、自動(dòng)駕駛封閉測試場景及場地構(gòu)建方法、基于 V2X 的網(wǎng)絡(luò)化智能路側(cè)系統(tǒng)集成、自動(dòng)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(chǔ)上建設(shè)了全場覆蓋的 LTE-V、DSRC、WiFi、4G-LTE 異構(gòu)車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)、網(wǎng)聯(lián)智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)、基于 EUHT 的自動(dòng)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(jí)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(guān)機(jī)構(gòu)研發(fā)或集成了自動(dòng)駕駛測試數(shù)據(jù)采集車、自動(dòng)駕駛行人模擬測試平臺(tái)、氣球車等測試工具，形成了系列化的自動(dòng)駕駛封閉場地測試技術(shù)鏈和工具鏈；并在研究自動(dòng)駕駛封閉場地測試方法的基礎(chǔ)上，編制了《長安大學(xué)自動(dòng)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(gòu)建了較為完整的自動(dòng)駕駛封閉場地測試體系。

3 自動(dòng)駕駛封閉測試場地發(fā)展展望

為了盡快推動(dòng)我國自動(dòng)駕駛封閉測試場地的建設(shè)，現(xiàn)有的《技術(shù)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(duì)象為以單車智能為主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式的自動(dòng)駕駛汽車，主要針對(duì)自主式自動(dòng)駕駛汽車功能測試的需求，此外測試場地功能較為單一，實(shí)際上難以滿足目前多種技術(shù)形式的、不同自動(dòng)駕駛等級(jí)的自動(dòng)駕駛汽車及智能網(wǎng)聯(lián)汽車的實(shí)車測試需求。針對(duì)上述問題，本文圍繞自動(dòng)駕駛封閉測試場地的建設(shè)與測試實(shí)施提出以下建議：

（1）基于高速公路的封閉測試場地構(gòu)建

業(yè)界普遍認(rèn)為，自動(dòng)駕駛將首先在高速公路環(huán)境下得到應(yīng)用。因此高速運(yùn)行條件下的自動(dòng)駕駛功能和性能測試是自動(dòng)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(shè)成本的考慮，現(xiàn)有的絕大多數(shù)封閉測試場地沒有真實(shí)的高速公路測試環(huán)境。利用簡單的模擬搭建難以構(gòu)建出高速公路分向行駛、全部控制出入、高時(shí)速、跨線立交、橋隧結(jié)合的特點(diǎn)。無法滿足自動(dòng)駕駛在高速工況下的測試需求。針對(duì)上述問題，我國各級(jí)政府、相關(guān)企業(yè)可利用高速公路老舊路、復(fù)線，采取半封閉或封閉的方式規(guī)劃建設(shè)自動(dòng)駕駛高速公路封閉測試場地；對(duì)于技術(shù)相對(duì)穩(wěn)定、成熟的自動(dòng)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(dòng)駕駛專業(yè)測試車道，以應(yīng)對(duì)自動(dòng)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(gòu)建

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及自動(dòng)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(dòng)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(dòng)駕駛測試的必要環(huán)節(jié)。已建和新建的封閉測試場地應(yīng)有計(jì)劃的建設(shè)涵蓋各類車聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)施、路側(cè)交通控制設(shè)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(shè)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(yīng)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(gòu)建

建設(shè)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(dòng)駕駛封閉測試場地的建設(shè)目標(biāo)，然而受可利用土地資源的約束，如果為每一個(gè)或幾個(gè)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(yīng)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(diǎn)的特征分析和自動(dòng)駕駛元功能的測試需求，研究基于多測試實(shí)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(jìn)行測試設(shè)施的部署，實(shí)現(xiàn)單一測試場地的快速復(fù)用，從而構(gòu)建規(guī)?？蓴U(kuò)展、粒度可變化、場景可重構(gòu)的自動(dòng)駕駛封閉測試場地。

4 結(jié)語

測試是保障自動(dòng)駕駛汽車安全性和推動(dòng)自動(dòng)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(dòng)駕駛測試技術(shù)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(fù)的交通場景進(jìn)行測試，能夠顯著加速測試進(jìn)程、減少測試風(fēng)險(xiǎn)，是自動(dòng)駕駛開放道路測試前必不可少的過程。本文圍繞自動(dòng)駕駛封閉測試場地的建設(shè)，系統(tǒng)地總結(jié)分析了交通運(yùn)輸部發(fā)布的《自動(dòng)駕駛封閉場地建設(shè)技術(shù)指南（暫行）》，并面向應(yīng)用，闡述了長安大學(xué)車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗(yàn)場的建設(shè)實(shí)踐，最后基于測試方法的研究結(jié)果、測試場地的建設(shè)實(shí)踐提出了自動(dòng)駕駛封閉測試場地的發(fā)展建設(shè)思路。

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