OpenSCENARIO场景标准，自动驾驶仿真新的分水岭

随着自动驾驶的“场景化”趋势愈加明显，场景描述对于测试、验证自动驾驶汽车的安全性至关重要。但在实际发展过程中，各整车厂、供应商以及仿真工具商使用的数据格式与接口五花八门，很难统一标准。

基于此，德国自动化及测量系统标准协会（ASAM）推出了仿真领域的OpenX系列标准，并获得了全球的关注。其中，OpenSCENARIO场景标准应运而生。

▲仿真工具间通过OpenSCENARIO交换场景

相应地，国内C-ASAM工作组由中汽中心联合ASAM共同成立，也在积极筹划中国特色的场景标准，定期向国内成员更新ASAM标准研究进展，促进国际合作。

 

Part.1

什么是OpenSCENARIO 标准场景

是行驶场合和驾驶情景的组合，是在一定时间和空间范围内环境与驾驶行为的综合反映，描述了道路、交通设施、气象条件、交通参与物等外部状态以及自车的驾驶任务和状态等信息。

天马项目（PEGASUS）将场景模型分为六层，分别是第1层为道路层；第2层为交通基础设施；第3层为第1层和第2层的临时操作；第4层为对象；第5层为环境；第6层为数字信息。

 

 

▲PEGASUS 6层模型场景，天马项目截图引自①

OpenSCENARIO定义了一个标准的仿真测试场景格式，具体用于描述驾驶模拟应用程序中动态内容，兼容不同的仿真测试软件。适用场景主要包括动作、轨迹（多段线、回旋线）、车辆（几何、类型、轴、性能）、驾驶员（状态）、环境（天气、时间、路况）等。       

▲OpenSCENARIO将内容带到路上，截图引自②

OpenSCENARIO中用于动作描述的数据以分层结构组织，并以XML文件格式序列化。XML文件可以通过仿真工具和内容编辑器轻松地进行验证和编辑，导入和导出。该格式与技术和供应商无关。 在ASAM的OpenX中，OpenSCENARIO描述动态内容，OpenDRIVE描述静态内容的路网，OpenCRG描述静态内容的路面。这三个标准互为补充，涵盖了在环车辆仿真应用中的静态和动态内容。

 

▲OpenX三大标准

OpenSCENARIO场景简单描述就是：谁什么时候在哪儿干什么。在描述的过程中还涉及非常具体的分层结构，比如，在完整的场景描述中，从故事、幕、动作组合、动作、事件，再到相应行动的触发和执行。

然而，随着大数据和 AI 的发展，这种方式已经不足以覆盖如今的测试需求。因此，需要更高级别的场景描述-领域特定语言(DSL, Domain Specific Language)来进行描述，即一套自动驾驶仿真测领域专用的语言。这套DSL语言应该覆盖开发者、认证机构、工具提供商、场景生成者等多方参与者需求。它是 OpenSCENARIO2.0标准的核心。

 

Part.2

OpenSCENARIO 1.0

今年3月，OpenSCENARIO1.0版本与2.0概念版相继发布，后续的1.x和2.0版本的制定也在同步进行中。

1、OpenSCENARIO1.0基本概

场景的基础概念是“谁在哪里做什么”，即实体在路网上根据故事板中定义的一组指令进行交互。如下图所示，五个基本概念。实体（Entity），指的是车辆行人等参与者，即“谁”。路网（RoadNetwork），指的是静态驾驶基础设施，包括OpenDrive，交通信号，环境模型等，即“在哪里”。故事板（Storyboard），指的是完整的场景描述，即“谁做什么”。另外两个附加概念是参数声明（ParameterDeclaration）和目录位置（CatalogLocations），其目的是在多个用例间复用。

 

其中，场景故事板（Storyboard）包含的至少一个故事（Story）。故事包含以下层次结构基本元素：

• Story，故事，包含不同方面的高层次结构，包含至少一个Act；

• Act，幕，定义了条件行为组，包含至少一个ManeuverGroup；

• ManeuverGroup，动作组，回答谁正在做什么，连接Actor和Maneuver；

• Maneuver，动作，事件组，包含至少一个Event；

• Event，事件，条件触发动作，包含开始触发器和至少一个Action；

• Action，行动，用于创建或修改场景的动态元素。
  条件（Condition）触发角色（Actor，即Entity实例）的行动。条件用于触发器（Trigger）中启动事件或停止故事板，是定义动态行为和相互作用的基本构建块。

▲故事板的层次结构

2、OpenSCENARIO 1.0场景示例 - 变道

变道场景描述了主车（Ego）在一辆以相同速度行驶的对手车C2后面的最右边车道上行驶，并留有空隙。更快的对手车C1在最中央的车道上从后方接近主车。C1经过主车后变道到最右边车道的缝隙。为了避免与在Ego车辆前面行驶的C2发生碰撞，它会立即变回中央车道。

▲变道场景使用条件触发连续执变道动作示意图

 

▲51Sim-One1.2版本两次变道场景 

目前，ASAM官方提供了OpenSCENARIO1.0标准文档和案例，但并没有提供验证工具，用户可使用支持OpenSCENARIO1.0的51Sim-One1.2版本仿真平台进行尝鲜体验。

 

Part.3

51Sim-One1.2支持OpenSCENARIO 1.0

作为自动驾驶仿真领域的自主研发先锋，51Sim-One1.2版本率先支持OpenSCENARIO 1.0国际标准，进一步深化行业场景的标准化落地，并基于核心功能进行了持续拓展和增强。

1、内置OpenSCENARIO1.0官方案例

51Sim-One1.2版本率先支持OpenSCENARIO 1.0标准。首次实现了OpenSCENARIO案例的解析和运行，并内置了9个ASAM官方发布的应用案例，最大限度进行标准同步。

只需要选择运行即可体验最新的OpenSCENARIO1.0标准场景，以下是交叉路口同步到达（Synchronized Arrival at Intersection）场景。     

 

2、支持OpenSCENARIO自定义上传

51Sim-One 1.2版本同时还支持用户自定义上传OpenSCENARIO场景，选择或上传OpenDrive地图，自动生成道路，交通标志和环境（花坛，树，楼，天气等）。

OpenSCENARIO仅指定如何引用外部3D环境模型，并未指定其他详细信息，如文件格式或模型结构。简单地说，osgb或者fbx等3D模型格式并不在OpenSCENARIO标准中。51Sim-One通过OpenDrive自动化生成高质量的3D场景，让用户从3D模型中解放出来，提高效率节约成本。

实采数据也可通过51Sim-One工具链自动转成OpenSCENARIO场景后，自定义上传Sim-One平台运行。

 

▲交通事故还原场景

 

▲连续变道造成堵车场景

3、支持OpenSCENARIO 0.9.1升级到1.0

OpenSCENARIO 1. 0对0.9.1版本不向后兼容性，ASAM提供了XSLT迁移脚本。对于OpenSCENARIO 0.9.1，51Sim-One提供升级工具将其升级到1.0。

Part.4

51WORLD和ASAM紧密合作

2018年，51WORLD对外发布了全国第一款全模块自动驾驶仿真测试平台51Sim-One。从此也开启了与ASAM的紧密合作。

51WORLD作为国际组织 ASAM 会员单位、C-ASAM会员单位正走在行业工作的前列，派遣技术专家在OpenSCENARIO 1.x 工作组展开国际化的协作开发，为场景标准贡献力量。      

ASAM2019年度会议51WORLD赠仿真蓝皮书英文版给ASAM董事会主席Marcus

51Sim-One第一时间支持OpenSCENARIO1.0，已经开始为客户和合作伙伴提供服务。51WORLD加入OpenSCENARIO1.x项目组，利用51Sim-One仿真测试平台的特色，和来自世界各地专家一起制定OpenSCENARIO1.x标准，并在51Sim-One平台验证。

在实际的项目过程中，51WORLD对于中国特色的场景功能，将提案到C-ASAM一起推动中国特色场景标准制定，同步合适的提案提交ASAM国际标准。对于OpenSCENARIO 2.0，51WORLD同步保持关注DSL并及时跟进。

此外，对于ASAM OpenX其他标准，51WORLD也在积极参与并及时跟进，比如仿真接口标准OSI，标注OpenLABEL，有条件范围的OpenODD，方法论的OpenXOntology等。

在推动场景标准落地、场景挖掘、定制化场景库等领域，51WORLD正在积极发挥价值，努力通过产业化实现场景测试的市场化高效运作。

随着自动驾驶仿真逐渐走入新的“分水岭”——“规模”、“场景”、“运营”等成为新的关键词。如何在变革中抓住新的发展机会，还需要企业和业界共同去探索。

资料引用：

①https://www.pegasusprojekt.de/files/tmpl/Symposium2019/PEGASUS_Symposium_3_5_years.pdf

②http://www.openscenario.org/docs/OpenSCENARIO_Poster_DSC2015.pdf

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