DB32T-智能网联汽车路径规划及行为决策系统编制说明

江苏省地方标准《智能网联汽车路径规划及行为决策系统通用技术规范》编制说明江苏智行未来汽车研究院有限公司2024年6月江苏省地方标准《智能网联汽车路径规划及行为决策系统通用技术规范》编制说明一、目的意义全局路径规划、行为决策、局部路径规划是智能网联汽车自动驾驶系统中的三个关键模块。全局路径规划负责规划车辆从起点到终点的整体路径，考虑到地图信息、目标位置、障碍物分布等因素，以确保车辆能够在整个行程中安全、高效地移动。行为决策负责根据全局路径和当前环境状况，制定车辆的行为策略，如超车、跟随、变道等，以适应周围车辆和道路情况。局部路径规划负责在车辆当前行驶路径上处理即将发生碰撞或遇到障碍物的情况，以生成具体的、短期的路径规划，确保车辆能够安全地绕过障碍物或做出避障动作。三个模块之间的协同作用使得智能网联汽车能够在复杂多变的交通环境中安全、高效地行驶。现阶段，路径规划与行为决策技术的研究主要是由高校和科研院所开展，侧重于理论和仿真研究。全局路径规划技术中研究较多的有，Dijkstra算法、A*算法、图搜索算法、代价地图等方法，现阶段基于深度神经网络、强化学习的全局路径规划研究取得了很大进展，能够应对复杂环境，获得更准确的路径规划。在提出的行为决策方法中，具有代表性的方法有加强型深度学习方法、支持向量机方法、有限状态机方法、基于神经网络方法、基于贝叶斯公式理论、隐马尔可夫模型和部分可观测隐马尔可夫模型方法、决策树理论等。局部路径规划方法主要有基于变道轨迹的规划方法、基于正反梯形侧向加速度的轨迹规划方法、基于多项式的轨迹规划方法、基于人工势场和基于贝塞尔曲线的轨迹规划方法。总的来说，路径规划与行为决策技术性能逐步提升，能更好地应对复杂多变的交通环境，提高行车的安全性和效率。但在标准规范方面，国内外还没有特定的智能网联汽车全局路径规划、行为决策或局部路径规划的标准或规范。SAEJ3016《路面机动车驾驶自动化系统相关术语的分类和定义》虽然涉及到路径规划和行为决策，但主要定义了自动驾驶系统的六个级别，而不是具体的路径规划或行为决策算法。ISO/PAS21448《道路车辆自动驾驶系统的安全性规范》，关注系统的安全性能和故障，对路径规划与行为决策有一定的指导价值，但并未明确各部分概念。国内发布的国家标准GB/T37471-2019《智能运输系统换道决策辅助系统性能要求与检测方法》涉及车辆换道时的决策问题，但缺少对路径规划和行为决策总体的规范。本标准制订目的在于规定智能网联汽车路径规划与行为决策系统总体框架，全局路径规划、行为决策、局部路径规划三个模块的功能要求，相关技术验证步骤和评判依据。考虑到我国目前已经形成了一定规模的研究、生产和使用体系，标准编写小组根据我国智能交通行业的实际国情和产业技术现状，并充分考虑各种汽车安全辅助驾驶技术的现状和趋势，以及未来各种辅助驾驶功能的集成、相互配合等。本标准对充分发挥路径规划和行为决策技术在确保道路交通安全方面的技术优势具有重大意义。具体来说，预期的经济效果主要包括如下几个方面：(1)提高驾驶安全性。制订规范可推动智能网联汽车系统更为标准化和可靠，从而降低事故率，减少因交通事故引起的医疗和维修成本。规范有助于确保系统在各种交通状况下的稳定性，降低系统故障的可能性，提高车辆行驶的整体安全性。(2)提升交通效率。规范有助于优化路径规划和行为决策系统，提高交通流畅度，减少拥堵，从而降低燃料消耗和减少行车时间成本。通过更精确的路径规划和决策系统，可以更有效地利用交通资源，减少浪费，提高整体资源利用效率。(3)促进产业发展：制订该标准，可以使我国智能网联汽车路径规划和决策有关的技术和产品规范，推动技术创新，激发企业投资，推动整个智能网联汽车产业链的发展。二、任务来源根据江苏省市场监督管理局《省市场监管局关于下达2019年度第一批江苏省地方标准项目计划的通知》（苏市监标〔2019〕89号）的要求，由江苏智行未来汽车研究院有限公司联合常州工学院、苏州创元产业投资有限公司、开沃新能源汽车集团有限公司、金龙联合汽车工业（苏州）有限公司、苏州市智能网联科技发展有限公司、无锡学院、南京理工大学、江苏大学等单位，负责《智能网联汽车决策规划系统技术规范》的起草工作。三、编制过程标准内容涉及通信、汽车、电子、计算机、控制工程等跨领域应用，对我国车联网和智能网联汽车发展起到重要推动作用。标准编制过程中，江苏智行未来汽车研究院非常重视标准制定工作，立足智能网联汽车路径规划与行为决策应用业务，围绕江苏省智能网联汽车标准体系建设计划，积极指导、推动该标准的编制。经过申请立项预研、征求意见稿编制、送审稿编制等阶段，完成标准送审稿的编制工作。具体主要工作如下。申请立项阶段为了满足智能网联汽车对高安全性、高通行效率、节能环保的需求，规范智能驾驶系统中路径规划及行为决策技术，推动智能网联汽车产业链的发展，江苏智行未来汽车研究院联合开沃新能源汽车集团有限公司等单位，于2019年1月共同申请制定《智能网联汽车决策规划系统技术规范》。2019年4月，江苏省市场监督管理局下达该标准制定任务。标准正式立项后，江苏智行未来汽车研究院联合各参加单位，迅速成立了标准编制组，确定各参编单位任务与人员分工，制定标准编制计划，标准制定工作正式启动。标准起草阶段第一阶段：2019年7月—2020年3月，标准起草工作组调研了当前国际、国内外智能网联汽车路径规划与行为决策技术相关标准的制定情况，以及国内技术发展现状，深入分析了百度、蔚来汽车、图森未来、景驰科技等企业在自动驾驶领域中的路径规划和行为决策的方案，制定了标准编制工作计划、编写大纲、明确成员单位的任务分工和进度。在消化相关技术资料的基础上，结合车辆行为决策技术和运动规划技术发展趋势，于2020年3月编写完成了工作组讨论稿。第二阶段：2020年3月—2020年7月，标准编制组对工作组讨论稿进行小组内部的多次讨论，并征求了多个车联网服务供应商、车企、交管部门的意见和建议，在此基础上确定了标准的具体范围、章节框架，以及总体架构、功能要求、验证方法、性能评价等主要内容，于2020年7月编写完成《智能网联汽车决策规划系统技术规范》标准草案。3）标准征求意见及意见汇总阶段2020年7月21日，标准起草工作组在南京组织召开了标准意见征求会，邀请金龙联合汽车工业（苏州）有限公司、东南大学、南京理工大学、上汽大通汽车有限公司、滴滴出行科技有限公司、魔门塔(苏州)科技有限公司、江苏大学、清华大学苏州汽车研究院、公安部交通管理科学研究所、南京慧尔视智能科技有限公司、江苏智行未来汽车研究院等行业代表性企业，对标准草案进行了意见征求。会后，标准起草工作组根据会议纪要，对草案提出的意见、建议进行了认真分析、理解和总结，结合全局和局部路径规划与行为决策的实际需求，补充了开展相关技术测试的要求，对标准草案进行了完善，形成了标准意见征求稿。2020年8月-10月，标准意见征求稿通过邮件方式向国内交通运输、汽车行业龙头企业、高校和科研院所征求意见，共收到15个单位回复，其中有效意见54条。2020年11月至12月，标准起草组对各单位反馈意见逐条梳理讨论，采纳和部分采纳意见39条、不采纳意见11条，无意见4条。根据采纳意见，对标准中的相关条文进行了修改，形成标准送审讨论稿。2021年3月-9月，标准起草工作组在江苏南京多次组织召开标准送审讨论稿的研讨会，来自公安部交通管理科学研究所、南京莱斯网信技术研究院有限公司、杭州海康威视科技有限公司、坤泰车辆系统（常州）有限公司、中汽创智科技有限公司、清华大学苏州汽车研究院、金龙联合汽车工业（苏州）有限公司、南京领行科技股份有限公司、东南大学，南京航空航天大学、南京邮电大学、江苏大学、南京信息工程大学、苏州创元产业投资有限公司等单位的专家围绕各自领域关注的问题及自身应用实践经验提出了相关的意见与建议。标准起草小组根据与会单位反馈意见逐条梳理讨论，对标准中的相关条文进行了修改。2022年1月18日，江苏省市场监督管理局在南京组织专家审查标准送审讨论稿，来自于省工业和信息化厅、南京工程学院、国家ITS中心智能驾驶及智能交通产业研究院、南京莱斯网信技术研究院有限公司、多伦科技股份有限公司、省质量和标准化研究院标准资源所的与会专家针对本标准总体架构、文件结构、基本概念开展了讨论，并提出了修改意见和建议。专家组认为，该标准侧重于路径规划及行为决策技术规范，应删除“数据通讯方式和协议”。2022年12月8日，江苏省市场监督管理局在南京组织专家审查标准撰写情况。专家组指出了全局路径规划、行为决策、局部路径规划的功能和相互关系，提出了优化文本结构的建议。由于当前国内外尚缺少同类标准，技术概念不够成熟，专家组建议将本标准名称修改为“智能网联汽车路径规划及行为决策系统通用技术规范”。2023年1月-2023年12月，标准起草工作组邀请了江苏省质量和标准化研究院、南京市标准化研究院专家，从标准格式角度，对标准送审讨论稿的语言表达方式、文本结构、格式等方面逐条梳理，提出相关的意见与建议。标准起草小组根据反馈意见，优化标准送审讨论稿文本结构，进一步规范语言表达，经多次反复修改，完成了《智能网联汽车路径规划及行为决策系统通用技术规范》标准送审稿。2024年5月31日，江苏省市场监督管理局在南京组织专家召开了江苏省地方标准《智能网联汽车路径规划及行为决策系统通用技术规范》审查会议，专家组由来自省工业和信息化厅、南京邮电大学、南京工程学院、江苏省质量和标准化研究院、多伦科技股份有限公司、苏交科集团股份有限公司的专家组成。会议期间，标准起草组汇报了标准编制情况和主要技术要点，专家组审议了标准送审稿的全部内容，肯定了本标准制定在推动路径规划及行为决策技术在智能网联汽车智能驾驶系统设计、开发和测试等领域的应用具有指导作用。同时，针对标准适用范围，制动测试性能评价方法等方面，提出了具体的修改意见。最后，审查组专家一致同意该标准通过审查。四、主要内容技术指标确立4.1关于标准规定的“范围”。本标准规定了智能网联汽车路径规划及行为决策系统的总体框架，全局路径规划、行为决策、局部路径规划的功能要求，性能测试所需的环境要求、测试道路、车载系统要求，及测试评价方法。路径规划和行为决策是智能网联汽车实现安全、高效、智能驾驶的核心组成部分，具体包括全局路径规划、行为决策、局部路径规划三个关键模块，它们的协同工作以实现车辆在复杂交通环境中的自主导航。本标准旨在使全局路径规划、行为决策、局部路径规划三个模块的功能和相互联系明确化，并规定各模块性能的测试和验证需遵循的基本方法。据此编制组确定了本标准的范围。4.2关于“术语、定义和缩略语”。关于“3术语和定义”。本部分对本标准中专用名称、关键技术名词作了明确的定义。其中对本标准涉及的全局路径规划、行为决策、局部路径规划三个关键概念给出了明确的定义。全局路径规划负责规划车辆从起点到终点的整体路径，考虑到地图信息、目标位置、障碍物分布等因素，以确保车辆能够在整个行程中安全、高效地移动。全局路径规划需要考虑全局范围内的道路网络和地形信息，输出结果是一条全局路径，通常用于提供给下一级的行为决策模块。行为决策负责根据全局路径和当前环境状况，制定车辆的行为策略，如超车、跟随、变道等，以适应周围车辆和道路情况。局部路径规划负责在车辆当前行驶路径上处理即将发生碰撞或遇到障碍物的情况，以生成具体的、短期的路径规划，确保车辆能够安全地绕过障碍物或做出避障动作。这三个模块之间的协同作用使得智能网联汽车能够在复杂多变的交通环境中安全、高效地行驶。全局路径规划提供了整体路径，行为决策在动态环境中制定合适的行为策略，而局部路径规划则负责处理具体时刻的障碍物避让，包括轨迹规划和速度规划。这些模块的联合工作是实现自动驾驶功能的重要保障。关于“4缩略语”。标准中的缩略语均为正文中出现的英文缩略词，根据车联网行业约定，给出了各缩略语的完整英语表达和中文翻译。本标准正文中仅出现了缩略语MFDD4.3关于“5总体架构”。在车辆开始一次完整行程前，首先需要开展全局路径规划。起点通常是当前车辆所在位置，全球导航卫星系统使车辆能够准确地确定自己的位置。起点也可以是用户自选的某个位置。此外，用户需要输入途中必经点和终点，全局路径规划算法依据车载地图数据，在遵守交通规则的前提下，计算多条满足车辆从起点，经过必经点，再到终点的路径，再依据用户路径最短、红路灯最少、通行时间最短或者能耗最少等需求，从其中选择一条最优路线。因此，全局路径规划过程中，用户端需要输入起点、必经点，终点。全球导航卫星系统、地图、交通规则是全局路径规划的必要信息支持。全局路径规划算法则是从众多路径中依据优先条件，选择一条最优路径。其次，车辆实施行为决策。从起点开始，车辆根据全局路径和当前环境状况，选择起步、车道保持、变道、转向、避障或者制动等驾驶行为。车辆可通过车载环境感知设备（激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、视觉传感器等）、路侧设备、其他汽车终端或者云平台准确获取当前环境状况（包括交通标识和标志状态信息），并结合自身的状态，实施有效的行为决策，确保车辆能够安全地绕过障碍物或做出避障动作。因此，在行为决策过程中，车辆依据环境感知设备、路侧设备、其他汽车终端或者云平台感知环境交通信息和自车状态，做出下一步驾驶行为的决策。然后，根据行为决策选择的驾驶行为，车辆开展局部路径规划，确定从当前位置到一下节点的轨迹和速度。开展局部路径规划，需要考虑满足决策行为的前提下，根据最优路径评价函数设定的稳定性、驾驶效率等优先条件，计算轨迹，每个轨迹点的速度和加速度。这些信息将转换成车辆线控底盘系统能执行的驱动控制、转向控制、制动控制等信号，驱动车辆完成驾驶行为。因此，在局部路径规划阶段，车辆将计算未来一段时间的轨迹及各轨迹点速度。当车辆运行后，环境发生变化，车辆在全局路径规划的基础上，执行新的行为决策、局部路径规划、车辆驱动，该过程重复执行，直到到达终点。因此，在全局路径规划的前提下，车辆将反复循环行为决策和局部路径规划过程，直到结束。4.4关于“6功能要求”。该部分主要针对全局路径规划、行为决策、局部路径规划三个关键环节实现的功能做具体规范。关于“6.1全局路径规划功能要求”。全局路径规划要求用户端输入起点、必经点，终点，以及优先条件，必须以全球导航卫星系统、地图、交通规则作为必要的信息支持，以实现遵守交通规则前提下的无碰撞、安全通行。因此，智能网联汽车开展全局路径规划，首先应当能够从配备的数字地图中获得具体的道路交通情况和周边环境信息。其次，应当允许用户设置起点、必经点，终点，选择路径长度最短、红绿灯路口最少、时间最短，或者能耗最少等优先条件。规划得到的全局路径能达到车道级精度，以满足最优条件。同时，全局路径规划必须遵守交通规则，确保车辆与障碍物不发生碰撞，路径平滑，以满足驾驶舒适性要求。关于“6.2行为决策功能要求”。车辆依据交通环境感知信息，通过逻辑推理，实施行为决策。交通环境中存在静态障碍物、动态障碍物、交通标识标志，其中静态障碍物位置、形状、尺寸信息，动态障碍物位置、运动速度、运动方向、三维尺寸，交通标识标志的指示信息均对行为决策的实施起着决定作用。因此行为决策应根据车辆自身位置、速度、方向等状态信息，结合静、动态障碍物和交通标识标志所包含的交通信息，开展逻辑推理，做出合理决策，确定车辆执行起步、车道保持、变道、转向、避障或者制动等行为，以保障车辆的安全行驶。在此过程中，包含任务路线、交通环境、交通法规、驾驶规则知识等相互关系的行为规则库是成功开展行为决策推理的关键。关于“6.3局部路径规划功能要求”。局部路径规划的主要任务是确定在实现行为决策确定的驾驶行为时车辆应具备的行驶轨迹和速度，其中轨迹有多个不连续的轨迹点组成，速度为车辆所在轨迹点处具有的速度、加速度、方向参数。因此，局部路径规划应具有生成行驶轨迹点、轨迹点速度和加速度功能，规划得到的局部路径满足车辆行驶安全性要求、行驶舒适性要求。同时，为了使车辆控制系统能执行规划结果，该局部路径需转换成线控底盘系统能理解的纵向运动控制、横向运动控制、闭环控制信号。4.5关于“7测试的通用要求”。该部分包括测试环境要求、测试道路要求、车载系统要求，列出了开展路径规划、行为决策性能测试所必须满足的要求。关于“7.1测试环境要求”。该部分列出了天气状况、环境温度、大气能见度、电磁环境要求，以避免极端恶劣环境下的不可测试可能性。关于“7.2测试道路要求”。该部分首先提出了测试所需的道路基本条件，包括路面、车道线、道路照明、车道宽度。此外，为实现对路径规划、行为决策性能的全面测试，道路应包含测试所需的全部场景路况，如车道变化、道路施工、路口堵塞、临时停车等场景路况。车道线标识应符合GB5768.3《道路交通标志和标线第3部分:道路交通标线》要求，道路照明符合CJJ45-2015《城市道路照明设计标准》，车道路宽度符合JTGB01-2019《公路工程技术标准》和JTGD20-2019《公路路线设计规范》规定，弯道符合JTGB01-2019《公路工程技术标准》规定。关于“7.3车载系统要求”。车辆定位、环境感知、高精度数字地图是实现路径规划和行为决策的前提条件，因此车载系统应卫星定位、高精度地图导航功能，配备超声波雷达、毫米波雷达、车载摄像机、激光雷达等感知设备。考虑成本因素，激光雷达作为可选项。此外，路侧感知设备、其他车辆和云端也是环境信息的重要来源。因此要求智能网联车载系统具备与外部通信网络进行连接，与其他车辆、交通基础设施等进行实时通信的功能。其次，路径规划和行为决策必须在很短时间内完成，而交通状况的复杂性、数据的多样性决定了车载系统必须有强大的计算和数据处理能力。在特殊情况下，车载系统可借助路侧边缘计算设备和云端。4.6关于“8测试和评价”。关于“8.1测试步骤”。通过执行一个完整的行程，测试车辆全局路径规划、行为决策、局部路径规划性能，其中在行程开始前完成全局路径规划，且仅执行一次。依据6.1功能要求，用户输入起点、必经点、终点，和优先条件，依据高精度数字地图，开展全局路径规划，生成一条全局路径。行为决策、局部路径规划在整个行程中将反复执行多次。依据6.2功能要求，感知静、动态障碍物和交通标识标志信息，分析潜在碰撞风险，通过行为决策确定车辆的下一步驾驶行为和持续时间。依据6.3功能要求，通过局部路径规划生成从当前位置到子目的地位置的无碰撞行驶轨迹，以及各轨迹点的速度、加速度和横向角速度。关于“8.2性能评价”。全局路径规划的结果为一条满足优先条件的从起点经过必经点，再到终点的无碰撞全局路径，因此依据全局路径规划是否满足起点、必经点、终点、优选条件的用户需求，是否遵守交通规则和发生碰撞，来评价其性能。行为决策和局部路径规划性能，则应根据车辆在起步、车道保持、变道、转向、避障、制动等驾驶行为对应的测试场景中的测试效果来评价。在所有的测试场景中，行为决策和局部路径规划结果均需满足车辆稳定性、安全性、舒适性要求，遵守交通规则。稳定性要求车辆路径平滑，曲率应连续变化，不应存在突变。安全性要求车辆与障碍物无碰撞，舒适性要求车辆在转弯和变道时侧向加速度应不大于0.4g。五、重大分歧意见的处理过程和依据无。六、与相关法律法规和国家标准的关系本标准涉及到国家标准主要有《道路交通标志和标线第3部分:道路交通标线》(GB5768.3),《智能运输系统车道偏离报警系统性能要求与检测方法》(GB/T26773-2011),《智能运输系统车辆前向