智能汽车行驶安全测试评价系统架构设计

摘　要：随着汽车智能化发展趋势持续推进，汽车智能化系统越来越复杂，智能汽车的行驶安全性问题凸显，已成为
智能汽车产品应用的主要难点之一，汽车行驶安全性测试评价是解决这一问题的重要环节。

本文针对智能汽车行驶安全性测试评价需求，设计了测试评价系统架构。

架构可基于高精度地理信息和高精度定位技术，利用路侧设备和车载设备采集测试车辆测试信息，并通过高速通信发送至管理中心，实现智能汽车行驶安全性测评。

本研究为智能汽车行驶安全性测试评价系统开发提供了一种优化高可用架构设计方案。

Abstract ：With the continuous advancement of the development trend of automobile intelligent, the automobile intelligent systems are becoming more and more complex. The driving safety problem of intelligent vehicle is prominent, which has become one of the main diffi culties in the application of intelligent vehicle products. The test and evaluation of vehicle driving safety is an important link to solve this problem. In this paper, the test and evaluation system architecture was designed to meet the driving safety test and evaluation requirements of intelligent vehicles. Based on high-precision geographic information and positioning technology, the architecture can collect test information of test vehicles by roadside equipment and on-board equipment, and send it to the management center through high-speed communication to realize the evaluation of the driving safety of intelligent vehicles. This study provided an optimal architecture design scheme with high availability for the development of intelligent vehicle driving safety test and evaluation system.
关键词：智能汽车；行驶安全；测评系统；架构设计
Key words ：intelligent vehicle; driving safety; test and evaluation system; architecture design
文／张建国　杜磊
智能汽车行驶安全测试评价系统架构设计
0 引言
当前，汽车智能化发展趋势持续推进，世界各国纷纷将发展智能汽车上升为国家战略。

我国于2020年2月24日，由国家发改委、工信部、科技部、公安部等11个部委联合发布《智能汽车创新发展战略》，指出发展智能汽车不仅有利于加速汽车产业转型升级，更有利于加快建设制造强国、科技强国、智慧社会，增强国家综合实力。

为此，国内各厂商纷纷加大投入，推进智能汽车的研发进度。

目前SAE L0～L2级驾驶辅助汽车已经进入快速普及阶段，预计SAE L3～L4级自动驾驶汽车也将于2021～2023年逐步投入市场。

智能汽车一般是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与车、路、人、云端等智能信息交换和共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现“安
全、高效、舒适、节能”行驶，并最终可实现替代人类操作的新一代汽车。

随着智能化等级的提高，系统辅助程度呈指数级增长，伴随智能汽车逐步投入市场，由汽车智能化系统导致的事故频发，智能汽车的行驶安全问题越来越突出。

为保证智能汽车上路行驶的安全性，道路安全管理部门需加强监管，对拟上路行使的智能汽车进行测试验证。

针对智能汽车测试验证需求，本文基于高精度地理信息及高精度定位技术，设计了智能汽车行驶安全性测试评价系统架构。

1 系统基本构成
智能汽车运行安全测试评价系统包括管理中心、路侧设备和车载终端三部分。

系统总体构成如图1所示。

管理中心主要指智能汽车运行安全测试评价软件平台，是测试评价系统的“大脑”。

平台软件主要通过4G网络接收车载终端发送的视频数据、车辆总线数据和差分定位数据等，以及通过4G无线或光纤有线通信方式获取路侧设备的视频监控数据、交通控制数据和测评辅助工具控制指令等，基于这些信息进行智能汽车运行安全的自动化测试和评判，主要功能包括可视化监控、轨迹跟踪回放、测试评判和任务调度及管理等。

管理中心硬件主要有系统管理服务器、系统应用服务器、数据存储服务器、流媒体服务器、测试现场展示系统和差分定位基站。

路侧设备主要包括路侧摄像头、交通信号控制机、可变信息显示屏、RFID读写设备、违法取证记录设备和测评辅助工具，并通过4G网络与管理中心进行通信。

车载终端主要包括车载数据采集装置和手持人工测评终端。

车载数据采集终端安装于被测车辆，用于获取车辆运动状态和车辆控制等数据；手持设备终端用于人工测评，通过4G网络与管理中心进行通信。

图1 智能汽车测试评价系统构成
该架构下，测评系统可根据智能汽车的自动化级别、车辆智能化系统实现方案和设计域等自动生成测试方案，对测试场景、测试设备与工具、测试车辆等进行统一调度，根据评判规则进行自动评判，全方位实时监控，同时进行轨迹跟踪回放。

2 系统逻辑架构设计
本文中，智能汽车运行安全测试评价系统逻辑架构分为应用层、数据层和资源层，如图2所示。

应用层主要提供人机交互所有模块功能，主要包括：测试方案管理（主要是针对测试方案的生成、审核、下发以及实时任务的调度），测评管理（①提交测试申请、审批、测试任务调度、测试报告管理等业务流程和数据采集项目设计；
②进行测评过程监控页面和操作流程设计；③进行考试误判申请、审核流程和页面功能设计），评判处理（对自动评判和评判参数进行配置，以及对人工评判的处理），统计分析（测评结果数据的查询统计和进行测评过程数据分析），可视化监控（对检测车辆实时监控及回放功能，大屏展示和2D/3D GIS电子地图展示）等，基础信息管理（基础数据配置、设备及场地信息的录入、各种模型的管理等）。

系统应用层的功能主要基于测评管理软件实现，系统运行管理、测试过程管
理以及系统测评结果展示。

详细功能包括：评判管理功能、可视化监控功能、评判参数管理功能、系统运行监控功能、基础信息管理功能、实时任务调度功能、查询统计功能和系统管理功能。

数据层主要包括数据处理和存储服务、视频数据转换和存储。

数据处理包括通过预置的评判参数和规则对采集的轨迹数据，基于场地模型和车辆模型数字化建模进行实时评判，将评判结果存储在缓存数据库中。

资源处理存储包括对采集视频进行合成后存储，前端可以实时监控测评状态或者进行测评过程回放。

数据存储包含所有的配置参数和基础数据，以及测评申请审核流程，车辆测评过程数据，车辆测试结果数据和信号数据等。

资源层主要针对前端设备数据的接入，主要包括：车载设备、路测基础应用设备、测评辅助工具等。

车载设备主要由车载视频监控、车辆差分定位、车辆OBD/CAN采集等设备组成，路测基础应用设备主要由路测视频监控、交通信号、违法取证等数据组成，测试辅助工具主要由模拟行人、模拟非机动车、模拟警察、模拟天气等组成。

信息参数后，需要将测试的评判配置参数人工配置或录入到测评系统软件中，软件将参数和数据同步到评判处理软件，评判处理软件处于可工作状态。

就绪后，测评系统软件可以开始车辆测评流程，通过界面下发调度指令（车辆测评开始、暂停、结束等），将调度指令存储到数据缓存服务器。

基础应用系统接入软件和车载数据采集接入软件将调度指令下发到测试终端软件和车载信号采集软件等数据采集系统，现场车辆开始实际测评。

测评过程中将采集的轨迹数据、信号数据、车辆信息等测试基础数据存入数据缓存服务器。

评判处理软件可以从数据缓存服务器中获取测试基础数据，生成测试评判结果发送给其它软件模块显示评判结果。

测评系统软件也可以通过数据缓存服务器分析和查看轨迹数据、信号数据、车辆信息等测试基础数据，直到整个车辆测评流程结束。

图3 系统物理架构及数据流向
4 系统软件架构设计
系统软件架构采用典型的轻量级Java EE 架构模式，整体分为四层：数据层、持久层、业务层和展现层，如图4所示。

数据层使用关系型数据库和文件系统来存
图2 测试评价系统逻辑架构
3 系统物理架构及数据流向设计
系统物理架构如图3所示，部署初始化预置环境和硬件
储持久化数据。

数据库用来存储文本数据，方便检索和更新；文件系统用来存储二进制数据，系统根据数据表中的路径来动态读写数据。

持久层采用Mybatis，它是一个独立的对象持久
层框架，实现了对JDBC轻量级的对象封装。

采用持久层框架可以简化开发，提高开发效率和系统的运行速度。

业务层分为Java EE环境和Java SE环境，Java EE采用Spring框架，其中使用Spring的AOP及IoC 框架，以提高开发效率和系统的可扩展性；Java SE 环境使用独立的Java应用进程，其中运用线程池管理技术提高并发处理能力。

展现层使用Spring MVC框架来简化开发。

同时使用自主开发的查询、报表等通用框架来提高开发效率。

5 结论
本文针对智能汽车行驶安全性测试评价需求，设计了测试评价系统架构，该架构可基于高精度地理信息和高精度定位技术，利用路侧设备和车载设备采集测试车辆测试信息，并通过高速通信发送至管理中心，实现智能汽车行驶安全测评。

本文对智能汽车行驶安全性测试评价系统开发进行了初步探索，为智能汽车行驶安全性测试评价系统开发提供了一种强应用性优化架构设计方案。

基金项目：公安部技术研究计划项目“智能网联汽车运行安全测试评价关键技术及系统研发”（2018JSYJC17）
（张建国　杜磊　公安部交通管理科学研究所）
图4 系统软件架构。