王淳浩，阮利，閉家銘，段汶含，張景軒

(1.北京警察學(xué)院 北京市公安局智能網(wǎng)聯(lián)汽車交通事故調(diào)查與重建標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102202；2.北京航空航天大學(xué) 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191；3.證據(jù)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)政法大學(xué)），北京 100088；4.云南省區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 650233)

0 引言

據(jù)公安部最新統(tǒng)計(jì)，截至2022年3月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)4.02億輛，其中汽車3.07億輛，中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量穩(wěn)居世界第一。根據(jù)《智能制造發(fā)展指數(shù)報(bào)告（2021）版》，在離散型制造行業(yè)中，汽車智能制造能力成熟度排名前二?？梢?jiàn)，汽車制造一直以來(lái)都是智能制造行業(yè)的最典型最核心研究領(lǐng)域[1]。智能網(wǎng)聯(lián)汽車是具備環(huán)境智能感知、智能決策和自動(dòng)控制，或與外界交互乃至協(xié)同控制功能的汽車，又被稱為智能汽車、自動(dòng)駕駛汽車等，近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)[2,3]。我國(guó)2021智能網(wǎng)聯(lián)汽車出貨量已達(dá)1370萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)2025年智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)配備率將達(dá)到75.9%，整體將超越全球平均水平。預(yù)計(jì)2024年是駕駛自動(dòng)化等級(jí)為L(zhǎng)4級(jí)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車特定場(chǎng)景商業(yè)運(yùn)營(yíng)起始時(shí)間點(diǎn)；2025年將實(shí)現(xiàn)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》規(guī)劃的L3規(guī)模化和L4部分場(chǎng)景商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)，且自動(dòng)化等級(jí)為L(zhǎng)2級(jí)及以上的智能網(wǎng)聯(lián)汽車銷量將達(dá)到千萬(wàn)級(jí)規(guī)模。智能網(wǎng)聯(lián)汽車已被列入交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略和《中國(guó)制造2025》建設(shè)的核心前沿內(nèi)容之一，更是人工智能落地綜合應(yīng)用的關(guān)鍵試驗(yàn)場(chǎng)。

另?yè)?jù)《中華人民共和國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2017年至2020年我國(guó)交通事故年均達(dá)23.51萬(wàn)次，年均死亡人數(shù)已達(dá)6.29萬(wàn)人，受非致命傷害24.38萬(wàn)人。道路交通事故處理與預(yù)防一直以來(lái)是理論界和實(shí)務(wù)界的重要研究方向，而數(shù)字警務(wù)是當(dāng)前警務(wù)戰(zhàn)略發(fā)展的新方向。面對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車交通事故處理與預(yù)防的新挑戰(zhàn)，事故調(diào)查取證、檢驗(yàn)鑒定、成因分析等是汽車制造企業(yè)的核心典型公安交通管理應(yīng)用場(chǎng)景；汽車事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)作為支撐上述應(yīng)用的裝備，被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定強(qiáng)制安裝于相關(guān)類型的車輛是必然的。針對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)車交通事故處理與預(yù)防的實(shí)際需求，高級(jí)集成的事故分析裝備智能制造企業(yè)與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將會(huì)使企業(yè)連同其業(yè)務(wù)、生產(chǎn)流程和生產(chǎn)設(shè)施，與交通事故調(diào)查取證、檢驗(yàn)鑒定、成因分析等公安應(yīng)用，以一種全新的方式達(dá)到前所未有的協(xié)同智能。美國(guó)羅克韋爾 公司（Rockwell Automation）認(rèn)為這種協(xié)同制造方式是“工業(yè)4.0”最高階段。近年來(lái)，數(shù)字孿生技術(shù)作為推動(dòng)汽車智能制造及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用落地的重要使能技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)上述協(xié)同生產(chǎn)工業(yè)4.0最高階段的前沿新興技術(shù)，有望成為推動(dòng)汽車企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新動(dòng)能[4,5]。對(duì)于汽車事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝備數(shù)字孿生制造，數(shù)字孿生核心是以汽車事故關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)和模型驅(qū)動(dòng)，以解決汽車事故關(guān)聯(lián)物理對(duì)象和汽車事故數(shù)字對(duì)象的交互共融為目標(biāo)的一種集成、交叉、融合創(chuàng)新的道路交通事故處理技術(shù)。

汽車車載事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，是監(jiān)測(cè)和評(píng)估車輛安全系統(tǒng)性能、記錄汽車事故數(shù)據(jù)最重要的存儲(chǔ)載體，更是道路交通事故處理部門用于事故調(diào)查取證、檢驗(yàn)鑒定和事故成因分析的核心關(guān)鍵數(shù)字化裝備之一[6]。2021年8月，工信部發(fā)布的《工業(yè)和信息化部關(guān)于加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理的意見(jiàn)》103號(hào)文件規(guī)定智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品應(yīng)具有“事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)EDR(Event Data Recorder)”和“自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)DSSAD(Data Storge System for Automated Driving)”功能。同時(shí)，基于該裝備采集的各傳感器的車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)及其在車輛安全與乘員保護(hù)、道路交通事故調(diào)查與重建等方面的應(yīng)用，是數(shù)字孿生化汽車事故存儲(chǔ)裝備制造過(guò)程中，事故數(shù)據(jù)和事故場(chǎng)景構(gòu)建的核心基礎(chǔ)[7]。

隨著智能網(wǎng)聯(lián)、自動(dòng)駕駛等技術(shù)日趨成熟和核心裝備國(guó)產(chǎn)化卡脖子問(wèn)題日益突出，汽車事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)因其在汽車數(shù)字孿生制造場(chǎng)景構(gòu)建、車輛安全與乘員保護(hù)、道路交通事故調(diào)查與重建等方面的關(guān)鍵性作用，軟硬件研制及新場(chǎng)景下的應(yīng)用必將成為一個(gè)熱點(diǎn)研究方向[8]。

然而，現(xiàn)有研究存在如下三方面問(wèn)題：

1）目前，汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)于2022年1月實(shí)施發(fā)布中，DSSAD的標(biāo)準(zhǔn)仍在制定過(guò)程中，缺乏根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的研制方法；

2）已發(fā)布的汽車事故標(biāo)準(zhǔn)只給出了設(shè)計(jì)和參數(shù)規(guī)則，更多面向通用性測(cè)試和應(yīng)用場(chǎng)景；

3）關(guān)鍵芯片、軟硬件仍對(duì)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)依賴性強(qiáng)。

總體缺乏針對(duì)公安警務(wù)聚焦場(chǎng)景的事故數(shù)據(jù)裝備制造流程、關(guān)鍵技術(shù)、事故數(shù)據(jù)記錄產(chǎn)品，以及面向警務(wù)數(shù)字孿生制造場(chǎng)景的車載記錄系統(tǒng)制造技術(shù)的研究。

針對(duì)現(xiàn)有研究存在的公安警務(wù)場(chǎng)景聚焦性不足、智能網(wǎng)聯(lián)場(chǎng)景事故記錄系統(tǒng)制造流程、尤其孿生制造架構(gòu)缺乏等問(wèn)題，本文提出了一種公安警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)制造數(shù)字孿生功能架構(gòu)；面向警務(wù)車載事故數(shù)據(jù)記錄場(chǎng)景，從數(shù)據(jù)和應(yīng)用場(chǎng)景物理空間角度，介紹了孿生物理空間中車載事故數(shù)據(jù)記錄設(shè)備的前沿進(jìn)展、數(shù)字孿生制造架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、以及警務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景。針對(duì)數(shù)字警務(wù)場(chǎng)景，從智能網(wǎng)絡(luò)汽車事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的數(shù)字孿生制造角度創(chuàng)新，為研究界和工業(yè)界提供了前瞻性架構(gòu)和設(shè)計(jì)借鑒。

1 相關(guān)研究

1.1 警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)相關(guān)研究進(jìn)展

數(shù)字警務(wù)場(chǎng)景是智能網(wǎng)絡(luò)汽車制造的關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景。針對(duì)EDR在交通事故處理領(lǐng)域的應(yīng)用，錢宇彬[9]等總結(jié)了國(guó)外EDR相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，邱金龍等[10]總結(jié)總結(jié)了相關(guān)數(shù)據(jù)在汽車被動(dòng)安全、主動(dòng)安全及交通事故重建中的應(yīng)用。李毅等[11]分析了EDR數(shù)據(jù)規(guī)范和準(zhǔn)確性驗(yàn)證角度，介紹了EDR數(shù)據(jù)在車內(nèi)乘員人體損傷預(yù)測(cè)、事故重建領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，進(jìn)行了基于真實(shí)事故的EDR重建應(yīng)用。

我國(guó)汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)剛于2022年1月實(shí)施，對(duì)自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)，DSSAD的標(biāo)準(zhǔn)仍在制定過(guò)程中[12]。李川鵬等[13]分析了自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及其汽車測(cè)試應(yīng)用。Peixuan Li等人[14]提出了端到端訓(xùn)練方式的統(tǒng)一架構(gòu)，進(jìn)行3D對(duì)象檢測(cè)和跟蹤。Ying Zhang等人[15]提出了一種安全節(jié)能決策框架,可以避免潛在的追尾碰撞。Zijun Liu等人[16]提出了一種分層抗干擾跟蹤架構(gòu)，基于steerby-wire系統(tǒng)來(lái)提高跟蹤精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。LI A等[17]研究了自動(dòng)生成復(fù)雜和多樣的動(dòng)態(tài)測(cè)試場(chǎng)景的仿真自動(dòng)駕駛測(cè)試。An Guo等人[18]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)第一個(gè)基于激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛車輛測(cè)試工具LiRTest，能有效地檢測(cè)其在各種駕駛條件下的錯(cuò)誤行為。

現(xiàn)有車載事故數(shù)據(jù)記錄技術(shù)相關(guān)研究總體聚焦于EDR和DSSAD標(biāo)準(zhǔn)制定和仿真應(yīng)用。現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)存在只給出了設(shè)計(jì)和參數(shù)規(guī)則，關(guān)鍵芯片、控制器等軟硬件均更多是國(guó)外產(chǎn)品，總體缺乏針對(duì)我國(guó)警務(wù)聚焦場(chǎng)景的汽車事故數(shù)據(jù)裝備制造流程、關(guān)鍵技術(shù)和事故數(shù)據(jù)記錄的公開(kāi)報(bào)道。

1.2 汽車數(shù)字孿生制造相關(guān)研究

數(shù)字警務(wù)場(chǎng)景是智能汽車制造的關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景。

2020年Ziran Wang等[19]為聯(lián)網(wǎng)車構(gòu)建數(shù)字孿生模型。2021年Ghanishtha Bhatti等[20]介紹了適用于智能電動(dòng)汽車用例的數(shù)字孿生技術(shù)，如預(yù)測(cè)移動(dòng)性和駕駛員輔助系統(tǒng)等。同年，梁恩云等[21]闡述了在測(cè)試安全方面數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)自動(dòng)駕駛測(cè)試的重要性。2022年Bo Yu等人[22]提出一種自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開(kāi)發(fā)范式。

綜上可見(jiàn)，現(xiàn)有汽車數(shù)字孿生技術(shù)更多關(guān)注于汽車通用制造體系設(shè)計(jì)，聚焦重點(diǎn)在于汽車制造相對(duì)成熟的場(chǎng)景，包括汽車車間構(gòu)造,汽車虛擬測(cè)試等。尚缺乏公安警務(wù)視角數(shù)字孿生的面向汽車事故數(shù)據(jù)記錄制造架構(gòu)和技術(shù)的研究。

2 警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)數(shù)字孿生制造架構(gòu)

2.1 警務(wù)場(chǎng)景事故記錄孿生制造需求分析

警務(wù)場(chǎng)景對(duì)數(shù)字孿生裝備制造場(chǎng)景，提出了核心需求，確保能夠支撐：

1）汽車生產(chǎn)的安全性；

2）交通事故數(shù)據(jù)的合規(guī)性管控技術(shù)；

3）交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)；

4）交通事故證據(jù)取證標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)；

5）交通事故檢驗(yàn)鑒定；

6）交通事故成因分析和責(zé)任認(rèn)定；

7）交通事故預(yù)防與對(duì)策。

2.2 警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)數(shù)字孿生制造架構(gòu)

本文提出的公安警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)制造孿生架構(gòu)主要包括標(biāo)準(zhǔn)支撐層、設(shè)備物理空間層、采集層、虛實(shí)映射層、管理決策層組成，如圖1所示。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)數(shù)字孿生制造架構(gòu)

在標(biāo)準(zhǔn)支撐層，公安警務(wù)場(chǎng)景主要可包括產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)法標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)大類，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是圍繞警務(wù)場(chǎng)景對(duì)智能網(wǎng)絡(luò)汽車制造車廠及其數(shù)字孿生虛實(shí)空間提供產(chǎn)品生產(chǎn)意見(jiàn)；執(zhí)法標(biāo)準(zhǔn)為警務(wù)人員提供取證、鑒定和定責(zé)等執(zhí)法標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)包括：

1）《汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)》（GB 39732-2020），已強(qiáng)制要求于2022年1月1日起實(shí)施；

2）《車載視頻行駛記錄系統(tǒng)》（GB/T 38892-2020），已于2020 年12月1日實(shí)施；

3）《汽車行駛記錄儀》（GB/T 19056-2012），重點(diǎn)適用于所有客車、危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸貨車、半掛牽引車和總質(zhì)量大于等于12000kg 的其他貨車裝備的行駛記錄儀制造；

4）中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端技術(shù)》（JT/T 794-2011），重點(diǎn)適用于道路運(yùn)輸衛(wèi)星定位系統(tǒng)中安裝在車輛上的終端設(shè)備制造。

執(zhí)法使用標(biāo)準(zhǔn)主要有：

1）中華人民共和國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車車載電子數(shù)據(jù)取證技術(shù)規(guī)范》，自2020年4月起征詢意見(jiàn)；

2）中華人民共和國(guó)司法司法行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車電子數(shù)據(jù)檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》（SF/T 0077-2020），已于2020年5月29日發(fā)布實(shí)施。

警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)字孿生制造車載事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)制造網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，數(shù)字孿生分別與環(huán)境、人和自身交互，同時(shí)事故數(shù)據(jù)、服務(wù)、實(shí)體和模型之間相互交互。

圖2 事故數(shù)據(jù)記錄數(shù)字孿生網(wǎng)

3 警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)字孿生制造車載事故數(shù)據(jù)記錄關(guān)鍵技術(shù)

本節(jié)依據(jù)工業(yè)和信息化部關(guān)于加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理的意見(jiàn)》規(guī)定智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品應(yīng)具有“事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)EDR(Event Data Recorder)”和“自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)DSSAD(Data Storge System for Automated Driving)”強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求，從警務(wù)需求視角，介紹了數(shù)字孿生制造中的汽車事故數(shù)據(jù)記錄裝備EDR和DSSAD制造架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)制造技

EDR 雛形可追溯到美國(guó)高速公路交通安全局（NHTSA）1970年提出研制機(jī)動(dòng)車碰撞記錄儀；國(guó)外汽車生產(chǎn)商紛紛開(kāi)始在氣囊控制模塊中內(nèi)嵌小型存儲(chǔ)器。

3.1.1 汽車事件記錄系統(tǒng)軟硬件場(chǎng)景架

我國(guó)《汽車事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)》（GB 39732-2020）中指出EDR系統(tǒng)“包含在一個(gè)或多個(gè)車輛電子模塊中，用于監(jiān)測(cè)、采集并記錄事件發(fā)生前、發(fā)生時(shí)和發(fā)生后車輛和乘員保護(hù)系統(tǒng)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的功能，旨在事件發(fā)生后提取數(shù)據(jù)”。本文所提出的面向警務(wù)場(chǎng)景的EDR的核心傳感器模塊、通信和控制邏輯總體設(shè)計(jì)如圖3所示。總體包括傳感器模塊、控制器、提取模塊、事故分析軟件、事故場(chǎng)景構(gòu)建等技術(shù)。

圖3 EDR的軟硬件架構(gòu)和警務(wù)場(chǎng)景

3.1.2 事故數(shù)據(jù)記錄

系統(tǒng)重點(diǎn)記錄碰撞前、碰撞過(guò)程中和碰撞后短時(shí)間（幾秒鐘）內(nèi)車輛的技術(shù)數(shù)據(jù)和乘員信息。事件數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)與警務(wù)場(chǎng)景映射如表1所示。

3.1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件制造過(guò)程包括如下模塊塊，下述模塊為表1中的事故數(shù)據(jù)、事故信息、事故模型提供控制、安全氣囊和側(cè)翻等制造支撐：

表1 事件數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)與警務(wù)場(chǎng)景映射

1）電控模塊（Electronic Control Module，ECM），負(fù)責(zé)控制功能；

2）側(cè)翻傳感器（Rollover Sensors，ROS），記錄車輛側(cè)翻角度、監(jiān)控乘員約束系統(tǒng)；

3）安全氣囊控制模塊（Air-bag Control Module，ACM），監(jiān)控/記錄安全氣囊工作狀態(tài)等。

其中，EDR制造要符合如下要求：

1）觸發(fā)閾值功能要求：

當(dāng)觸發(fā)閾值達(dá)到規(guī)定值時(shí)，EDR控制器觸發(fā)記錄事件數(shù)據(jù)事件。

2）存儲(chǔ)覆蓋功能要求：對(duì)鎖定條件事件數(shù)據(jù)，不能被后續(xù)新事件數(shù)據(jù)覆蓋。如系統(tǒng)記錄事件空間已滿，新增事件數(shù)據(jù)采用按時(shí)序覆蓋算法覆蓋不滿足鎖定條件的歷史事件數(shù)據(jù)；

3）存儲(chǔ)事件記錄次數(shù)參數(shù)：該參數(shù)設(shè)定為至少記錄連續(xù)三次完整碰撞事件數(shù)據(jù)；

4）掉電存儲(chǔ)功能：系統(tǒng)自身應(yīng)具備在車內(nèi)供電回路已失去正常供電功能時(shí)的備份供電。斷電后電量應(yīng)能滿足：①讀取的 EDR 記錄應(yīng)包含T0之前的全部數(shù)據(jù)和T0之后（150±10）ms的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求；②若系統(tǒng)功能由氣囊控制模塊實(shí)現(xiàn)，至少能滿足展開(kāi)氣囊并記錄150ms事件數(shù)據(jù)的電量需求。

3.1.4 互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

車載電子設(shè)備，通過(guò)傳感器和算法采集車輛運(yùn)行過(guò)程中的各類感知識(shí)別、系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)運(yùn)行、碰撞前后等數(shù)據(jù)，經(jīng)由汽車控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）總線傳遞給EDR并存儲(chǔ)。

3.1.5 數(shù)據(jù)讀取技術(shù)

讀取系統(tǒng)主要由事故取證計(jì)算機(jī)、USB線、通訊接口（VCI）、電源適配器、J1962診斷傳輸線、待取證事故車輛組成，設(shè)備及接口設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 事故數(shù)據(jù)讀取設(shè)備和接口

3.2 自動(dòng)駕駛事故數(shù)據(jù)記錄技術(shù)

3.2.1 自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)部分或者全部替代人類駕駛員，交通事故和侵權(quán)責(zé)任主體面臨從人類駕駛員將擴(kuò)大到制造商、軟件設(shè)計(jì)者等主體的挑戰(zhàn)。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)面臨數(shù)據(jù)層面挑戰(zhàn)包括：從傳統(tǒng)數(shù)值碰撞數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換到音視頻多模數(shù)據(jù)；事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨海量多源；數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)面臨高帶寬低延遲傳輸需求。

3.2.2 EDR對(duì)自動(dòng)駕駛場(chǎng)景不適應(yīng)性分析

EDR是現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)取證和事故重建分析的最重要抓手，然而對(duì)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車場(chǎng)景面臨如下挑戰(zhàn)：

1）由于存儲(chǔ)容量等限制，無(wú)法實(shí)時(shí)連續(xù)記錄車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)控；

2）EDR要達(dá)到預(yù)設(shè)碰撞閾值，才觸發(fā)碰撞事故數(shù)據(jù)記錄。因此閾值觸發(fā)機(jī)制決定了，其對(duì)輕微刮蹭事故、轎車碰撞行人等事故場(chǎng)景的下事故車輛，碰撞數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生缺失；

3）對(duì)復(fù)雜事故場(chǎng)景，如二次甚至多次碰撞，EDR中前期碰撞事故數(shù)據(jù)，存在因數(shù)據(jù)覆蓋而導(dǎo)致碰撞記錄數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)；

4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于車內(nèi)，讀取需專門設(shè)備和接口支持，不支持汽車廠商和事故處理中心云端管理；

5）肇事車輛逃逸后，事故數(shù)據(jù)和本次事故的關(guān)聯(lián)性鑒定困難；

6）傳感器和控制器總體通過(guò)CAN總線互連，無(wú)法適應(yīng)大數(shù)據(jù)和高安全性等需求。

3.2.3 自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

2019年6月，世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇WP.29下的自動(dòng)駕駛與網(wǎng)聯(lián)車輛工作組（GRVA工作組）成立EDR/DSSAD非正式工作組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)研究，在2020年6月發(fā)布的ALKS法規(guī)中規(guī)定了DSSAD應(yīng)具備的功能。2021年8月，我國(guó)工信部發(fā)布了《工業(yè)和信息化部關(guān)于加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理的意見(jiàn)》103號(hào)文件，規(guī)定了智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品應(yīng)具有事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)功能。美國(guó)承擔(dān)車輛安全評(píng)估和道路交通事故調(diào)查職責(zé)的國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA），2021年6月29日發(fā)布的1號(hào)指令《關(guān)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和L2級(jí)高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)的事故報(bào)告》中明確要求：“配備SAE標(biāo)準(zhǔn)定義下的L2級(jí)高級(jí)輔助駕駛和L3～L5級(jí)自動(dòng)駕駛的整車制造商以及汽車軟件提供商和測(cè)試運(yùn)營(yíng)商,必須及時(shí)將所有在美國(guó)公共道路上發(fā)生的碰撞交通事故報(bào)告提及NHTSA”。自動(dòng)駕駛事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其云邊端協(xié)同制造架構(gòu)如圖5所示。

圖5 自動(dòng)駕駛事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其云邊端協(xié)同制造架構(gòu)

3.2.4 數(shù)據(jù)記錄與警務(wù)場(chǎng)景映射

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)由于是智能交通的“車-路-云-網(wǎng)“架構(gòu)中的核心，數(shù)據(jù)記錄是自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)最核心功能。

聯(lián)合國(guó)ALKS法規(guī)以聯(lián)合國(guó)《自動(dòng)駕駛框架文件》為指導(dǎo)，將安全作為戰(zhàn)略核心，從系統(tǒng)安全、故障安全響應(yīng)、人機(jī)界面（HMI）、自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)（DSSAD）、信息安全及軟件升級(jí)等方面。該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)分析了存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)位置、記錄的事件和數(shù)據(jù)元素確保數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)保護(hù)、訪問(wèn)數(shù)據(jù)的方法。結(jié)合道路交通事故管理場(chǎng)景和DSSAD記錄的數(shù)據(jù)元素，分類整理歸納如表2所示，主要包括記錄事故發(fā)生前的車輛狀態(tài)、駕駛員的操作以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)內(nèi)部的感知、規(guī)劃、決策等數(shù)據(jù)。

表2 自動(dòng)駕駛事故數(shù)據(jù)和警務(wù)事故管理場(chǎng)景映射

3.2.5 基于事故關(guān)鍵性分區(qū)的事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法

現(xiàn)有的DSSAD是個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)公安警務(wù)場(chǎng)景未專門規(guī)范，因此，本文提出一種基于事故關(guān)鍵性分區(qū)的交通事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法。如圖6所示，本文依據(jù)道路交通事故處理場(chǎng)景（取證、鑒定、責(zé)任判定）關(guān)鍵性級(jí)別，將DSSAD存儲(chǔ)區(qū)域分為安全攸關(guān)事件存儲(chǔ)區(qū)、風(fēng)險(xiǎn)事件存儲(chǔ)區(qū)和一般事件存儲(chǔ)區(qū)。

圖6 基于事故關(guān)鍵性分區(qū)的事故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

安全攸關(guān)事件存儲(chǔ)區(qū)主要存儲(chǔ)碰撞事件，參考EDR標(biāo)準(zhǔn)，觸發(fā)碰撞事件的閾值為：縱軸方向以及橫軸方向車速變化達(dá)到150ms時(shí)域超過(guò)或等于8km/h；如果該事件持續(xù)時(shí)間不足150ms，則車速變化超過(guò)或等于8km/h時(shí)，該事件也需被記錄。鎖定條件為：不可逆約束裝置（如氣囊）展開(kāi)，或150ms時(shí)間區(qū)間內(nèi)在縱軸方向上車輛速度變化達(dá)到超過(guò)或等于25km/h；且事件數(shù)據(jù)不應(yīng)被覆蓋。參考聯(lián)合國(guó)ALKS法規(guī)，導(dǎo)致車輛與其他道路使用者或障礙物相撞的情況或事件，碰撞風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法通過(guò)低于5m/s2的制動(dòng)指令來(lái)避免，且事件的數(shù)據(jù)不能被后續(xù)事件的數(shù)據(jù)覆蓋。

風(fēng)險(xiǎn)事件存儲(chǔ)區(qū)主要存儲(chǔ)有碰撞風(fēng)險(xiǎn)的事件，參考聯(lián)合國(guó)ALKS法規(guī)，主要是滿足非鎖定事件觸發(fā)條件：行駛速度大于60km/h,如果沒(méi)有足夠空間記錄，可以按時(shí)間順序依次覆蓋之前非鎖定事件數(shù)據(jù)。

一般類型事件存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的事件可按照FIFO規(guī)則進(jìn)行覆蓋記錄。

非安全風(fēng)險(xiǎn)事件存儲(chǔ)區(qū)和一般類似事件存儲(chǔ)區(qū)的事件包括以下類：自動(dòng)駕駛系統(tǒng)激活、自動(dòng)駕駛退出、發(fā)生接管操作、碰撞避免控制、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)達(dá)到最低風(fēng)險(xiǎn)控制、車輛發(fā)生嚴(yán)重故障、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障。

3.2.6 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

高階自動(dòng)駕駛汽車通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需求包括：

1）高帶寬和低延遲的事故管理網(wǎng)絡(luò)；

2）連接所有傳感器、攝像頭、診斷工具、通信系統(tǒng)以及中央人工智能，事故數(shù)據(jù)和分析不再局限于碰撞檢測(cè)，而將涵蓋音視頻等多模態(tài)的事故鑒定等技術(shù)。

對(duì)新型自動(dòng)駕駛控制器來(lái)說(shuō)，常用車載網(wǎng)絡(luò)有CAN、LIN、FlexRay、MOST和LVDS等。除LVDS外，其他均為汽車行業(yè)專用通信網(wǎng)絡(luò)。雖然現(xiàn)有大部分汽車仍將通過(guò)CAN或LIN.聯(lián)網(wǎng)，事故數(shù)據(jù)傳輸現(xiàn)階段仍采用上述機(jī)制。但隨著自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需求增加，上述總線受限于低帶寬、面積較大等因素，已不能適應(yīng)自動(dòng)駕駛高數(shù)據(jù)傳輸速度和海量數(shù)據(jù)要求，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)連接操作設(shè)計(jì)將主要包括：

（1）中央域控制器單元中的芯片連接；

（2）傳感器接口輸入連接；

（3）調(diào)試接口連接；

（4）存儲(chǔ)連接等。

同時(shí)，DSSAD還涉及數(shù)據(jù)安全讀取、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)安全管控等方面的問(wèn)題。

4 警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車事故數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用場(chǎng)景

警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車事故數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用場(chǎng)景是數(shù)字孿生場(chǎng)景建模的核心。

4.1 被動(dòng)安全場(chǎng)景

被動(dòng)安全應(yīng)用場(chǎng)景主要包括安全氣囊和約束系統(tǒng)制造。

安全氣囊制造過(guò)程，可通過(guò)監(jiān)控的安全氣囊碰撞表現(xiàn)數(shù)據(jù)得到改進(jìn)。

乘員約束系統(tǒng)制造，可通過(guò)EDR記錄的乘員約束系統(tǒng)真實(shí)碰撞中的相關(guān)真實(shí)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)該系統(tǒng)的狀態(tài)和需改進(jìn)之處。

對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)或仿真數(shù)據(jù)，真實(shí)事故場(chǎng)景的真實(shí)碰撞數(shù)據(jù)，可作為數(shù)字孿生體系中的輸入，能夠更真實(shí)反應(yīng)乘員約束系統(tǒng)的碰撞表現(xiàn)，可用于檢測(cè)和優(yōu)化其在真實(shí)場(chǎng)景中的表現(xiàn)。

4.2 主動(dòng)安全場(chǎng)景

事故記錄數(shù)據(jù)在主動(dòng)安全領(lǐng)域中的警務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景包括：

1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車碰撞場(chǎng)景重建

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)事故碰撞后的數(shù)據(jù)，還原碰撞人-車-路-網(wǎng)真實(shí)環(huán)境、智能網(wǎng)聯(lián)汽車各部件反饋情況，再依托警方交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖、現(xiàn)場(chǎng)勘查筆錄、痕跡物證和視聽(tīng)資料提供的數(shù)據(jù)和信息，可實(shí)現(xiàn)事故碰撞場(chǎng)景的數(shù)字化重建，作為數(shù)字孿生制造的雙向輸入輸出。

2）主動(dòng)安全的仿真數(shù)據(jù)來(lái)源

碰撞前后數(shù)據(jù)，可作為主動(dòng)安全預(yù)防系統(tǒng)的的數(shù)據(jù)來(lái)源基于該數(shù)據(jù)可進(jìn)行事故仿真和預(yù)防。

3）智能網(wǎng)聯(lián)汽車整機(jī)和關(guān)鍵部件的測(cè)試和制造優(yōu)化

事故記錄數(shù)據(jù)可評(píng)估整車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、多源汽車傳感器、車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等軟硬件部件，可測(cè)試和檢測(cè)其性能，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造，提高孿生制造整體性能。

5 結(jié)語(yǔ)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車成為交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略和《中國(guó)制造2025》建設(shè)重要方向的同時(shí)，其事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)制造涉及芯片、整機(jī)和軟件等多個(gè)“卡脖子”產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，具有較高技術(shù)門檻，亟需開(kāi)展制造研究。本文聚焦公安警務(wù)場(chǎng)景，提出了一種警務(wù)場(chǎng)景智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)制造孿生功能架構(gòu)，以及軟硬件和場(chǎng)景構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)，為國(guó)內(nèi)外研究界和產(chǎn)業(yè)界數(shù)字孿生智能網(wǎng)聯(lián)汽車事故記錄系統(tǒng)的制造提供了借鑒。本團(tuán)隊(duì)正在從事的未來(lái)的研究方向包括公安警務(wù)場(chǎng)景的數(shù)字孿生智能網(wǎng)聯(lián)汽車的事故數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究。