#頭條創作挑戰賽#
在阿拉善的英雄會上，越野車可以赢得車模的尖叫，轎車隻能喜提黃沙的譏笑。越野車和轎車誕生于完全不同的市場需求，享受過主機廠研發工程師不同力道的馬殺雞，經曆過測試場測試工程師不同強度的耐久折磨，并最終成長為适合荒野镖客和城市白領的不同座駕。在傳統汽車世界裡，不同類型車輛被賦予威力不同的法力，用于追逐不同的家國夢。
而對于即将賦予傳統汽車靈魂的自動駕駛系統來說，它關系到車内車外人員的安全，如果不能定義清楚其法力的邊界，同時又不能賦予其識别是否超越法力邊界的能力，則自動駕駛法力之外的誤傷将在所難免。對于自動駕駛法力邊界，國際上稱之為ODD（operational design domain，設計運作範圍），國内稱之為ODC（operational design condition，設計運作條件）。
ODD在國際上成名許久，不管是NHTSA還是SAE，都有一套流行的建構架構，國内自動駕駛公司目前也都選擇國外某一種建構架構來定義自己産品的法力邊界。但在中國自動駕駛行業急速狂飙的過程中，行業内普遍感覺國外ODD的建構架構，無法适應極具中國特色的自動駕駛生存法則。
在這樣的背景下誕生了ODC，相應的國标已在制定中。在已經實施的《汽車駕駛自動化分級》（GB/T 40429-2021）标準中ODC被定義為自動駕駛系統設計時确定的适用于其功能運作的各類條件的總稱，包括設計運作範圍、車輛狀态、駕乘人員狀态及其他必要條件。其中設計運作範圍英文縮寫也為ODD，被定義為自動駕駛系統内設計時确定的适用于其功能運作的外部環境條件。
自動駕駛圈黑話第十七期，作者基于國内外已公開的資訊和自己工作中的了解，梳理國内ODC在自動駕駛産品開發時可以發揮的作用、三大構成元素的主要内容、制定原則等内容來嘗試着窺探自動駕駛法力邊界的奧秘。
ODC作用
在NOA/NGP/NOP盛行的今天，常聽到一部分真實車主的回報：“開啟這些功能後，帶來的不是輕松、惬意，而是更大的負擔，我需要更加專注，更加謹慎，以便随時可以及時修正系統的錯誤操作”。這就好比你在一個陌生的城市第一次坐公交，你不知道你要下的站大概要做多久，你不得不時刻保持警惕，時刻留意車内的到站資訊，沒法專注在手機的電視劇裡。
這樣痛苦的源泉便來源于你不了解使用功能什麼時候在可靠運作邊界内，什麼時候在可靠運作邊界外。在邊界内，不同道路、不同天氣、不同光照下系統可靠性如何。邊界外功能是否會自動退出，是否具有風險減緩措施。而ODC的一項作用便是幫助使用者了解自動駕駛系統，現将其幾個主要作用列舉如下：
（1）企業依據ODC定義自動駕駛系統能夠安全啟動和運作的使用範圍。通過對ODD包含的外部環境元素進行檢測，來識别ODD是否在自動駕駛系統的能力範圍之内；通過對車輛狀态進行自檢，來識别車輛狀态是否能夠支撐自動駕駛系統的正常運作；通過對動态駕駛任務後援使用者（3級駕駛自動化系統中角色）的接管能力和駕乘人員（4和5級駕駛自動化系統中角色）的安全狀态進行監測，來識别自動駕駛系統是否具有被及時接管的能力以及是否具有保證駕乘人員安全的運作條件。
（2）企業依據ODC制定使用者說明手冊，幫助使用者了解自動駕駛系統的使用條件和運作範圍。使用者通過說明手冊，可以清晰地了解自動駕駛系統在外部環境滿足什麼樣的條件下可以正常運作；車輛在出現什麼故障後會導緻自動駕駛系統退出，駕乘人員不滿足什麼樣的安全條件後會進行功能降級。
（3）測試機構依據ODC制定相應的自動駕駛系統的安全測試用例，并出具具有認可性的測試報告。而不像現在，各家廠商均是選擇有利于自己功能的場景進行測試，以此來宣傳自己系統無與倫比的優勢。
組成元素之設計運作範圍（ODD）
在制定自動駕駛系統運作的ODD包含的元素時，廠家不能肆意發揮，而須做到有理有據。自動駕駛系統需要能夠實時擷取ODD包含的元素資訊，以使自動駕駛系統能夠識别是否處于ODD範圍。而ODD元素的擷取即可以通過自身傳感器實時擷取，也可以通過高精地圖、V2X等形式擷取。是以，打勞工每羅列一條ODD元素，都要思考我這個車可以通過什麼方式可以擷取這個元素的資訊，這可能是制定ODD的難處所在。
為了盡快建立ODD的建構架構和一個最小元素集合，以便在日後自動駕駛标準制定中擁有更多的話語權，世界各地大小組織夜以繼日，廢寝忘食，目前除了出生地SAE外，也形成了其他幾個有代表性的ODD建構架構。包括NHTSA ODD建構架構、Pegasus 6層模型、BSI ODD建構架構以及蓄勢待發國标ODD(包含在ODC之中)。下文挑選應用比較廣泛的NHTSA和SAE兩個國外ODD建構架構做詳細介紹，并最後羅列出适合中國國情的一個可行的ODD元素集合。
一、NHTSA ODD建構架構
NHTSA（National Highway Traffic Safety Administration，美國高速公路安全管理局）在2019年釋出的《A Framework for Automated Driving System Testable Cases and Scenarios》中對ODD的分類架構和應用方法進行了系統的介紹。
NHTSA對ODD的定義為：自動駕駛系統可以設計運作的操作範圍，包括道路類型、速度範圍、光照條件、天氣條件和其他相關的運作限制。從定義可以看出和國标ODD定義基本一緻，都是聚焦在外部環境。NHTSA通過結構化方法将ODD進一步分為六大建構要素。基礎設施、駕駛操作限制、周邊物體、連接配接性、環境條件和區域。ODD六大建構要素及其子元素如下圖所示。
基礎設施。服務一個國家經濟運作的設施和系統，如道路、橋梁、隧道、供水、供電、網絡等。而自動駕駛系統中的功能也将受限于此類基礎設施。NHTSA将影響ODD設計的基礎設施劃分為道路類型、道路表面、道路邊緣、道路幾何四個元素。
（1）道路類型。高速公路沒有紅綠燈，城市道路沒有收費站，鄉村道路可能沒有标線，這些不同将影響自動駕駛系統的設計。是以，ODD設計需要充分考慮不同類型的道路，包括高速公路、鄉村公路、城市道路、交叉路口、沙土路、越野道路、停車場、私人車道、環島、匝道、人行道等。
（2）道路表面。不同道路表面，摩擦系數不同，對應的規劃、控制、安全政策也就不可能完全一緻。不同摩擦系數的道路表面包括瀝青、混凝土、沙土、泥土、碎石、草地等。
（3）道路邊緣。道路邊緣可用來進行輔助定位等作用，而不同的道路邊緣就将影響感覺、定位的政策。典型的道路邊緣有标線（固定或臨時）、路肩（鋪面、碎石、草地）、格栅、欄杆、錐體等。
（4）路面幾何。行駛在筆直的康莊大道與十八彎的山路，安全等級要求是不一樣的。常見的路面幾何形狀可以抽象為直線、曲線、山丘、側峰等。
駕駛操作限制。不同的道路有不同的限速要求，不同的交通狀況有不同的交通管制要求。駕駛操作限制就是考慮這些限制元素，主要包括速度限制和交通條件兩大類。
（1）速度限制。包括最低和最高速度限制。
（2）交通條件。包括正常、擁堵、事故、施工等交通狀況下所引入的交通限制屬性。
周邊物體。城市内環基本不會有大貨車通行，高速公路基本不會出現公共汽車，在ODD設計時如果可以明确影響感覺、定位的物體的種類，将顯著提高感覺、定位的準确性和可靠性。此類物體包括标志标牌、道路使用者、非道路使用者物體。
（1）标志标牌。用于解釋車輛通行規則，包括交通辨別（斑馬線、讓行辨別、禁行辨別等）、交通信号（紅綠燈、緩慢通行訓示燈）、道路使用者信号、遇險信号、急救信号等。
（2）道路使用者。包括不同類型的車輛（橋車、公共汽車、機車、特種車輛、電瓶車、自動車等）、行人。
（3）非道路使用者物體。穿過自然保護區的道路總會出現意想不到的驚喜，包括麋鹿、大象等。這些原本不該出現在道路上的物體被稱為非道路使用者物體，包括動物、購物車、垃圾、梯子、建築裝置等等。
連接配接性。車路協同+單車智能被認為是自動駕駛的終局。車路協同可以為車輛提供超視距的感覺，進而提高自動駕駛的安全性以及提供更好的駕乘體驗。自車與其它車輛、道路使用者、車隊管理系統、智能基礎設施等通過萬物互聯技術相連，實作更有效的協同工作。
（1）車輛。基于V2V技術，自車與道路上的其它車輛實作互通有無。
（2）交通密度。基于V21技術，車輛可以實時從路測單元獲得交通密度資訊；基于V2V技術，可以從車輛衆包資料中擷取交通密度資訊。
（3）車隊管理系統。基于V2N技術，車輛可以實時獲得遠端車隊管理系統的支援。
（4）智能基礎設施。基于V2I，車輛可以與智能基礎設施傳感器實作通信，進而獲得弱勢道路使用者、坑洞、天氣、高精地圖、交通管制等資料。
環境條件。自動駕駛面對惡劣天氣依舊無能為力，雨、雪、霧将極大降低目前主流傳感器的感覺能力，大風、結冰、極端溫度也将極大影響車輛的可操作性。可以說，環境條件是ODD設計必須着重考慮的要素之一。
（1）天氣。惡劣天氣既影響駕駛員的視線，也将影響車上主要傳感器的感覺能力。自動駕駛功能在不同天氣條件下必将設計不同的應對政策，是以需要在ODD設計時充分考慮雨、雪、霧、沙塵等天氣屬性以及它們的嚴重程度。
（2）道路天氣。不同天氣必将對道路的通行能力帶來不同的影響。積水的道路、結冰的道路、積雪的道路都對自動駕駛功能的安全設計帶來嚴苛的挑戰。
（3）顆粒物。顆粒物主要降低能見度，進而增加碰撞風險，主要包括霧、煙、揚塵、霧霾等。
（4）照明。白天、黎明、黃昏、夜晚、有路燈、無路燈、有迎面大燈等對自動駕駛功能的影響都是不同的。
區域。自動駕駛功能在筆直大道上可能火力全開，但在前方有學校的路段需要收斂部分光芒，不同的區域對自動駕駛功能有不同的限制，這也是ODD設計必須考慮的一個關鍵要素。
（1）地理圍欄區。圍欄已經表明獨立于世的運作法則，圍欄内生存就需要遵循圍欄内權威定下的規則。典型的地理圍欄區包括學校、工業園區、社群、商業區等。
（2）交通管控區。道路維護、交通事故等都會誕生臨時的交通管理區。這些交通管理區可能會臨時關閉某些車道、增設一些動态交通标志、改變道路速度限制、增删一些車道标記、增加人為（交警）引導的交通等。人在經過這些交通管控區都需要調整駕駛政策，更何況計算機操縱的一些自動駕駛功能。
（3）學校/施工區。這條我沒有了解，學校不是屬于地理圍欄區嗎，施工區不是交通管控區嗎，為何還要單拎出來？可能美麗國的學校和施工區和咱中國不太一樣，沒實地考察過，這裡先原汁原味的翻譯出來。這個區域需要動态限速，因為存在不穩定的行人和車輛行為。
（4）國家/地區。各個國家或地區都在積極推動自動駕駛相關法律、法規的建立，後續自動駕駛車輛上路必須滿足當地的法律、法規以及一些準入要求。
（5）幹擾區。有些區域對自動駕駛的感覺、定位影響較大，導緻自動駕駛功能在這些區域必須進行更優政策的設計。比如地下停車場、茂密樹蔭下的GNSS信号幹擾，隧道對感覺相機成像的影響，多金屬環境對毫米波雷達回波的多徑影響等。
NHTSA在ODD的描述中給了一個L3有條件擁堵駕駛的ODD部分檢查清單，如下圖所示，其中Y表示可允許的設計元素，N表示不允許的設計元素。
二、SAE ODD建構架構
ODD一詞最早的定義來自于SAE的《道路車輛駕駛自動化相關的分級和術語定義》（J3016）标準。原文直譯過來便是：特定的駕駛自動化系統或其功能的運作條件，包括但不限于環境、地理和時間限制，以及擁有特定條件的交通或道路。從定義中可以看出SAE對于ODD的定義包含影響自動駕駛運作的外部條件和内部條件，更類似國标中ODC的定義，屬于一鍋端類型的定義。
在2020年4月釋出的一項新的最佳實踐《AVSC Best Practice for Describing an Operational Design Domain: Conceptual Framework and Lexicon》中，詳盡闡述了如何定義自動駕駛系統的ODD。
SAE AVSC采用7個次元來建構ODD，包括天氣相關的環境條件、道路表面條件、道路設施、操作限制、道路使用者、非靜止的路邊目标和連接配接性。通過使用允許和不允許的元素，基于表格描述和文字描述的形式對自動駕駛系統的ODD進行說明，下圖是SAE AVSC表格描述的一個示例：
三、中國ODD
Tesla的Autopilot中有一個功能叫“Traffic Light and Stop Sign Control”的功能，紅綠燈我們都熟悉，停止辨別為何和紅綠燈等放在一個層次，習慣國内開車的朋友可能很難了解，因為我們在路上很少看見STOP的辨別牌。但對北美地區來說，路口紅綠燈的覆寫率遠遠低于我們的城市環境，北美地區更加普遍的路口控制辨別便是“STOP”辨別牌。
這樣的中外交通環境差異還隻是冰山一角，這也難怪在看NHTSA和SAE關于ODD的原文時，一些元素總是找不到合适的中文對應，勉強按字面翻譯出來後也感覺ODD建構架構缺少社會主義特有的儒雅和靈動。筆者“土鼈”的腦海裡隻有中國的地大物博，完全沒法了解國外的“月亮”。國内自動駕駛行業翹首以盼，期待适應國情的自動駕駛設計運作範圍标準盡快出來。
國标委釋出的《自動駕駛系統設計運作條件白皮書》，作為國标制定的前菜，裡面呈現的内容對我們窺探主食國标的色、香、味，具有重要意義。白皮書在最高一層将ODD分為靜态物體、環境條件、動态實體。一層元素下又劃分為二層元素，如下圖所示。白皮書中列舉了一個五層ODD最小元素集合及兩種描述示例，企業可依據本身自動駕駛系統要求進行增删。
組成元素之車輛狀态
車輛狀态包含車輛速度和車輛軟硬體狀态。車輛速度主要指激活速度範圍，通過激活速度範圍判斷駕駛自動駕駛系統是否能夠被激活。硬體狀态主要指關鍵傳感器、計算單元、關鍵執行器狀态是否滿足激活和運作的要求。軟體狀态指定位、感覺、控制、規劃等子產品的狀态是否滿足激活和運作的要求。不滿足要麼無法激活，激活後的不滿足将啟動功能降級。
組成元素之駕乘人員狀态
３級駕駛自動化系統工作時，可以識别駕駛自動化系統發出的介入請求和明顯的動态駕駛任務相關的車輛故障，并執行接管的使用者稱為動态駕駛任務後援使用者。動态駕駛任務後援使用者在風平浪靜的時候可以安心欣賞前方的美景，但在駕駛自動化系統發出接管請求或發生影響駕駛自動化系統的車輛故障，需要及時進行接管。
而為了保證駕駛3級駕駛自動化系統可以及時被接管，就需要對動态駕駛任務後援使用者進行實時監測，通過識别其疲勞、注意力、位姿、安全帶、醉酒等狀态來判斷是否滿足接管條件，不滿足時要采取聲、光、電三維暴力提醒，提醒依舊無效後，3級駕駛自動化系統還需啟動功能降級直至安全停車。
對于4~5級駕駛自動化系統來說，車内人員統稱為乘客，為了保證乘客乘坐的安全，勢必還要監測其位姿、安全帶、兒童限制系統、生命體征等狀态是否滿足一定的安全條件。車外人員被稱為排程員，是否需要對排程員進行異常行為的監測，也值得各企業思考。
小結
小結總想扯點無關的，恰巧看到上海六院關于保護洋大人命根子的深情報道，一時憤慨萬千。社會中對白皮膚高鼻子持天然崇敬、仰慕的國民不在少數，這和我們上個世紀在各方面都被他們牽着鼻子走有巨大關聯。但在今天，在自動駕駛圈内，白皮膚高鼻子俨然一副坐吃山空、混吃等死的狀态，就看傻兒子幾時揮霍完地主爸爸的存款了。當然，美國不乏幾個能打的選手，也在部分方面引領着自動駕駛的潮流，但中國自動駕駛的群狼，已然無所畏懼，已然準備好正面戰場的随時厮殺。
參考資料
《自動駕駛系統設計運作條件白皮書》