ASAM OpenXOntology系列解读丨一.入门篇

2022-05-07 11:56:34来源：CASAM标准组织

编者寄语：2022年4月，ASAM OpenXOntology概念白皮书正式发布。作为打通所有OpenX系列定义以及框架的主体，ASAM OpenXOntology将为ASAM OpenX系列标准提供一个共同的语义库与逻辑映射关系，大幅提高ASAM各标准间的兼容性。在此后的系列解读中，我们将不断深入探索本体论的奥妙之处。

01、入门之前，先聊聊什么是OpenXOntology？

Ontology，即指本体论，本意为探究世界本原或基质的哲学理论。在计算机科学和信息科学中，本体论主要给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延规则的定义，与ISO 704中定义的术语概念相近。当技术人员与计算机程序交换信息与数据时，可使用这些标准化定义。通过这种方式，本体论和术语可使人类和计算机对同一个概念形成共识。

与术语（terminology）和分类学（taxonomy）不同，本体论还对概念之间的关系和区别进行描述。

ASAM OpenXOntology对场景中道路网络、驾驶行为、交通参与对象以及驾驶和交通模拟之间的逻辑关系提供了统一的、完整的描述，打通了传感器数据标注和其他用例的界限。

在自动驾驶测试领域，ASAM的标准主要有OpenCRG、OpenDRIVE、OpenSCENARIO和OSI等，它们统称为ASAM OpenX系列标准。OpenXOntology涵盖了所有ASAM OpenX系列标准中涉及的道路交通领域概念。在OpenXOntology所制定的统一定义之上，上述的几个标准展开工作时将会更加便捷地实现数据互通互认。

☝ OpenXOntology的简化表示

ASAM OpenXOntology定义的具体内容包括：

● 道路基础设施，如道路、车道、交叉路口等；

● 交通基础设施，如交通标志、信号灯等；

● 道路交通设施随时间的变化，如道路建设、改道等；

● 动态交通参与者，如汽车、行人和骑手等；

● 环境因素，如天气、时间等；

● 通信环境，如车与车通信V2V、卫星定位信号等。

02、为什么研究OpenXOntology？

在汽车的研发过程中，为了精确高效地模拟车辆在驾驶中各方面的情况，ASAM已经制定出了涵盖道路交通各方面的不同仿真标准。这些标准规定了在数据收集、处理过程中，各名词的含义、计量单位的使用、描述用词的规范等。在开发初期，这些标准各自为政，涵盖的领域也各不相同，如OpenSCENARIO只专注于动态路况方面的标准，而OpenDRIVE只专注于静态道路信息方面的标准。

它们都是涉及到道路交通方面的，在实际运作中，必然会涉及到相同的名词，然而由于研究的具体方向不同，这些标准对于相同名词的定义与使用也不尽相同。

举个例子，在查阅OpenDRIVE 1.6和OpenSCENARIO 1.0的标准后，我们可以发现，OpenDRIVE对lane(车道)进行了完整的解释和规定，引入了中心车道的概念，为道路中的各车道排序和编号，对车道段、车道分组、车道偏移、车道连接、车道属性等做出了详细说明；而OpenSCENARIO在分析具体案例如切入、前方慢速车辆、交通拥堵等的过程中，也会频繁使用到lane(车道)这一概念。OpenSCENARIO的标准中提到，它本身并不包含对路网信息的描述，但可以引入OpenDRIVE的路网信息。在引入数据时，OpenSCENARIO和OpenDRIVE文件中的车道序列需要能够相互匹配，才能准确无误地进行后续工作。

☝ OpenDRIVE对lane(车道)进行了准确的描述和定义

☝ OpenSCENARIO可利用OpenDRIVE的车道信息分析车辆行进中的动态问题

这里就出现了不同标准之间数据互通的问题，这样的问题并非个例。没有统一的、直接可对接的数据标准，不仅将降低工作效率，还可能引起后续连环的错误。此外，在人工智能层面，当工作人员与机器交互时，如果没有统一的标准，也将会造成生成数据、处理数据方面的困难。在调试过程中，针对同一数据或概念，工作人员可能需要反复对其进行修改，才能使其正确适用于不同的标准，这无疑增加了不少的工作量。基于这些情况，ASAM提出了OpenXOntology的概念，以将不同的标准及其之间的关系统一化。

03、

OpenXOntology将带来什么？

OpenXOntology包括核心本体论(Core Ontology)、领域本体论(Domain Ontology)以及两者的连接本体。

核心本体论即包括最基本的概念和关系，如时间、空间、行为、事件等，它是具有普适性的，完全独立于特定的领域或实例。

领域本体论则描述了特定领域的概念及其关系，它是根据本体构建者的需求建立的。在本文中，领域本体论中的“领域”即指道路交通领域。在道路领域中，很多名词概念以及关系是具有显著的领域特性的。比如“lane”一词，在体育领域指泳道、跑道，在建筑领域指小巷、胡同，而在ASAM所研究的道路交通领域，这个词专指车道，这样的差异显然是核心本体论不能直接清晰地阐述的。如果不加以规定，这可能会在工作人员和机器的分析过程中产生歧义。因此我们引入了领域本体论，来明确本研究领域的语境下，特定概念和关系的具体含义。

☝ SWRL的语法规则实例

OpenXOntology核心本体论和领域本体论的结合将为仿真标准提供高度可靠、准确的理论保障。

白皮书中提到，此次版本的可交付成果包括OpenXOntology的OWL文件、用户指导手册和参考模型。OWL(Web ontology Language)是一种用来描述本体的编程语言，使用XML进行编写。用户指导手册用来帮助人类理解OpenXOntology，而OWL文件用来帮助计算机理解OpenXOntology中各概念和关系的含义，以便进一步处理信息。

计算机的推理需要结合OWL文件与SWRL(Semantic Web Rule Language, 语义网规则语言)才能进行，由于当前版本的OpenXOntology尚未包含SWRL，基于OpenXOntology的计算机推理还不能完全实现。SWRL是一种结合了OWL和RuleML的语义Web规则语言，它规定了推理的规则和形式化的描述，可被工作人员和计算机同时理解。在目前阶段，OpenXOntology还是更接近于一种基于文本的分类法；在下一阶段，OpenXOntology将研究引入SWRL和对象属性，以使计算机更有效地基于OpenXOntology进行数据处理。

04、

OpenXOntology使用了哪些基本规范？

OpenXOntology涉及了大量的数据和陈述，因此必须对其加以统一规范。白皮书目前规定了数据单位、情态动词和文本格式等方面的使用规范。

对于数据单位，除特殊情况外OpenXOntology都采用了SI单位制（国际单位制），这是世界上最普遍采用的标准度量衡单位系统，不仅便于统一交通道路研究领域内部的数据标准。也有利于跨领域的研究交流。

OpenXOntology涉及的单位

对于地理位置，OpenXOntology规定需要使用空间坐标表示，避免了描述上的不准确和因重名导致的歧义。

对于情态动词，OpenXOntology给出了明确的解释。在日常生活中情态动词划定了权利义务的程度与边界，但是限于发言者的语气和态度，表意往往是多样的、模糊的。在研究领域，需要确定情态动词的准确含义，确保人员能够依据不同的情态动词清晰地区分要求、建议、权限和功能。

OpenXOntology目前规定了五组情态动词：

☝ OpenXOntology涉及的情态动词

对于文档中的代码和术语，OpenXOntology也给出了格式规范：

☝ OpenXOntology涉及的格式规范

以上是对ASAM OpenXOntology概念白皮书的基本介绍，敬请期待后续的精彩内容！