BMK-003 Benchmark

公式（ego_progress_along_expert_route.py，沿专家路线折线累计位移、两端以 \(\varepsilon\) 饱和）：

\(P\) 为沿路线折线的累计进度（米）；\(\varepsilon=2\) m（score_progress_threshold 默认值），专家停驶时比值记 1。

读懂这个分段函数的关键是把 \(P\) 理解为沿专家路线折线的带符号弧长坐标：ego 倒车时帧间投影增量为负，累加后 \(P_{\mathrm{ego}}\) 可为负。\(\varepsilon=2\) m 是噪声死区带宽，把零点附近的三个行为类别区分开：

1. 倒车（硬零）：\(P_{\mathrm{ego}} < -\varepsilon\) → 直接记 0。协议禁止倒车逃逸（代码注释：“Ego is not allowed to fully drive backwards”）；若无此分支，倒车会被分子钳位成 \(\varepsilon\)，与停车同分——此分支使惩罚序严格单调：倒车（0）严格差于停车（小正分）。
2. 静止/抖动（分子钳位）：\(-\varepsilon \le P_{\mathrm{ego}}\)（且 \(P_{\mathrm{expert}}>\varepsilon\)）→ 分子被 max 铛到 \(\varepsilon\)，\(s_{\mathrm{prog}}=\varepsilon/P_{\mathrm{expert}}\)：小正分。静止 ego 的仿真位姿噪声使帧间投影增量在零附近随机正负，钳位避免噪声产生负比值。
3. 专家静止（分母钳位）：\(P_{\mathrm{expert}} \le \varepsilon\)（如等红灯全程）→ 分母记 \(\varepsilon\)； ego 未大幅倒车时 \(s_{\mathrm{prog}}=\varepsilon/\varepsilon=1\)——专家不动时不罚任何合理 ego 行为。

两个钳位都生效时（双方均未动）比值恰为 1；双方均大于 \(\varepsilon\) 时退化为 \(\min(1, P_{\mathrm{ego}}/P_{\mathrm{expert}})\)——超额进度（ego 沿路线走得比专家更远）由 min 饱和封顶。边界：\(P_{\mathrm{ego}}=-\varepsilon\) 恰好落在钳位分支（硬零判据是严格小于）。

基类 violation_metric_base.py 提供按违规事件数计分的通用公式 \(s=\max\!\left(0,\,1-\dfrac{n}{\mathrm{thr}+1}\right)\)，其中 \(n\) 为违规事件数（每个 MetricViolation 计 1——对碰撞是单次碰撞事件；对连续型违规指标是一段连续违规窗口 episode）。thr 为容忍事件数：\(n\le\) thr 时线性扣分，\(n>\mathrm{thr}+1\) 后钳位为 0。本卡总分口径内该公式的实际消费者只有碰撞子分（限速重写了打分、其余子分布尔化或走独立公式），episode 语义是基类为通用性保留、当前未被任何总分构成项触发。碰撞子类（no_ego_at_fault_collisions.py:: _compute_collision_score）按 VRU / 车辆 / 物体三类分别计（阈值 0 / 0 / 1），三类子分相乘：VRU 或车辆类发生 1 次 at-fault 碰撞该类子分即 0（thr=0 → \(n=1\) 已使 \(s=1-1/1=0\)）；物体类 thr=1，第 1 次碰撞该类子分降至 \(1-1/2=0.5\)（场景分减半），第 2 次起归 0——“容忍”的含义是不直接归零而非不扣分。注意该指标同时是门控项（见上表乘入门控积），故此处的类型分解决定的是“哪种碰撞置零”，而非加权折减。

• 限速子分不使用次数公式：speed_limit_compliance.py 重写了 _compute_violation_metric_score，改为按“超速幅度 × 持续时间”的积分损失计分：

其中 \(v^{\mathrm{over}}_t=\max(0,\,v^{\mathrm{ego}}_t-v^{\mathrm{limit}}_t)\) 为逐采样点的超速幅度（\(v^{\mathrm{limit}}\) 取 ego 所在道路对象的限速：ego 在 lane 上时取该 lane 的 speed limit；ego 在 lane-connector 上时取其入边 lane 与出边 lane 两条 speed limit 的较大者——不是 lane-connector 折线的某条边）；\(\Delta t\) 为相邻采样点的时间间隔、\(T_{\mathrm{scenario}}\) 为场景首末采样点的时间跨度，两者取自同一份 ego 速度时序；\(v^{\mathrm{thr}}_{\mathrm{over}}=\) max_overspeed_value_threshold 默认 2.23 m/s（≈8 km/h，配置 speed_limit_compliance_statistics.yaml 默认值）。直观含义：全程恒以超过限速 2.23 m/s 的幅度行驶 → loss=1 → 0 分；更弱/更短的超速按“超速面积占阈值面积比例”线性扣分。全程无违规时经布尔统计短路直接记 1；ego 位姿不在任何 lane/lane-connector 上（如已驶出可行驶区）时不判定超速——该情形由 drivable_area_compliance 门控负责。另注意 config 中的 max_violation_threshold=1.0 对限速子类不参与打分（仅是基类构造签名的历史遗留），不能按次数公式解读。

源码 no_ego_at_fault_collisions.py + utils/collision_utils.py + oriented_box.py::in_collision，语义逐行核对（2026-09-08）。

检测与去重：逐仿真帧对自车框与全部邻车框做有向框相交判定（shapely Polygon.intersects，边界触碰算碰撞；圆近似预检默认关闭）。每条邻车轨迹（track）全场景只记首次相交帧，其后帧的持续重叠不再计数。

分类（_get_collision_type，elif 链按此优先级短路，速度阈值 5e-2 m/s）：

1. 自车速度 ≤ 0.05 → 自车静止碰撞（STOPPED_EGO，无责）；
2. track 静止 → 静止目标碰撞（STOPPED_TRACK，有责）。静止判定：静态对象（锥、护栏、区域标志、通用物体）恒为静止；Agent 类（车辆、行人、自行车）取其速度幅值 ≤ 0.05；
3. track 在自车后方 → 后向碰撞（ACTIVE_REAR，无责）。后方 = 自车后轴位置指向 track 中心的向量与自车朝向夹角 arccos > 150°；
4. 自车前保险杠边与 track 框相交 → 前向碰撞（ACTIVE_FRONT，有责）。前保险杠边 = 自车框几何外环顶点 0 与 3 的连线（角点顺序前左、后左、后右、前右，即前左–前右连线）；
5. 其余 → 侧向碰撞（ACTIVE_LATERAL，有责与否取决于门控，见下）。

侧碰门控：仅当碰撞帧的自车时间戳不在变道指标的“共同或连通路径对象时间戳集”（EgoLaneChangeStatistics. timestamps_in_common_or_connected_route_objs，即自车四角点同处一条车道路径对象或图连通的一组对象中）时，侧向碰撞记有责——换道中途（角点分属不连通对象）或不在可行驶结构内的侧碰有责，正常车道内行驶的侧碰无责。该时间轴依赖逐帧行程依赖缓存（route_extractor 的候选集机制），不可化简为纯几何判据。

能量 δv（ego_delta_v_collision，等质量 2000 kg）：\(\delta v= frac12\sqrt{v^2+V^2-2vV\cos(\psi-\Psi)}\)，\(v/V\) 为自车（后轴）速度与 track 速度幅值，\(\psi/\Psi\) 为二者朝向；静态对象 \(V=0\)。δv 只进入统计量（各类型碰撞能量的最大/最小/均值），不参与打分。

类型划分：VRU = 行人 + 自行车；车辆；物体 = 锥/护栏/区域标志/通用。打分见 violation 型打分块（三类阈值 0/0/1、连乘）。

纵向加速度 \(a_{\mathrm{lon}}\in[-4.05,\,2.40]\,\mathrm{m/s^2}\)、\(|a_{\mathrm{lat}}|\le 4.89\,\mathrm{m/s^2}\)、\(|j_{\mathrm{mag}}|\le 8.37\,\mathrm{m/s^3}\)、\(|j_{\mathrm{lon}}|\le 4.13\,\mathrm{m/s^3}\)、\(|\dot\psi|\le 0.95\,\mathrm{rad/s}\)、\(|\ddot\psi|\le 1.93\,\mathrm{rad/s^2}\)。

\(P_{\mathrm{ego}} > 0.2\,P_{\mathrm{expert}}\)（min_progress_threshold=0.2）为 1；否则为 0。

逆行距离 ≤ 2 m 无惩罚、

6 m 记 0，中间 0.5（driving_direction_compliance_threshold=2 / driving_direction_violation_threshold=6 米）。

devkit 判定链（drivable_area_compliance.py + route_extractor.py）。先定义用词：自车（ego）指被评估的规划主体；路径（route）指车道路径对象，即普通车道（lane）与路口连接段（lane connector），是带图连接关系的车道级图元；可行驶区域（drivable area）是面级集合，由道路段、路口、一般可驶区域与停车场四层多边形拼成（NuPlanMap._initialize_drivable_area 的 concat 语义），比车道覆盖更宽且无图结构；多边形（polygon）指其中单个闭合面。

判定链从取角点开始：逐仿真帧从自车位姿算出车体四角点（car_footprint.all_corners()，几何中心 ± 半长 2.588 m / 半宽 2.297/2 m，太平洋（Pacifica）车型常数）。锚点语义（2026-09-08 修正）：日志 ego_pose 的 x,y 是后轴位姿（devkit 从 db 构建自车状态用 EgoState.build_from_rear_axle，车辆领域惯例：运动量以后轴为参考点），几何中心 = 后轴沿朝向前移 rear_axle_to_center = half_length − rear_length = 1.461 m；自车速度取 ego_pose 表的 vx,vy（后轴速度）。以下区分两个路径概念，二者独立计算、不可混同：角点自身路径——每个角点独立查其所属车道或路口连接段（逐角点维护候选集缓存并向出边（outgoing_edges，车道对象的下游邻接对象）扩展，即 EgoLaneChangeStatistics 产出的 corners_route）；自车中心路径——自车几何中心所属的车道或路口连接段（ego_driven_route）。对每个角点依次两步：

① 角点自身路径为空（该角点不在任何车道或路口连接段内），且角点不被可行驶区域的任何多边形包含（包含判定用 shapely 的 polygon.contains，恰在边界上的点不算在内），记逐帧违规标志。该标志只进入逐帧时序输出（corners_in_drivable_area），不直接影响分数。

② 仅对有①违规标志的角点判定远离标志（far，far from drivable area，“角点远离可行驶区域”）。先定义“到路径对象的距离”：路径对象是路网图节点，携带多种几何属性——面几何（polygon，车道两条边界围成的闭合区域）、基线折线（baseline path，沿车道中心累计弧长用的折线）及图连接关系；本判定链与后文等价定理中的“到路径对象的距离”一律指到其面几何的距离，定义为：点在面内部时记 0，在外部时取点到面边界的最短距离。据此，豁免判定为：角点到自车中心路径对象集合各面几何距离的最小值小于 0.3 m，则本帧豁免（车身斜置轻微越线但整车仍压在车道上时不罚）。豁免不成立时，计算角点到可行驶区域最近多边形的距离（对层内逐多边形调 Point.distance 取最小），达到或超过 0.3 m（max_violation_threshold 默认 0.3）则远离标志置真并永久传播（后续任何帧都不再恢复）。场景分 = 全程无任何远离标志则 1，否则 0（score = not far），布尔。

距离等价定理（本库发现）：远离标志的判定链可以只算可行驶区域、不算路径——判定约化为统一距离判据

其中 \(\mathcal{D}\) 为可行驶区域面集（全部单多边形），区域内部点的距离记 0。前提：路径图元面集包含于可行驶区域面集——豁免分支保护的“角点贴近自车所在车道”情形才会被距离判定覆盖。此前提在两个 mini 图上由 41 场景逐位一致间接支持，全图静态核验未做；存在标注缺口的地图上本判据不适用，须回退完整判定链。0.3 m 容差同时吸收了包含判定的边界语义（边界点上包含为假但距离为 0，小于 0.3 m，不触发）。

验证：图形处理器（GPU）实现（纯距离判据 + 逐帧 ±0.5 m 候选裁剪）与 devkit 完整判定链在两个 mini 日志的 41 个场景（含 0 / 0.15 / 0.5 / 1.0 / 2.0 m 横向扰动三态覆盖）上布尔分逐位一致。锚点修正记录（2026-09-08）：首轮验证（commit 1a11d57）时参考生成器把后轴坐标误作几何中心注入 devkit，与 kernel 同错而自洽；按 build_from_rear_axle 真实语义修正两侧后，3 个场景分数翻转（08 日志 scene-0007 0→1、scene-0021 1→0；10 日志 scene-0003 1→0），修正后 41 场景重新逐位一致（commit 7feef65）。候选裁剪必须逐帧做：整条轨迹的外接框会横跨数百米，把远处多边形卷入候选、挤掉真正的近邻候选（同一提交内有踩坑记录）。