本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)分析處理領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種虛實(shí)結(jié)合汽車自動(dòng)駕駛測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

1、雨天作為生活中最長(zhǎng)遇到的天氣，也是自動(dòng)駕駛過(guò)程中遇到最多的天氣場(chǎng)景，如果在雨天中能夠通過(guò)測(cè)評(píng)，則幾乎完成整個(gè)測(cè)試內(nèi)容的一半以上，因此，本技術(shù)主要針對(duì)雨天情況下，自動(dòng)駕駛的測(cè)試。

2、在雨天中，不僅會(huì)改變物理環(huán)境，還會(huì)直接影響傳感器的性能。雨天會(huì)導(dǎo)致攝像頭模糊、激光雷達(dá)點(diǎn)云稀疏，而仿真環(huán)境可能僅簡(jiǎn)單模擬降雨效果，但未準(zhǔn)確模擬雨滴對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云的干擾或?qū)z像頭圖像的遮擋效應(yīng)。這種“雙重簡(jiǎn)化”導(dǎo)致系統(tǒng)在仿真中表現(xiàn)良好，但在實(shí)際雨天環(huán)境中可能完全失效。

3、因此，仿真中的傳感器模型過(guò)于理想化和物理環(huán)境的簡(jiǎn)化之間的交互效應(yīng)，使得自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在仿真測(cè)試中表現(xiàn)出的性能與實(shí)際表現(xiàn)存在顯著偏差。這種偏差不僅增加了開(kāi)發(fā)和測(cè)試的難度，還可能導(dǎo)致系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)中的安全隱患。例如，系統(tǒng)可能在仿真中通過(guò)了所有測(cè)試，但在實(shí)際雨天中因感知錯(cuò)誤或決策失誤而引發(fā)事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種虛實(shí)結(jié)合汽車自動(dòng)駕駛測(cè)試方法，包括：在測(cè)試汽車上部署傳感器套件和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，使用can總線或ethernet接口將汽車的傳感器套件和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與虛擬孿生中心連接，運(yùn)行自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，生成性能報(bào)告；

2、所述虛擬孿生中心基于仿真平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，包括雨滴物理特性建模和傳感器的物理影響建模，根據(jù)真實(shí)環(huán)境預(yù)設(shè)孿生虛擬測(cè)試場(chǎng)景，將雨滴物理特性建模和傳感器的物理影響建模導(dǎo)入孿生虛擬測(cè)試場(chǎng)景中并進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練；

3、其中，雨滴物理特性建模用于雨滴的生成，包括：初始化雨滴屬性，基于真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)設(shè)置雨滴的透明度，引入復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)模型和地面積水動(dòng)態(tài)演變機(jī)制，使用空間分割算法對(duì)所有雨滴對(duì)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，基于離散元素法和光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法模擬雨滴在空氣中的動(dòng)態(tài)行為，并對(duì)水花效果進(jìn)行視覺(jué)渲染；

4、傳感器的物理影響建模包括傳感器動(dòng)態(tài)干擾單元，在雨滴物理特性建模的影響下，迭代更新激光雷達(dá)點(diǎn)云散射建模、攝像頭圖像模糊建模、毫米波雷達(dá)信號(hào)衰減與散射建模和超聲波傳感器干擾建模的輸出。

5、優(yōu)選地，所述雨滴物理特性建模包括：

6、提供一個(gè)參數(shù)化接口，用戶通過(guò)輸入框設(shè)置演化參數(shù)，演化參數(shù)包括降雨強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向和用于測(cè)試的真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)；

7、使用蒙特卡洛方法對(duì)marshall-palmer分布進(jìn)行采樣，生成雨滴初始直徑，采樣范圍為0.1mm至10mm；

8、基于用戶設(shè)置的降雨強(qiáng)度，使用python計(jì)算雨滴的體視顯微密度；

9、若雨滴的初始直徑＜1mm，選擇stokes定律計(jì)算終端速度；若雨滴的初始直徑≥1mm，使用beard模型計(jì)算終端速度；并將終端速度存儲(chǔ)為雨滴的屬性；

10、基于真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)設(shè)置雨滴的透明度；

11、為每顆雨滴分配初始位置和初始速度；

12、根據(jù)測(cè)試的真實(shí)環(huán)境設(shè)計(jì)復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)模型，并添加到雨滴物理特性建模中，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，計(jì)算雨滴的重力、空氣阻力和受風(fēng)力，其后，使用數(shù)值積分方法更新雨滴的速度和位置，若雨滴到達(dá)地面或其他物體表面，則移除雨滴并觸發(fā)水花效果，否則，繼續(xù)更新，重復(fù)迭代時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的操作，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)或者時(shí)間時(shí)停止；

13、在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，使用空間分割算法對(duì)所有雨滴對(duì)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，基于離散元素法和光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法模擬雨滴在空氣中的動(dòng)態(tài)行為，包括：為每顆雨滴定義一個(gè)碰撞檢測(cè)范圍，當(dāng)兩雨滴中心距離小于兩雨滴半徑之和，判斷為發(fā)生碰撞，根據(jù)相對(duì)速度的大小和方向，判斷合并或分裂，若兩顆雨滴的相對(duì)速度小于預(yù)設(shè)閾值，則合并為一個(gè)更大的雨滴，且新的雨滴直徑滿足體積守恒，速度滿足動(dòng)量守恒，若兩顆雨滴的相對(duì)速度大于等于預(yù)設(shè)閾值，則隨機(jī)分裂為若干小雨滴；分裂后的雨滴大小和數(shù)量符合marshall-palmer?分布，且雨滴的總體積守恒；更新雨滴的屬性，并將新生成的雨滴加入雨滴物理特性建模中。

14、優(yōu)選地，所述計(jì)算雨滴的重力、空氣阻力和受風(fēng)力的方法包括：

15、對(duì)于重力，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)ξ~(0，1)，ξ表示吸附發(fā)生的機(jī)會(huì)，如果ξ<，則發(fā)生吸附，吸附質(zhì)量為δm，否則不發(fā)生吸附，是吸附概率，，是概率調(diào)整系數(shù)，表示空氣中顆粒物濃度，是雨滴表面積；迭代更新雨滴的質(zhì)量為上一時(shí)間步的質(zhì)量與吸附質(zhì)量累加值，根據(jù)更新后的質(zhì)量計(jì)算雨滴的重力；

16、對(duì)于空氣阻力，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)或者文獻(xiàn)預(yù)設(shè)空氣的標(biāo)準(zhǔn)密度、標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力粘度以及標(biāo)準(zhǔn)阻力系數(shù)，調(diào)整后的空氣密度，是顆粒物對(duì)空氣密度的影響系數(shù)，調(diào)整后的動(dòng)力粘度，是顆粒物對(duì)粘度的影響系數(shù)，調(diào)整后的阻力系數(shù)，是顆粒物對(duì)阻力系數(shù)的影響系數(shù)，若雨滴的初始直徑＜1mm，選擇stokes定律計(jì)算空氣阻力；若雨滴的初始直徑≥1mm，使用beard模型計(jì)算空氣阻力；

17、對(duì)于受風(fēng)力，使用cfd軟件生成三維風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，包括：根據(jù)測(cè)試的真實(shí)環(huán)境定義仿真場(chǎng)景的幾何模型，預(yù)設(shè)風(fēng)速邊界條件，通過(guò)求解navier-stokes方程，生成風(fēng)速矢量場(chǎng)，并導(dǎo)入雨滴物理特性建模中，插值計(jì)算每個(gè)雨滴位置處的風(fēng)速，進(jìn)而在雨滴運(yùn)動(dòng)過(guò)程中添加受風(fēng)力。

18、優(yōu)選地，所述基于真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)設(shè)置雨滴的透明度，包括微粒吸附影響和環(huán)境光交影響，其中，微粒吸附影響設(shè)定為、、[pm]和的線性表示，是透明度調(diào)整系數(shù)，[pm]為雨滴所在區(qū)域的局部pm濃度，表示每個(gè)時(shí)間步中雨滴中顆粒物的數(shù)量，是雨滴表面積；微粒吸附影響服從指數(shù)規(guī)律影響透明度衰減；

19、環(huán)境光交影響下的透明度受遮擋物透光率γ調(diào)制，引入光源對(duì)環(huán)境光交影響進(jìn)行修正；

20、將修正環(huán)境光交影響下的透明度與微粒吸附影響下的透明度結(jié)合，獲取每個(gè)時(shí)間步內(nèi)雨滴的透明度。

21、優(yōu)選地，所述水花效果的視覺(jué)渲染方法包括：

22、設(shè)置雨滴到達(dá)地面或其他物體表面時(shí)的位置為撞擊點(diǎn)、大小為初始粘合尺寸以及質(zhì)量為原始質(zhì)重，以終端速度為飛濺初速度，預(yù)設(shè)雨滴的生命周期；

23、預(yù)設(shè)到達(dá)地面或其他物體表面的材質(zhì)為光滑堅(jiān)硬材質(zhì)、非光滑中等硬度材質(zhì)和液態(tài)材質(zhì)；為每個(gè)材質(zhì)預(yù)設(shè)材質(zhì)相關(guān)系數(shù)；

24、根據(jù)雨滴的原始質(zhì)重和飛濺初速度計(jì)算撞擊能量，并記錄碰撞點(diǎn)的法線方向；根據(jù)撞擊能量生成水花粒子簇，為每簇粒子數(shù)量，表示材質(zhì)相關(guān)系數(shù)；

25、根據(jù)溫度和濕度模擬蒸發(fā)效應(yīng)對(duì)水花粒子進(jìn)行質(zhì)量衰減；

26、設(shè)置水花粒子飛濺方向?yàn)檠氐孛娣ň€方向?yàn)橹魉俣确至?，隨機(jī)水平偏轉(zhuǎn)角度形成切向方向，通過(guò)主速度分量與切向方向結(jié)合獲取飛濺方向；增設(shè)汽車駛過(guò)水面場(chǎng)景，設(shè)置該場(chǎng)景下觸發(fā)定向噴射，飛濺初速度與車速正相關(guān)；

27、使用與雨滴相同的方法，迭代計(jì)算水花粒子的重力、空氣阻力和受風(fēng)力，更新速度和位置；

28、在時(shí)間步上，迭代更新水花粒子的速度、方向和位置，生成水花效果。

29、優(yōu)選地，所述雨滴物理特性建模中引入地面積水動(dòng)態(tài)演變機(jī)制，方法包括：

30、對(duì)于每個(gè)到達(dá)地面或其他物體表面的材質(zhì)預(yù)設(shè)濕度飽和限數(shù)，在每個(gè)時(shí)間步上，結(jié)合蒸發(fā)效應(yīng)更新單位材質(zhì)上的雨滴數(shù)量，設(shè)定材質(zhì)的鏡面反射與雨滴數(shù)量成正相關(guān)，當(dāng)單位材質(zhì)上的雨滴數(shù)量達(dá)到濕度飽和限數(shù)時(shí)，設(shè)定材質(zhì)的鏡面反射達(dá)到極限，不再發(fā)生變化；

31、根據(jù)用于測(cè)試的真實(shí)環(huán)境預(yù)設(shè)雨水井排水能力，根據(jù)每個(gè)時(shí)間步上到達(dá)地面的雨滴數(shù)量，采用洼地水位容量曲線法模擬洼地積水過(guò)程；

32、從洼地水深0開(kāi)始，迭代更新每個(gè)時(shí)間步上洼地的積水深度，并獲取每個(gè)洼地積水表面積，在積水面積上則使用水面對(duì)應(yīng)材質(zhì)的鏡面反射。

33、優(yōu)選地，所述傳感器的物理影響建模，方法包括：

34、預(yù)設(shè)雨滴材質(zhì)的光學(xué)屬性、電磁屬性和聲學(xué)屬性；

35、在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，迭代計(jì)算激光束與雨滴的交點(diǎn)，更新點(diǎn)云中的噪聲點(diǎn)和強(qiáng)度衰減；

36、迭代更新攝像頭上的水滴位置和形狀，重新計(jì)算遮擋、模糊和光學(xué)效應(yīng)，生成動(dòng)態(tài)圖像序列；

37、迭代更新毫米波束與雨滴的交點(diǎn)，重新計(jì)算衰減和散射效應(yīng)，生成動(dòng)態(tài)雷達(dá)信號(hào)；

38、迭代更新超聲波束與雨滴的交點(diǎn)，重新計(jì)算遮擋和散射效應(yīng)，生成動(dòng)態(tài)回波信號(hào)。

39、優(yōu)選地，所述傳感器動(dòng)態(tài)干擾單元包括：

40、對(duì)于激光雷達(dá)點(diǎn)云散射建模；

41、使用光線追蹤技術(shù)，追蹤每條激光束的路徑，計(jì)算其與雨滴的交點(diǎn)，交點(diǎn)處散射概率由mie散射截面決定，散射方向由mie散射相位函數(shù)決定；

42、如果激光束被散射，則在點(diǎn)云中添加噪聲點(diǎn)，噪聲點(diǎn)的位置由散射方向和強(qiáng)度決定，如果激光束未被完全散射，則其強(qiáng)度按指數(shù)衰減；

43、對(duì)于攝像頭圖像模糊建模；

44、將雨滴投影到攝像頭鏡頭上，并獲取雨滴的透明度，對(duì)圖像中被雨滴遮擋的區(qū)域應(yīng)用高斯模糊濾波器，模糊半徑與雨滴大小成正比，獲取雨滴在鏡頭上的遮擋和模糊效應(yīng)；

45、通過(guò)線性公式設(shè)置雨滴的重力、受風(fēng)力、鏡頭的表面摩擦力和雨滴在鏡頭上動(dòng)態(tài)移動(dòng)的關(guān)系表達(dá)，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上，更新雨滴的位置和形狀，重新計(jì)算遮擋和模糊效應(yīng)；

46、對(duì)于毫米波雷達(dá)信號(hào)衰減與散射建模；

47、對(duì)于每條毫米波束，使用光線追蹤技術(shù)計(jì)算其與雨滴的交點(diǎn)，確定衰減和散射效應(yīng)；

48、使用itu-r模型擬合降雨強(qiáng)度得到衰減系數(shù)和散射截面；

49、毫米波的散射方向由mie散射相位函數(shù)決定；

50、散射的毫米波信號(hào)會(huì)在雷達(dá)接收器中表現(xiàn)為噪聲或虛假目標(biāo)，進(jìn)而得到影響后的毫米波雷達(dá)信號(hào)；

51、對(duì)于超聲波傳感器干擾建模；

52、對(duì)于每條超聲波束，計(jì)算其與雨滴的交點(diǎn)，如果波束被完全遮擋，則回波信號(hào)強(qiáng)度為0，遮擋概率由雨滴的投影面積和波束截面積決定；

53、若雨滴的初始直徑＜1mm，采用rayleigh散射計(jì)算雨滴對(duì)超聲波的散射強(qiáng)度；若雨滴的初始直徑≥1mm，采用born計(jì)算雨滴對(duì)超聲波的散射強(qiáng)度；散射的超聲波信號(hào)在接收器中表現(xiàn)為噪聲或虛假回波；進(jìn)而得到影響后的超聲波信號(hào)。

54、優(yōu)選地，所述攝像頭圖像模糊建模中，引入光學(xué)效應(yīng)和濕滑效應(yīng)；

55、對(duì)于攝像頭上的雨滴，從光源生成入射光線，計(jì)算光線與雨滴表面的交點(diǎn)，使用幾何光學(xué)方法確定交點(diǎn)位置和法向量，根據(jù)snell定律和菲涅耳方程，計(jì)算折射光線和反射光線的方向及強(qiáng)度，在每個(gè)時(shí)間步上遞歸追蹤光線路徑，直到光線離開(kāi)雨滴或強(qiáng)度衰減到閾值以下時(shí)停止；

56、將入射白光分解為多個(gè)單色光，根據(jù)色散效應(yīng)計(jì)算入射白光在雨滴內(nèi)部每種波長(zhǎng)光的折射角，使用光線追蹤技術(shù)計(jì)算每種波長(zhǎng)光在雨滴內(nèi)部的折射和反射路徑，根據(jù)出射光線的角度和強(qiáng)度，合成彩虹效應(yīng)；

57、對(duì)于濕滑效應(yīng)，使用雙向反射分布函數(shù)模型建模材質(zhì)的鏡面反射。

58、優(yōu)選地，所述使用can總線或ethernet接口將汽車的傳感器套件和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與虛擬孿生中心連接，運(yùn)行自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，生成性能報(bào)告的方法包括：

59、預(yù)設(shè)性能報(bào)告的量化指標(biāo)和用于測(cè)試的真實(shí)環(huán)境；

60、使用數(shù)字孿生技術(shù)將用于測(cè)試的真實(shí)環(huán)境進(jìn)行虛擬構(gòu)建，生產(chǎn)虛擬孿生中心，使用真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)雨滴物理特性建模進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，直到雨滴物理特性建模與真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)的相似度達(dá)到閾值時(shí)停止，使用自動(dòng)駕駛中的傳感器套件數(shù)據(jù)預(yù)訓(xùn)練傳感器的物理影響建模，直到達(dá)到預(yù)期時(shí)停止，形成訓(xùn)練完成的虛擬孿生中心；

61、使用can總線或ethernet接口將汽車的傳感器套件和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與虛擬孿生中心連接，運(yùn)行自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，記錄量化指標(biāo)的數(shù)據(jù)，形成性能報(bào)告。

62、本發(fā)明一種虛實(shí)結(jié)合汽車自動(dòng)駕駛測(cè)試方法的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

63、1.虛實(shí)結(jié)合測(cè)試方法

64、通過(guò)將真實(shí)測(cè)試場(chǎng)地環(huán)境與云端孿生仿真系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的快速生成和切換，大幅縮短了測(cè)試周期，實(shí)現(xiàn)了加速測(cè)試、大規(guī)模測(cè)試和強(qiáng)化測(cè)試。減少了實(shí)車測(cè)試中可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況，提高了測(cè)試效率和多樣化的交通場(chǎng)景模擬，還降低了測(cè)試成本和風(fēng)險(xiǎn)。

65、2.雨滴物理特性建模

66、通過(guò)詳細(xì)的雨滴物理特性建模，包括雨滴的生成、動(dòng)態(tài)行為和視覺(jué)效果，更真實(shí)地模擬雨天環(huán)境對(duì)自動(dòng)駕駛傳感器的影響。通過(guò)復(fù)雜的物理模型和光學(xué)效應(yīng)模擬，提高了測(cè)試場(chǎng)景的真實(shí)性。能夠根據(jù)不同的環(huán)境條件（如降雨強(qiáng)度、風(fēng)速）動(dòng)態(tài)調(diào)整雨滴的物理特性。提高了模型的適應(yīng)性。引入復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)模型，模擬雨滴在不同風(fēng)速和風(fēng)向下的運(yùn)動(dòng)。結(jié)合地面積水動(dòng)態(tài)演變機(jī)制，模擬雨滴到達(dá)地面后的積水過(guò)程。使用空間分割算法對(duì)所有雨滴對(duì)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，提高了計(jì)算效率。結(jié)合離散元素法和光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法，模擬雨滴在空氣中的動(dòng)態(tài)行為。對(duì)水花效果進(jìn)行視覺(jué)渲染，提高了模擬結(jié)果的可視化效果，實(shí)現(xiàn)了全面的雨滴物理特性描述。

67、3.傳感器的物理影響建模

68、通過(guò)精確模擬傳感器在雨天環(huán)境下的動(dòng)態(tài)干擾，提高了測(cè)試結(jié)果的精度。提供了全面的傳感器物理影響建模。實(shí)時(shí)更新傳感器的物理影響，提高了測(cè)試的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度。使用光線追蹤技術(shù)，追蹤每條激光束的路徑，計(jì)算其與雨滴的交點(diǎn)，模擬散射效應(yīng)。引入光學(xué)效應(yīng)和濕滑效應(yīng)，模擬雨滴對(duì)攝像頭圖像的影響。使用itu-r模型擬合降雨強(qiáng)度，模擬毫米波雷達(dá)信號(hào)的衰減和散射。模擬超聲波傳感器在雨天環(huán)境下的干擾，提高了模型的準(zhǔn)確性。通過(guò)動(dòng)態(tài)干擾單元，實(shí)時(shí)更新傳感器的物理影響，提高了模型的適應(yīng)性。通過(guò)模擬傳感器在雨天環(huán)境下的動(dòng)態(tài)干擾，能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估傳感器性能。