CN107944091A - 一种虚实结合的车联网应用场景测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种虚实结合的车联网应用场景测试系统及方法，所述的场景测试系统包括传感器设备层，用于获取并发送真实场景数据和虚拟场景数据；抽象传感器接口层，用于将数据融合层、应用层与传感器设备层分离，并在分离后为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的接口；数据融合层，与抽象传感器接口层连接，用于收集并整合采集的场景数据；世界模型层，用于接收整合的场景数据来构建世界模型；应用层，用于在世界模型中进行场景测试；数据库，用于存储数据；场景虚构层，用于构造虚拟场景并将虚拟场景数据导入至数据库。与现有技术相比，本发明具有可实现虚实结合场景测试、设备可移植性强、场景可回放、测试简便高效等优点。

Description

一种虚实结合的车联网应用场景测试系统及方法

技术领域

本发明涉及车联网应用系统领域，尤其是涉及一种虚实结合的车联网应用场景测试系统及方法。

背景技术

智能网联汽车已经成为美、欧、日等发达国家的国家战略规划，世界知名整车企业也在纷纷投入巨资开展智能网联汽车的研发工作。不仅如此，互联网巨头已经比传统整车企业先行一步，开始着手在这一领域的布局。智能网联汽车包括两部分，一个是网联汽车，即基于车联网实现协作式的智能驾驶；另一部分是依赖摄像头和激光雷达等感知设备，通过ADAS(Advanced Driver Assistant Systems，高级驾驶辅助系统)实现自主式的无人驾驶。

针对某些应用场景，如碰撞预警：基于车联网的汽车碰撞预警系统通过DSRC技术(Dedicated Short Range Communications，专用短程通信技术)在车辆之间传递车速、航向角、加速度等车辆状态信息，并利用这些信息预测车辆的行驶轨迹，进而判定两车相撞的可能性。再如车速引导：基于车联网车路协同的车速引导通过对十字路口交通信号灯的感知，指引车辆以合适的速度通过十字路口(如即将由红灯变成绿灯时不必停车再启动，而是以一定速度缓慢通过路口)。车速引导不仅提供了更加舒适的驾驶体验，还因为缩短了车辆再起步时间从而缓解十字路口处的交通拥堵。以上应用场景，一方面依赖车辆自身搭载的传感器数据，如GPS位置坐标信息、CAN总线OBD接口传输的车辆状态如刹车、油门踏板、方向盘转角等；另一方面依赖DSRC通信技术来在车、车之间和车、路之间交换信息。

目前针对于不同驾驶需求已经展开了多种应用场景的开发，整个车联网应用的设计分为开发和测试两个阶段，应用场景的测试是保证功能适用性的重要途径，但有些场景在真实道路环境下不容易碰到却又不可缺少，且目前的车联网的测试系统都是基于传感器收集的真实数据在真实外场开展测试活动，因而存在着较为显著的问题：一、针对车联网应用所开发的系统往往不具备测试分析的能力，只能在真实的环境下开展实证测试，测试成本过高；二、现实中某些危险的交通场景不利于开展实证测试；三、车联网应用系统的应用部分与具体设备耦合过紧，在不同的设备之间可移植性差，接入的设备对应用层来说不是透明的，无法支持针对虚拟设备的测试；四、应用系统与测试系统是独立的，在实验室测试时无法重现实际的交通场景。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种虚实结合的车联网应用场景测试系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，包括：

传感器设备层，用于通过传感器设备采集并发送真实场景数据或虚拟场景数据；

抽象传感器接口层，分别与传感器设备层及数据融合层连接，用于将数据融合层、应用层与传感器设备层分离，并在分离后为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的统一接口；

数据融合层，与抽象传感器接口层连接，用于收集并整合不同传感器设备所采集的场景数据；

世界模型层，与数据融合层连接，用于与周围环境进行信息交互及接收数据融合层整合的场景数据来构建世界模型，包括但不限于地图重构、目标跟踪、场景分类和危险评估；

应用层，与世界模型层连接，用于在世界模型中进行场景测试；

数据库，与抽象传感器接口层连接，用于存储数据；

场景虚构层，与数据库连接，用于模拟交通场景并将虚拟场景数据导入至数据库。

优选地，所述的传感器设备包括真实传感器设备或虚拟传感器设备。

优选地，所述的抽象传感器接口层设有用于记录场景数据、将场景数据写入数据库的数据记录模块，且数据记录模块可将数据融合后的信息、世界模型中的决策信息写入数据库；数据记录模块与数据库连接。

优选地，所述的数据记录模块设有用于再现回放场景的时间戳控制单元，该时间戳控制单元的精度为纳秒级别。

优选地，所述的抽象传感器接口层设有用于为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的统一接口的模板特化模块。

优选地，所述的场景虚构层包括用于模拟交通场景的仿真模块，及用于将虚拟场景数据导入至数据库的数据导入模块，仿真模块与数据导入模块连接，数据导入模块与数据库连接。

优选地，所述的仿真模块包括PreSCAN。

优选地，所述的数据库采用按时间序列场景回放的时间序列数据库InfluxDB。

一种虚实结合的车联网应用场景测试方法，包括以下步骤：

1)数据读取，传感器设备层通过多个真实传感器设备获取真实场景数据，或通过虚拟传感器设备获取虚拟场景数据后，将场景数据转换为符合抽象传感器接口层所规定的数据形式，发送至抽象传感器接口层；

2)场景虚构，场景虚构层通过仿真模块模拟所需的交通场景，并将虚拟场景产生的数据按数据库的字段规范导入数据库中；

3)数据更新抽象化，抽象传感器接口层通过模板特化为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的统一接口；传感器设备获取场景数据后，数据融合层、世界模型层和应用层通过触发事件或定时获取进行数据更新；

4)数据记录，抽象传感器接口层通过数据记录模块存储场景数据，并判断系统是否处于回放模式，若不是，根据时间戳控制单元对场景数据打上系统当前时间戳后，将场景数据发送至数据库，若是，则对场景数据打上系统回放时间戳；

5)数据融合，数据融合层对不同传感器设备获取的场景数据进行融合，获取完整信息；

6)世界建模，世界模型层结合获取的完整信息构建世界模型，包括但不限于地图重构、目标跟踪、场景分类和危险评估，使应用层处于世界模型中；

7)场景测试，处于回放模式的系统通过虚拟传感器设备从数据库中获取场景数据后，按照回放系统时间戳进行回放，处于世界模型中的应用层在回放过程中进行场景测试。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、虚实结合场景测试，本发明采用真实场景再现和虚拟场景重构两种方式实现实验室环境下的车联网应用系统的测试。在外场开展的实验可直接通过真实传感器设备收集的真实场景数据在实验室环境下进行场景回放测试；对于危险系数高的交通场景可通过仿真模块进行场景虚构，并通过数据记录模块将车辆数据导入到数据库，虚拟传感器设备从数据库中读取虚拟场景数据后，将数据发送至抽象传感器接口层，以辅助应用层完成虚拟场景测试。

二、设备可移植性强，本发明的抽象传感器接口层将传感器设备层与应用层解耦，并为应用层提供用于读取数据的接口，使得本发明在不同的设备之间具有较强的可移植性；当真实传感器设备被虚拟传感器设备替代时，对应用层来说都是透明的，应用层对真实场景和虚拟场景皆可进行正常的场景测试。

三、场景可回放，本发明采用数据记录模块，可将场景中的数据记录下来，并存入数据库中进行管理，后续即可在实验室环境下开展场景回放，真实地再现测试情况，同时，数据记录模块的时间戳控制单元的精度为纳秒级别，使得场景回放更加精确。

四、测试简便高效，本发明抽象传感器接口层的各上层只需调用其提供的统一接口即可获取相应场景数据，同时，世界模型层利用抽象传感器接口层提供的统一接口与周边环境及应用层进行自动交互，辅助应用层进一步完成场景测试，简化了测试的过程。

附图说明

图1为本发明一种虚实结合的车联网应用场景测试系统的结构示意图；

图2为本发明一种虚实结合的车联网应用场景测试方法的功能流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明涉及一种虚实结合的车联网应用场景测试系统及方法。其中，如图1所示，一种虚实结合的车联网应用场景测试系统包括数据库、场景虚构层及依次连接的传感器设备层、抽象传感器接口层、数据融合层、世界模型层和应用层，数据库与抽象传感器接口层连接，场景虚构层与数据库连接。

传感器设备层包括真实传感器设备和虚拟传感器设备，真实传感器设备负责采集真实场景数据，以使应用层完成真实场景测试；虚拟传感器设备用于获取虚拟场景数据，当测试系统处于回放模式时，虚拟传感器设备替换真实传感器设备，从数据库中读取虚拟场景数据后，在应用层无法辨别虚拟场景的情况下，使其完成正常的真实场景测试。虚拟场景通过仿真模块进行构造。

抽象传感器接口层设于传感器设备层与数据融合层之间，将数据融合算法、应用与设备之间解耦，产生分离效果。由于数据融合层与应用层已经被抽象传感器接口层隔离，因此传感器设备的变化对二者来说完全透明，二者会判断自身在真实场景中，进而正常进行后续的场景测试及调试操作。同时，抽象传感器接口层将传感器设备分离后为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的统一接口，不同层可直接利用统一接口完成数据读取和信息交互功能，简便了测试过程。

抽象传感器接口层设有数据记录模块，该模块可将场景数据写入数据库中进行管理，以便后续在实验室环境下开展场景回放。数据记录模块设有用于再现回放场景的时间戳控制单元，该单元的精度为纳秒级。此外，数据记录模块还可将数据融合后的信息、世界模型中的决策信息写入数据库。

数据融合层，用于收集并整合不同传感器设备所采集的场景数据，以得到更加完整的数据。

世界模型层，用于接收并判断数据融合层整合的场景数据来构建世界模型，并负责向周围车辆、路侧等对象广播自身的状态消息，并从周围环境接收消息并解析。同时，世界模型层还具有一定的管理功能，例如定期清除较长时间没有出现在可视范围内的对象。

应用层，用于在世界模型中进行场景测试。

数据库，用于存储数据。

场景虚构层，包括仿真模块和数据导入模块，场景虚构层通过仿真模块重构所需的场景，并将其产生的虚拟场景数据通过数据导入模块导入至数据库。

如图2所示，一种虚实结合的车联网应用场景测试方法包括以下步骤：

步骤1：数据读取，传感器设备层通过多个真实传感器设备获取场景数据，并将场景数据转换为符合抽象传感器接口层所规定的数据形式后，发送至抽象传感器接口层；

步骤2：场景虚构，场景虚构层通过仿真模块重构一定的交通场景，特别是一些极端的场景，如高速状态下的碰撞等，并将虚构场景产生的虚拟场景数据按数据库的字段规范要求将车辆数据导入到数据库中；

步骤3：数据更新抽象化，抽象传感器接口层通过模板特化实现不同传感器接口的统一，并为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的统一接口；数据融合层、世界模型层和应用层通过两种方式进行数据更新，一种通过事件触发进行数据更新(“PUSH”)，另一种通过定时获取进行数据更新(“PULL”)；

步骤4：数据记录，抽象传感器接口层通过数据记录模块存储场景数据，并判断系统是否处于回放模式，若不是，根据时间戳控制单元对场景数据打上系统当前时间戳后，将场景数据发送至数据库，若是，则对场景数据打上系统回放时间戳；

步骤5：数据融合，数据融合层对不同传感器设备获取的场景数据进行融合，获取完整信息；

步骤6：世界建模，世界模型层结合获取的完整信息构建世界模型，包括但不限于地图重构、目标跟踪、场景分类和危险评估，使应用层处于世界模型中；

步骤7：场景测试，处于回放模式的系统通过虚拟传感器设备从数据库中获取场景数据后，按照回放系统时间戳进行回放，处于世界模型中的应用层在回放过程中进行场景测试。

由于系统已经使用抽象传感器接口层将数据融合层、应用层与传感器设备层完全分离，因此，在回放过程中，传感器设备的变化对应用层完全透明，应用层会判定自身处于真实环境中而进行正常的场景测试。

传感器的感知过程相当于对环境进行了离散采样，只要为每个传感器的每个采样点打上传入时系统的精确时间戳，将其保存在数据库中，再在回放时将它们读出，并保持和写入时一样的时序即可实现回放，理论上还可实现加速播放，快进快退等功能。

本实施例中，真实传感器设备采用GPS设备、CAN设备和DSRC设备；其中，DSRC设备采用MK5车载单元。仿真模块采用PreSCAN。数据库采用时间序列数据库InfluxDB。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，其特征在于，所述的测试系统包括：

传感器设备层，用于通过传感器设备采集并发送真实场景数据或虚拟场景数据；

抽象传感器接口层，分别与传感器设备层及数据融合层连接，用于将数据融合层、应用层与传感器设备层分离，并在分离后为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的统一接口；

数据融合层，与抽象传感器接口层连接，用于收集并整合不同传感器设备所采集的场景数据；

世界模型层，与数据融合层连接，用于与周围环境进行信息交互及接收数据融合层整合的场景数据来构建世界模型，包括但不限于地图重构、目标跟踪、场景分类和危险评估；

应用层，与世界模型层连接，用于在世界模型中进行场景测试；

数据库，与抽象传感器接口层连接，用于存储数据；

场景虚构层，与数据库连接，用于模拟交通场景并将虚拟场景数据导入至数据库。

2.根据权利要求1所述的一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，其特征在于，所述的传感器设备包括真实传感器设备或虚拟传感器设备。

3.根据权利要求1所述的一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，其特征在于，所述的抽象传感器接口层设有用于记录场景数据并将场景数据写入数据库的数据记录模块，该数据记录模块与数据库连接。

4.根据权利要求3所述的一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，其特征在于，所述的数据记录模块设有用于再现回放场景的时间戳控制单元，所述的时间戳控制单元的精度为纳秒级别。

5.根据权利要求1所述的一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，其特征在于，所述的抽象传感器接口层设有用于为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的统一接口的模板特化模块。

6.根据权利要求1所述的一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，其特征在于，所述的场景虚构层包括用于模拟交通场景的仿真模块，及用于将虚拟场景数据导入至数据库的数据导入模块，所述的仿真模块与数据导入模块连接，所述的数据导入模块与数据库连接。

7.根据权利要求6所述的一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，其特征在于，所述的仿真模块包括PreSCAN。

8.根据权利要求1所述的一种虚实结合的车联网应用场景测试系统，其特征在于，所述的数据库采用按时间序列场景回放的时间序列数据库InfluxDB。

9.一种虚实结合的车联网应用场景测试方法，如权利要求1-8所述的任意一项，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

1)数据读取，传感器设备层通过多个真实传感器设备获取真实场景数据，或通过虚拟传感器设备获取虚拟场景数据后，将场景数据转换为符合抽象传感器接口层所规定的数据形式，发送至抽象传感器接口层；

2)场景虚构，场景虚构层通过仿真模块模拟所需的交通场景，并将虚拟场景产生的数据按数据库的字段规范导入数据库中；

3)数据更新抽象化，抽象传感器接口层通过模板特化为数据融合层、世界模型层和应用层提供读取数据的统一接口；传感器设备获取场景数据后，数据融合层、世界模型层和应用层通过触发事件或定时获取进行数据更新；

4)数据记录，抽象传感器接口层通过数据记录模块存储场景数据，并判断系统是否处于回放模式，若不是，根据时间戳控制单元对场景数据打上系统当前时间戳后，将场景数据发送至数据库，若是，则对场景数据打上系统回放时间戳；

5)数据融合，数据融合层对不同传感器设备获取的场景数据进行融合，获取完整信息；

6)世界建模，世界模型层结合获取的完整信息构建世界模型，包括但不限于地图重构、目标跟踪、场景分类和危险评估，使应用层处于世界模型中；

7)场景测试，处于回放模式的系统通过虚拟传感器设备从数据库中获取场景数据后，按照回放系统时间戳进行回放，处于世界模型中的应用层在回放过程中进行场景测试。