CN117272643A - eVTOL空中运行的仿真测试方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及飞行器技术领域，特别涉及一种eVTOL空中运行的仿真测试方法、装置及系统，其中，方法包括：构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流的仿真平台；在仿真平台中搭建与获得试飞许可的低空空域环境一致的静态道路环境，并根据eVTOL的测试要求，在仿真平台中构建eVTOL的虚拟镜像及虚拟交通场景；在静态道路环境和虚拟交通场景中，根据测试内容和虚拟镜像对eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，根据测试结果评估eVTOL的空中运行性能。由此，解决了相关技术中，对于eVTOL空中运行性能的实机测试场景覆盖能力较差、测试成本较高，仿真测试真实性较低、可解释性较差，使得无法综合校验eVTOL整体的性能等问题。

Description

eVTOL空中运行的仿真测试方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及飞行器技术领域，特别涉及一种eVTOL(Electric Vertical Takeoffand Landing，电动垂直起降飞行器)空中运行的仿真测试方法、装置及系统。

背景技术

eVTOL具有系列智能应用集成、起降方便、电气化、低噪音、低排放、巡航效率高、保障要求低、更加便捷安全等优势，可以逐步应用于低空旅游、空中物流、消防救援、医疗救助、高端商务等众多应用场景。

相关技术中，对于eVTOL的测试可以使用一种实机测试的方式，实机测试的测试场景可以选择在允许试飞的城市低空空域；还可以使用一种纯仿真测试的方式，建立交通仿真模型，完全虚拟环境测试eVTOL性能表现。

然而，相关技术中的实机测试方式的成本较高，且空域飞行场景单一，缺乏足够的场景覆盖能力，难以综合校验eVTOL整体的性能表现；纯仿真测试方式的仿真结果可靠程度受到仿真模型真实性的制约，测试标准存在可解释性问题，且对于空域及物理条件反映不足，同样难以综合校验eVTOL整体的性能表现。

发明内容

本申请提供一种eVTOL空中运行的仿真测试方法、装置、系统、测试设备及存储介质，以解决相关技术中，对于eVTOL空中运行性能的实机测试场景覆盖能力较差、测试成本较高，仿真测试真实性较低、可解释性较差，使得无法综合校验eVTOL整体的性能等问题。

本申请第一方面实施例提供一种eVTOL空中运行的仿真测试方法，包括以下步骤：构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流的仿真平台；在所述仿真平台中搭建与获得试飞许可的低空空域环境一致的静态道路环境，并根据所述eVTOL的测试要求，在所述仿真平台中构建所述eVTOL的虚拟镜像及虚拟交通场景；在所述静态道路环境和所述虚拟交通场景中，根据测试内容和所述虚拟镜像对所述eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，根据测试结果评估所述eVTOL的空中运行性能。

可选地，所述根据测试内容和所述虚拟镜像对所述eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，包括：通过所述仿真平台对所述测试内容进行实时动态仿真；通过所述虚拟镜像配置的虚拟传感器感知所述仿真平台的实时动态仿真结果，其中，所述实时动态仿真结果包括周围飞行器的飞行状态和位置；将所述周围飞行器的飞行状态和位置返回所述eVTOL的感知端，根据所述感知端的感知信息控制所述eVTOL在允许的试飞低空空域中飞行，并实时更新所述eVTOL的运行状态信息；将更新后的运行状态信息反馈至所述仿真平台，所述仿真平台根据所述更新后的运行状态信息更新所述虚拟交通场景中周围飞行器的飞行状态和位置，直到仿真测试结束得到仿真测试结果。

可选地，在根据测试内容对所述eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试之前，还包括：确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级；根据所述成熟度等级确定相对应的测试内容，其中，所述测试内容包括对eVTOL的控制逻辑测试和感知系统测试以及对所述仿真平台的仿真效果的评估与迭代。

可选地，所述控制逻辑测试，包括：对所述eVTOL在设计运行范围内的运行状态进行控制逻辑测试；对所述eVTOL的飞行器接管状态进行控制逻辑测试；对所述eVTOL的安全风险的识别能力进行控制逻辑测试。

可选地，所述控制逻辑测试，还包括：根据所述飞行器接管状态和所述安全风险的识别能力确定对用户介入请求的反应；对所述反应进行控制逻辑测试。

可选地，所述感知系统测试，包括：对静态物和/或动态物进行检测感知测试。

可选地，所述对所述仿真平台的仿真效果的评估与迭代，包括：对于有人操作飞行器，统计飞行员驾驶行为与风格，运用模糊数学理论建模，并进行参数标定；基于所述标定参数，根据有人操作飞行器之间的交互运动情况与所述仿真平台的飞行器运动交互情况进行比对与动态校准。

可选地，所述确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级，包括：获取预设UAM的成熟度模型确定；根据所述成熟度模型确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级。

可选地，所述构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流的仿真平台，包括：获取地理信息系统GIS城市的三维建筑数据；基于所述三维建筑数据构建低空空域飞行器的空中交通流的仿真平台。

本申请第二方面实施例提供一种eVTOL空中运行的仿真测试装置，包括：构建模块，用于构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流仿真平台；搭建模块，用于在所述仿真平台中搭建与获得试飞许可的低空空域环境一致的静态道路环境，并获取所述eVTOL的测试要求，根据所述测试要求在所述仿真平台中构建所述eVTOL的虚拟镜像及虚拟交通场景；测试模块，用于在所述静态道路环境和所述虚拟交通场景中，根据测试内容对所述eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，根据测试结果评估所述eVTOL的空中运行性能。

可选地，所述测试模块进一步用于：通过所述仿真平台对所述测试内容进行实时动态仿真；通过所述虚拟镜像配置的虚拟传感器感知所述仿真平台的实时动态仿真结果，其中，所述实时动态仿真结果包括周围飞行器的飞行状态和位置；将所述周围飞行器的飞行状态和位置返回所述eVTOL的感知端，根据所述感知端的感知信息控制所述eVTOL在允许的试飞低空空域中飞行，并实时更新所述eVTOL的运行状态信息；将更新后的运行状态信息反馈至所述仿真平台，所述仿真平台根据所述更新后的运行状态信息更新所述虚拟交通场景中周围飞行器的飞行状态和位置，直到仿真测试结束得到仿真测试结果。

可选地，所述eVTOL空中运行的仿真测试装置进一步用于：确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级；根据所述成熟度等级确定相对应的测试内容，其中，所述测试内容包括对eVTOL的控制逻辑测试和感知系统测试以及对所述仿真平台的仿真效果的评估与迭代。

可选地，所述eVTOL空中运行的仿真测试装置进一步用于：对所述eVTOL在设计运行范围内的运行状态进行控制逻辑测试；对所述eVTOL的飞行器接管状态进行控制逻辑测试；对所述eVTOL的安全风险的识别能力进行控制逻辑测试。

可选地，所述eVTOL空中运行的仿真测试装置进一步用于：根据所述飞行器接管状态和所述安全风险的识别能力确定对用户介入请求的反应；对所述反应进行控制逻辑测试。

可选地，所述eVTOL空中运行的仿真测试装置进一步用于：对静态物和/或动态物进行检测感知测试。

可选地，所述eVTOL空中运行的仿真测试装置进一步用于：对于有人操作飞行器，统计飞行员驾驶行为与风格，运用模糊数学理论建模，并进行参数标定；基于所述标定参数，根据有人操作飞行器之间的交互运动情况与所述仿真平台的飞行器运动交互情况进行比对与动态校准。

可选地，所述eVTOL空中运行的仿真测试装置进一步用于：获取预设UAM的成熟度模型确定；根据所述成熟度模型确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级。

可选地，所述构建模块进一步用于：获取地理信息系统GIS城市的三维建筑数据；基于所述三维建筑数据构建低空空域飞行器的空中交通流的仿真平台。

本申请第三方面实施例提供一种eVTOL空中运行的仿真测试系统，包括：待测的eVTOL，其中，所述仿真测试系统提供周围飞行器的飞行状态和位置的实时动态仿真结果据给所述eVTOL，所述eVTOL根据感知端的感知信息做出响应，在允许的试飞低空空域中飞行，并将运行状态信息同步给仿真平台；仿真平台，根据所述eVTOL的测试内容进行实时动态仿真，并将实时动态仿真结果反馈给所述eVTOL的感知端，并根据所述eVTOL实时更新的运行状态信息更新所述虚拟交通场景中周围飞行器的飞行状态和位置。

可选地，所述eVTOL空中运行的仿真测试系统还包括：接管驾驶座舱，用于检测飞行操作员和/或驾乘人员与所述eVTOL的驾驶自动化系统的交互与接管数据；远程监控系统，用于检测所述eVTOL与远程系统的交互数据；其中，根据所述交互与接管数据和所述交互数据确定所述eVTOL在低空空域中的飞行成熟度等级。

本申请第四方面实施例提供一种测试设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法。

本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法。

由此，本申请至少具有如下有益效果：

本申请实施例可以使用将在线仿真与实机测试相结合的方式，通过仿真平台搭建与实际空域环境一致的道路环境，构建符合待测eVTOL测试要求的相应虚拟镜像及虚拟交通场景，并进行实时动态仿真测试，根据测试结果对eVTOL空中运行性能进行评估；由此，本申请实施例无需考虑测试场地的位置及距离即可对eVTOL进行测试，避免了复杂的真实空域测试场景的构建、组织与调度，提升eVTOL在城市低空空域中测试的便捷性、安全性，降低测试成本和消耗，满足实际测试对于高效测试的需要；同时由于本申请实施例可以将在线仿真与实机测试相结合，因此可以提升仿真结果真实性、提高测试标准可解释性，从而提升测试结果可靠性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例的CAAC(Civil Aviation Administration of China，中国民用航空局)航空器型号合格审定类别划分示意图；

图2为本申请实施例的一种eVTOL空中运行的仿真测试方法的流程图；

图3为本申请实施例的UAM(Urban Air Mobility，城市空中交通)的成熟度模型示意图；

图4为本申请实施例的eVTOL空中运行的仿真测试装置的示例图；

图5为本申请实施例的eVTOL空中运行的仿真测试系统的示例图；

图6为本申请实施例的测试设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

作为新一代载运工具，eVTOL具有系列智能应用集成、起降方便、电气化、低噪音、低排放、巡航效率高、保障要求低、更加便捷安全等优势，是新概念、新能源、新材料、新技术的结合体；eVTOL可以将城市交通拓展至三维，为民众按需出行等带来全新体验，是未来城市空中交通的主流方案；同时eVTOL也已成为国际航空科技创新竞争和立体交通系统打造的新赛道。

eVTOL应用前景广阔，正在逐步开拓低空旅游、空中物流、消防救援、医疗救助、高端商务等众多应用场景，也是未来阶段在交通运输领域大力开拓创新的关键技术之一。eVTOL的开发涉及到电动航空技术、无人驾驶、人工智能、导航与信息通讯等相关领域的跨界技术融合，其设计、研发、制造、测试及认证是一个涉及面广、产业链长、关键技术多的复杂系统工程。

城市空中交通运营场景具有高度电动化、高度自动化、极高安全性的特征，这为eVTOL的巡航速度、续航里程、座位数/有效载荷重量、安全性等方面设立了极高的技术标准。eVTOL的大规模商用落地需要保障高敏度的态势感知与空中避障技术、高精度的低空智能驾驶技、高韧性的低空航路规划设计、高能量密度的新能源技术，且需要充分使用试验手段对飞行过程中eVTOL的性能表现进行验证，特别是测试eVTOL在突发或者紧急场景下的反应，以满足eVTOL的安全控制和性能要求。

相关技术中，对于eVTOL的测试可以使用一种实机测试的方式，实机测试的测试场景可以选择在允许试飞的城市低空空域；还可以使用一种纯仿真测试的方式，建立交通仿真模型，完全虚拟环境测试eVTOL性能表现。

然而，相关技术中的实机测试方式的成本较高，且空域飞行场景单一，缺乏足够的场景覆盖能力，难以综合校验eVTOL整体的性能表现；纯仿真测试方式的仿真结果可靠程度受到仿真模型真实性的制约，测试标准存在可解释性问题，且对于空域及物理条件反映不足，同样难以综合校验eVTOL整体的性能表现。

具体而言，实机测试飞行过程中的不足可以如下所示：

(1)eVTOL研发是典型的技术密集型和资金密集型领域，在模拟空中中高密度交通流场景时，需要花费大量资金进行场景准备，包括周围飞行器的购置、周围eVTOL模型的准备、其他动态干扰物(如飞鸟等)准备、多eVTOL交通组织与调度等，测试成本高昂；(2)空域飞行场景单一，受到场地设备以及安全性等要素制约，缺乏足够的场景覆盖能力，测试eVTOL的交通场景的长尾场景或极端场景难以在测试空域的布设中完全覆盖，且出现频率极低；(3)迭代周期慢，更新测试空域中真实场景需要消耗大量时间与费用，会拖慢测试流程，上百万英里甚至更长里程的飞行所需成本太高，难以满足技术发展速度的要求；(4)在真实不同eVTOL交互测试过程中，存在碰撞等安全隐患；(5)场地感知要求高：实机测试需要全覆盖的感知体系建立、安装与维护和数据采集、分析，对周围飞行器的交互能力也提出了较高的要求，需要综合考虑周围飞行器的安全与效率，成本过高。

进一步，纯仿真测试过程中的不足可以如下所示：

(1)仿真测试结果的可靠程度受到仿真模型的真实性的制约；(2)交通仿真模型中，模块的构建往往基于特点的模型，在测试场景中出现事故，存在仿真平台计算错误与事故真实发生两种可能，作为自动化程度非常高的eVTOL测试标准存在可解释性问题；(3)算法公开情况：完全虚拟环境测试eVTOL性能表现，需要将eVTOL的控制算法逻辑写入仿真平台中，需要公开其内部算法，存在商业秘密或知识产权保护的问题；(4)eVTOL测试需要考虑不同空域环境、不同气象条件等对于待测eVTOL正常飞行与悬停、制动等能力的限制，待测eVTOL如何处理环境中出现的突发情况需要实地模拟，相关技术中的仿真测试空域及物理条件反映不足。

需要说明的是，如图1所示，eVTOL在型号合格审定方面尚未拥有专门的适用类别，需要根据其具体设计和预期用途进行选择。如果是有人驾驶的eVTOL、计划进行商业载客的，由于没有适用的规章，通常按照“特殊类别航空器”进行取证；如果是无人驾驶的eVTOL，则需要进一步按照AP-21-71进行归类，根据是否载人、是否进行融合飞行或在人口密集区域上方飞行、危害严重等级等因素综合判断，可能是运输类可以理解的是、正常类或限用类。

由此，混合现实技术可以被应用于对于eVTOL的测试中。其中，混合现实技术是指通过传感器和计算机平台、利用眼镜和头盔等设备、提供沉浸式交互的虚拟三维动态视景空间，是由计算机图形学、人机交互、多媒体、网络通讯、电子学、传感技术、计算机仿真技术、人工智能以及人类感知心理学等多学科交叉发展出来的新型信息技术，其内涵和外延正处于不断演化当中，实质是构建一种人能够与之自由交互的“世界”。混合现实在动态环境建模，实时三维图形生成和显示，适人化、智能化人机交互设备研制、大型网络分布式混合现实研究等领域应用越来越广泛，提供了真实与仿真平台交互的桥梁。

本申请提供了一种eVTOL空中运行的仿真测试方法，下面参考附图描述本申请实施例的eVTOL空中运行的仿真测试方法、装置、系统、测试设备及存储介质。

具体而言，图2为本申请实施例所提供的一种eVTOL空中运行的仿真测试方法的流程示意图。

如图2所示，该eVTOL空中运行的仿真测试方法包括以下步骤：

在步骤S101中，构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流的仿真平台。

其中，本申请实施例的eVTOL可以在城市低空空域中运行。

可以理解的是，本申请实施例可以首先对eVTOL的空中交通流的仿真平台进行构建，以便于后续实施例中对eVTOL的虚拟镜像和虚拟交通场景的构建；其中，本申请实施例可以使用至少一种方式实现对仿真平台的构建。

作为一种可能实现的方式，构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流的仿真平台，包括：获取GIS(Geographic Information System，地理信息系统)城市的三维建筑数据；基于三维建筑数据构建低空空域飞行器的空中交通流的仿真平台。

在步骤S102中，在仿真平台中搭建与获得试飞许可的低空空域环境一致的静态道路环境，并根据eVTOL的测试要求，在仿真平台中构建eVTOL的虚拟镜像及虚拟交通场景。

可以理解的是，本申请实施例可以在对仿真平台进行构建后，在仿真平台中搭建与静态道路环境，其中，该静态道路环境与获得试飞许可的城市低空空域的环境保持一致；同时，根据对eVTOL的测试要求，在仿真平台中构建待测试eVTOL的虚拟镜像和虚拟交通场景。

在步骤S103中，在静态道路环境和虚拟交通场景中，根据测试内容和虚拟镜像对eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，根据测试结果评估eVTOL的空中运行性能。

可以理解的是，本申请实施例可以在仿真平台中搭建的静态道路环境和虚拟交通场景中，基于测试内容、通过虚拟镜像对eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，并在得到测试结果后，利用测试结果对eVTOL的空中运行性能进行评估。

具体而言，根据测试内容和虚拟镜像对eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，包括：通过仿真平台对测试内容进行实时动态仿真；通过虚拟镜像配置的虚拟传感器感知仿真平台的实时动态仿真结果，其中，实时动态仿真结果包括周围飞行器的飞行状态和位置；将周围飞行器的飞行状态和位置返回eVTOL的感知端，根据感知端的感知信息控制eVTOL在允许的试飞低空空域中飞行，并实时更新eVTOL的运行状态信息；将更新后的运行状态信息反馈至仿真平台，仿真平台根据更新后的运行状态信息更新虚拟交通场景中周围飞行器的飞行状态和位置，直到仿真测试结束得到仿真测试结果。

可以理解的是，本申请实施例可以利用搭建好的测试场景，根据测试内容对eVTOL进行实时动态仿真，接着利用虚拟镜像配置的虚拟传感器对实时动态仿真结果进行感知，在获得感知信息后，将获取的运行状态信息实时向待测eVTOL感知端返回；基于感知信息控制待测eVTOL在允许的试飞低空空域中飞行，且实时更新待测eVTOL的运行状态信息；将实时更新的运行状态信息反馈给空中交通流仿真平台，以更新虚拟交通场景中eVTOL的飞行状态和位置；反复循环上述步骤，直至待测eVTOL的测试结束，得到仿真测试结果。

在本申请实施例中，在根据测试内容对eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试之前，还包括：确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级；根据成熟度等级确定相对应的测试内容，其中，测试内容包括对eVTOL的控制逻辑测试和感知系统测试以及对仿真平台的仿真效果的评估与迭代。

可以理解的是，本申请实施例还可以在对eVTOL进行仿真测试志气啊，对待测的空中运行的eVTOL的成熟度等级进行判断，根据获取的eVTOL成熟度匹配相应的测试内容；其中，本申请实施例确定eVTOL成熟度等级、对于eVTOL的控制逻辑测试、感知系统测试、对仿真平台的仿真效果的评估与迭代的过程可以具体如下：

一、确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级：

在本申请实施例中，确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级，包括：获取预设UAM的成熟度模型确定；根据成熟度模型确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级。

可以理解的是，本申请实施例可以确定在空中运行的待测eVTOL的成熟度等级，并确定与成熟度等级相对应的测试内容，即，如果确定待测eVTOL符合对应的成熟度等级的内容，那么该待测eVTOL的成熟度等级为该成熟度等级所代表的等级；其中，本申请实施例的成熟度等级按照由低到高的顺序可以包括六个等级，如图3所示；与每个成熟度等级相对应的测试内容如下表1和表2所示：

表1

表2

举例而言，若待测eVTOL的成熟度等级为UML-2，如表1所示，与UML-2相对应的测试内容如下：(1)运行环境：天气条件-有利天气；飞行环境-简单飞行场景(城郊环境)；空域环境-小型空中网络、低密度交互(<100架)；(2)检测内容：检测感知能力；操作控制情况；评估测试平台逼真效果。

二、控制逻辑测试

可以理解的是，本申请实施例可以基于仿真平台开发，在低空空域空中交通流仿真中，周围飞行器的行为仿真以大量实机飞行行为特征的采取与提取为基础，采用模糊数学的控制逻辑，贴近飞行员在飞行操作中的模糊决策，每架飞行器都具备独立的飞行员的特质，很好地将真实世界中的飞行器飞行特征映射到仿真系统中，以真实飞行器生成的仿真模型与待测eVTOL进行交互，产生真实的测试场景。

本申请实施例中，对eVTOL控制逻辑测试，主要包含对eVTOL在飞行过程中进行直行、转向、起降、悬停等不同工况下控制效果的测试、对于感知信息在不同完备性下的控制逻辑与风险控制测试、对于非最高成熟度等级的eVTOL，紧急情况是否接管驾驶的判断测试；具体如下：

在本申请实施例中，控制逻辑测试，包括：对eVTOL在设计运行范围内的运行状态进行控制逻辑测试；对eVTOL的飞行器接管状态进行控制逻辑测试；对eVTOL的安全风险的识别能力进行控制逻辑测试。

可以理解的是，本申请实施例可以进行控制逻辑测试，因此，当出现紧急或者特殊情况、飞行员需要介入飞行操作接管飞行操作时，飞行器能够很好地判断并完成交接；且当飞行环境中出现异物、与其他飞行器出现冲突等情况，即其他飞行器等外来物体干扰正常飞行时，能够做出正确的反应。

具体而言，对设计运行范围内运行情况的测试主要包括不同飞行工况下的控制策略，包含起飞、水平方向转向、垂直升降、悬停、汇入空中交通流、驶离交通流、机间交互、降落等场景；对飞行员接管状态判断包括对超出运行范围时飞行员接管情况、紧急情形下飞行员接管情况、飞行员的操作状态识别等；对安全风险的识别能力包括但不限于周围飞行器状态突发异常的飞行应对策略、行驶方向上闯入动态飞行物、转向冲突情形判断等。

在本申请实施例中，控制逻辑测试，还包括：根据飞行器接管状态和安全风险的识别能力确定对用户介入请求的反应；对反应进行控制逻辑测试。

可以理解的是，在基于对感知系统测试得到在气象、光线、静态背景等不同环境下飞行器对环境数据的感知范围、感知准确性和有效性等情况下，本申请实施例可以对控制系统进行测试，测试其对于自身感知能力局限性的识别与判断能力，以及是否能够根据感知受损或遮挡的情况来调整自身的控制逻辑。

三、感知系统测试

在本申请实施例中，感知系统测试，包括：对静态物和/或动态物进行检测感知测试。

可以理解的是，本申请实施例对于eVTOL感知系统测试环节，主要由三大要素构成：感知系统能力标定，用于确认是否可感知到有物体存在；认知体系对物体类型识别准确性，用于判断是否能够准确识别物体类别；运动状态评估的准确性测试，用于验证对于物体的位置、距离、角度、速度、加速度、旋转角速度等信息判断是否准确；测试标定的结果用于完善仿真平台的虚拟感知模块、使虚拟感知传向待测eVTOL的数据更具真实。

具体而言，感知测试分为静态物感知能力测试与动态物的感知能力测试：

(1)对静态物体的感知能力，主要通过将传感器测量得到的静态物体的位置、距离、形态等信息与仿真平台中预先测定、建模、尺寸标注完的静态固定物进行比对，得到待测eVTOL静态物体的感知能力；

(2)对于动态物体的感知能力，可以通过预先测定物体的形状、尺寸、颜色等固有信息，再对待测eVTOL与动态物体分别加装高精度差分定位GPS、INS(Inertial-NavigationSystem，惯性导航系统)与陀螺仪得到待测eVTOL坐标，动态物体的运动情况与信息，并于eVTOL感知-认知系统所得到的结果进行比对，从而测定待测eVTOL感知-认知系统的有效性。

需要说明的是，对于eVTOL感知系统的测试可以预先单独进行，也可与对控制逻辑的测试同时进行。在同时进行的场景下，待测eVTOL感知端的信息传递给仿真平台，与提前测定的已知位置、形态等信息的场地静态物体，和通过额外安装的感知设备测量得到的动态模型的信息进行比对，判断感知系统能力。

四、对仿真平台的仿真效果的评估与迭代

在本申请实施例中，对仿真平台的仿真效果的评估与迭代，包括：对于有人操作飞行器，统计飞行员驾驶行为与风格，运用模糊数学理论建模，并进行参数标定；基于标定参数，根据有人操作飞行器之间的交互运动情况与仿真平台的飞行器运动交互情况进行比对与动态校准。

可以理解的是，本申请实施例的仿真测试的测试效果对测试平台对于真实低空空域空中交通场景的模拟情况有依赖，因此，为保证测试结果的真实性与可靠性，本申请实施例可以对测试平台的逼真效果进行评估与迭代优化；其中，本申请实施例对仿真平台的评估可对真实飞行交通流场景下的真实eVTOL安装传感器，对eVTOL距离周边飞行器距离、速度、加速度、制动反应时间等微观交通模型参数进行不断校验与标定，同时丰富仿真模块中的驾驶风格库，从而产生更贴近真实场景的混合现实；其中，对仿真平台的标定可以包括有人操作飞行器、无人操作飞行器、其他如飞鸟等常见飞行物等。

具体而言，(1)对于有人操作飞行器：本申请实施例可以依托仿真软件开发三维空中交通仿真模块(比如可以依托微观仿真软件FLOWSIM等)，统计飞行员驾驶行为与风格，运用模糊数学理论建模，并进行参数标定；其中，标定参数包括但不限于起飞、直线巡航、悬停、转向、加速、垂直升降、降落、紧急制动等情形，通过有人操作飞行器之间的交互运动情况与仿真平台的飞行器运动交互情况进行比对与动态校准；

(2)对于无人操作飞行器：在测试eVTOL飞行过程中，本申请实施例可以对无人操作的飞行器的驾驶行为进行学习及特征参数提取，再将采集的无人操作的行为数据存储在无人操作飞行器飞行行为库中，在之后测试无人操作eVTOL飞行器时可以对无人操作eVTOL飞行器的仿真模块进行调用；其中，该部分的融合能够为未来不同类别的无人操作飞行器共同在低空空域内飞行提供很好的交互范例，为未来打造有人-无人操作飞行器混行的生态系统及多样化的无人操作飞行器的交互情形提供数据支撑和参考；

(3)对于低空空域其他飞行物的标定：本申请实施例可以通过对不同类别的飞行物(有生命、无生命)的运动、飞行特征进行提取采集与建模，使之融入城市低空空域空中交通流仿真平台体系中。

对上述测试内容具体说明，可以如下表3所示：

表3

需要说明的是，本申请实施例可以基于一种可以实现上述实施例相关功能的测试硬件进行相应测试，其中，测试的硬件组成由四部分构成：基于GIS的交通仿真平台、实体待测eVTOL、接管驾驶座舱、远程监控系统。

具体而言，本申请实施例进行eVTOL空中运行的仿真测试的过程可以具体如下：本申请实施例可以基于GIS的交通仿真平台提供准确的周围环境数据(周围eVTOL的位置、姿态、距离、相对速度、加速度等)给实体待测eVTOL，待测eVTOL根据周围环境数据做出响应，在规定的空域结构或空域范围内进行三维空间的位置移动或位姿调整；同时通过附加安装的GPS和INS(惯性导航系统)提供实时的位置信息，并由陀螺仪获取待测eVTOL的姿态信息；通过移动信号，将eVTOL的信息同步给仿真平台，仿真平台经过计算更新虚拟环境中其他飞行器的位置和状态，周围飞行器据此进行交互并生成下一时间步的位置、姿态、速度、加速度等信息，通过移动信号传回给eVTOL，作为其实时感知的数据。

在城市低空空域中飞行成熟度等级评定，驾驶座舱用于检测飞行操作员/驾乘人员与驾驶自动化系统的交互与接管情况，远程监控系统用于检测eVTOL与远程系统的交互情况，两者共同用以检测在超出自动化飞行系统飞行范围时及在遇到紧急情况时，对风险的评估判断情况，以及对驾乘人员是否合适接管的判断能力；检验在驾乘人员进行错误飞行操作时，自动加驾驶系统能否及时纠正并进行风险最小化措施等。

综上，根据本申请实施例提出的eVTOL空中运行的仿真测试方法，使用在线仿真与实机测试相结合的方式，通过仿真平台搭建与实际空域环境一致的道路环境，构建符合待测eVTOL测试要求的相应虚拟镜像及虚拟交通场景，并进行实时动态仿真测试，根据测试结果对eVTOL空中运行性能进行评估；由此，本申请实施例无需考虑测试场地的位置及距离即可对eVTOL进行测试，避免了复杂的真实空域测试场景的构建、组织与调度，提升eVTOL在城市低空空域中测试的便捷性、安全性，降低测试成本和消耗，满足实际测试对于高效测试的需要；同时由于本申请实施例可以将在线仿真与实机测试相结合，因此可以提升仿真结果真实性、提高测试标准可解释性，从而提升测试结果可靠性。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的eVTOL空中运行的仿真测试装置。

图4是本申请实施例的eVTOL空中运行的仿真测试装置的方框示意图。

如图4所示，该eVTOL空中运行的仿真测试装置10包括：构建模块110、搭建模块120及测试模块130。

其中，构建模块110，用于构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流仿真平台；搭建模块120，用于在仿真平台中搭建与获得试飞许可的低空空域环境一致的静态道路环境，并获取eVTOL的测试要求，根据测试要求在仿真平台中构建eVTOL的虚拟镜像及虚拟交通场景；测试模块130，用于在静态道路环境和虚拟交通场景中，根据测试内容对eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，根据测试结果评估eVTOL的空中运行性能。

在本申请实施例中，测试模块130进一步用于：通过仿真平台对测试内容进行实时动态仿真；通过虚拟镜像配置的虚拟传感器感知仿真平台的实时动态仿真结果，其中，实时动态仿真结果包括周围飞行器的飞行状态和位置；将周围飞行器的飞行状态和位置返回eVTOL的感知端，根据感知端的感知信息控制eVTOL在允许的试飞低空空域中飞行，并实时更新eVTOL的运行状态信息；将更新后的运行状态信息反馈至仿真平台，仿真平台根据更新后的运行状态信息更新虚拟交通场景中周围飞行器的飞行状态和位置，直到仿真测试结束得到仿真测试结果。

在本申请实施例中，eVTOL空中运行的仿真测试装置10进一步用于：确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级；根据成熟度等级确定相对应的测试内容，其中，测试内容包括对eVTOL的控制逻辑测试和感知系统测试以及对仿真平台的仿真效果的评估与迭代。

在本申请实施例中，eVTOL空中运行的仿真测试装置10进一步用于：对eVTOL在设计运行范围内的运行状态进行控制逻辑测试；对eVTOL的飞行器接管状态进行控制逻辑测试；对eVTOL的安全风险的识别能力进行控制逻辑测试。

在本申请实施例中，eVTOL空中运行的仿真测试装置10进一步用于：根据飞行器接管状态和安全风险的识别能力确定对用户介入请求的反应；对反应进行控制逻辑测试。

在本申请实施例中，eVTOL空中运行的仿真测试装置10进一步用于：对静态物和/或动态物进行检测感知测试。

在本申请实施例中，eVTOL空中运行的仿真测试装置10进一步用于：对于有人操作飞行器，统计飞行员驾驶行为与风格，运用模糊数学理论建模，并进行参数标定；基于标定参数，根据有人操作飞行器之间的交互运动情况与仿真平台的飞行器运动交互情况进行比对与动态校准。

在本申请实施例中，eVTOL空中运行的仿真测试装置10进一步用于：获取预设UAM的成熟度模型确定；根据成熟度模型确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级。

在本申请实施例中，构建模块110进一步用于：获取地理信息系统GIS城市的三维建筑数据；基于三维建筑数据构建低空空域飞行器的空中交通流的仿真平台。

需要说明的是，前述对eVTOL空中运行的仿真测试方法实施例的解释说明也适用于该实施例的eVTOL空中运行的仿真测试装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的eVTOL空中运行的仿真测试装置，使用在线仿真与实机测试相结合的方式，通过仿真平台搭建与实际空域环境一致的道路环境，构建符合待测eVTOL测试要求的相应虚拟镜像及虚拟交通场景，并进行实时动态仿真测试，根据测试结果对eVTOL空中运行性能进行评估；由此，本申请实施例无需考虑测试场地的位置及距离即可对eVTOL进行测试，避免了复杂的真实空域测试场景的构建、组织与调度，提升eVTOL在城市低空空域中测试的便捷性、安全性，降低测试成本和消耗，满足实际测试对于高效测试的需要；同时由于本申请实施例可以将在线仿真与实机测试相结合，因此可以提升仿真结果真实性、提高测试标准可解释性，从而提升测试结果可靠性。

下面参照附图描述根据本申请实施例提出的eVTOL空中运行的仿真测试系统。

图5是本申请实施例的eVTOL空中运行的仿真测试系统的方框示意图。

如图5所示，该eVTOL空中运行的仿真测试系统20包括：待测的eVTOL210及仿真平台220。

其中，仿真测试系统20提供周围飞行器的飞行状态和位置的实时动态仿真结果据给eVTOL210，eVTOL210根据感知端的感知信息做出响应，在允许的试飞低空空域中飞行，并将运行状态信息同步给仿真平台；仿真平台220可以根据eVTOL210的测试内容进行实时动态仿真，并将实时动态仿真结果反馈给eVTOL210的感知端，并根据eVTOL210实时更新的运行状态信息更新虚拟交通场景中周围飞行器的飞行状态和位置。

在本申请实施例中，eVTOL空中运行的仿真测试系统还包括：接管驾驶座舱，用于检测飞行操作员和/或驾乘人员与eVTOL的驾驶自动化系统的交互与接管数据；远程监控系统，用于检测eVTOL与远程系统的交互数据；其中，根据交互与接管数据和交互数据确定eVTOL在低空空域中的飞行成熟度等级。

需要说明的是，前述对eVTOL空中运行的仿真测试方法实施例的解释说明也适用于该实施例的eVTOL空中运行的仿真测试系统，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的eVTOL空中运行的仿真测试系统，使用在线仿真与实机测试相结合的方式，通过仿真平台搭建与实际空域环境一致的道路环境，构建符合待测eVTOL测试要求的相应虚拟镜像及虚拟交通场景，并进行实时动态仿真测试，根据测试结果对eVTOL空中运行性能进行评估；由此，本申请实施例无需考虑测试场地的位置及距离即可对eVTOL进行测试，避免了复杂的真实空域测试场景的构建、组织与调度，提升eVTOL在城市低空空域中测试的便捷性、安全性，降低测试成本和消耗，满足实际测试对于高效测试的需要；同时由于本申请实施例可以将在线仿真与实机测试相结合，因此可以提升仿真结果真实性、提高测试标准可解释性，从而提升测试结果可靠性。

图6为本申请实施例提供的测试设备的结构示意图。该测试设备可以包括：

存储器601、处理器602及存储在存储器601上并可在处理器602上运行的计算机程序。

处理器602执行程序时实现上述实施例中提供的eVTOL空中运行的仿真测试方法。

进一步地，测试设备还包括：

通信接口603，用于存储器601和处理器602之间的通信。

存储器601，用于存放可在处理器602上运行的计算机程序。

存储器601可能包含高速RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器。

如果存储器601、处理器602和通信接口603独立实现，则通信接口603、存储器601和处理器602可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是ISA(IndustryStandard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(Peripheral Component，外部设备互连)总线或EISA(Extended Industry Standard Architecture，扩展工业标准体系结构)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

可选的，在具体实现上，如果存储器601、处理器602及通信接口603，集成在一块芯片上实现，则存储器601、处理器602及通信接口603可以通过内部接口完成相互间的通信。

处理器602可能是一个CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，或者是ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特定集成电路)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的eVTOL空中运行的仿真测试方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流的仿真平台；

在所述仿真平台中搭建与获得试飞许可的低空空域环境一致的静态道路环境，并根据所述eVTOL的测试要求，在所述仿真平台中构建所述eVTOL的虚拟镜像及虚拟交通场景；

在所述静态道路环境和所述虚拟交通场景中，根据测试内容和所述虚拟镜像对所述eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，根据测试结果评估所述eVTOL的空中运行性能。

2.根据权利要求1所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，所述根据测试内容和所述虚拟镜像对所述eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，包括：

通过所述仿真平台对所述测试内容进行实时动态仿真；

通过所述虚拟镜像配置的虚拟传感器感知所述仿真平台的实时动态仿真结果，其中，所述实时动态仿真结果包括周围飞行器的飞行状态和位置；

将所述周围飞行器的飞行状态和位置返回所述eVTOL的感知端，根据所述感知端的感知信息控制所述eVTOL在允许的试飞低空空域中飞行，并实时更新所述eVTOL的运行状态信息；

将更新后的运行状态信息反馈至所述仿真平台，所述仿真平台根据所述更新后的运行状态信息更新所述虚拟交通场景中周围飞行器的飞行状态和位置，直到仿真测试结束得到仿真测试结果。

3.根据权利要求1所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，在根据测试内容对所述eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试之前，还包括：

确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级；

根据所述成熟度等级确定相对应的测试内容，其中，所述测试内容包括对eVTOL的控制逻辑测试和感知系统测试以及对所述仿真平台的仿真效果的评估与迭代。

4.根据权利要求3所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，所述控制逻辑测试，包括：

对所述eVTOL在设计运行范围内的运行状态进行控制逻辑测试；

对所述eVTOL的飞行器接管状态进行控制逻辑测试；

对所述eVTOL的安全风险的识别能力进行控制逻辑测试。

5.根据权利要求3所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，所述控制逻辑测试，还包括：

根据所述飞行器接管状态和安全风险的识别能力确定对用户介入请求的反应；

对所述反应进行控制逻辑测试。

6.根据权利要求3所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，所述感知系统测试，包括：

对静态物和/或动态物进行检测感知测试。

7.根据权利要求3所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，所述对所述仿真平台的仿真效果的评估与迭代，包括：

对于有人操作飞行器，统计飞行员驾驶行为与风格，运用模糊数学理论建模，并进行参数标定；

基于所述标定参数，根据有人操作飞行器之间的交互运动情况与所述仿真平台的飞行器运动交互情况进行比对与动态校准。

8.根据权利要求3所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，所述确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级，包括：

获取预设UAM的成熟度模型确定；

根据所述成熟度模型确定在空中运行的eVTOL的成熟度等级。

9.根据权利要求1所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法，其特征在于，所述构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流的仿真平台，包括：

获取地理信息系统GIS城市的三维建筑数据；

基于所述三维建筑数据构建低空空域飞行器的空中交通流的仿真平台。

10.一种eVTOL空中运行的仿真测试装置，其特征在于，包括：

构建模块，用于构建电动垂直起降飞行器eVTOL的空中交通流仿真平台；

搭建模块，用于在所述仿真平台中搭建与获得试飞许可的低空空域环境一致的静态道路环境，并获取所述eVTOL的测试要求，根据所述测试要求在所述仿真平台中构建所述eVTOL的虚拟镜像及虚拟交通场景；

测试模块，用于在所述静态道路环境和所述虚拟交通场景中，根据测试内容对所述eVTOL进行空中运行的实时动态仿真测试，根据测试结果评估所述eVTOL的空中运行性能。

11.一种eVTOL空中运行的仿真测试系统，其特征在于，包括：

待测的eVTOL，其中，所述仿真测试系统提供周围飞行器的飞行状态和位置的实时动态仿真结果据给所述eVTOL，所述eVTOL根据感知端的感知信息做出响应，在允许的试飞低空空域中飞行，并将运行状态信息同步给仿真平台；

仿真平台，根据所述eVTOL的测试内容进行实时动态仿真，并将实时动态仿真结果反馈给所述eVTOL的感知端，并根据所述eVTOL实时更新的运行状态信息更新虚拟交通场景中周围飞行器的飞行状态和位置。

12.根据权利要求11所述的eVTOL空中运行的仿真测试系统，其特征在于，还包括：

接管驾驶座舱，用于检测飞行操作员和/或驾乘人员与所述eVTOL的驾驶自动化系统的交互与接管数据；

远程监控系统，用于检测所述eVTOL与远程系统的交互数据；其中，

根据所述交互与接管数据和所述交互数据确定所述eVTOL在低空空域中的飞行成熟度等级。

13.一种测试设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-9任一项所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-9任一项所述的eVTOL空中运行的仿真测试方法。