地图盒子测试方法及系统与流程

本发明涉及仿真领域，特别涉及地图盒子测试方法及系统。

背景技术：

地图盒子是一种用于高级驾驶辅助或智能驾驶辅助的车载控制器，其会根据其他设备提供的数据输出车辆当前的定位(位置)信息。

在投入应用之前，需对地图盒子进行高精定位测试。现有测试方式一般是选取实际道路作为测试场景，直接在道路上测试，与标准定位数据进行对比验证。测试过程必须选取固定的场地，并且需要大量的场地试验，测试成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供地图盒子测试方法及系统，以降低测试成本、提高工作效率。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种地图盒子测试方法，基于地图盒子测试系统，所述测试系统至少包括：仿真数据生成单元和测试单元；

所述方法包括：

所述仿真数据生成单元向地图盒子实时输出虚拟测试场景中车辆的运行仿真数据；

所述仿真数据生成单元向所述地图盒子实时输出图像仿真数据；

所述地图盒子使用接收的运行仿真数据和图像仿真数据计算出位置信息；

所述测试单元将所述位置信息与标准位置信息进行对比，得到测试报告。

可选的，所述仿真数据生成单元包括车辆动力学模型；所述车辆动力学模型运行在所述虚拟测试场景中，为真实车辆的虚拟仿真模型；所述运行仿真数据的原始数据由所述车辆动力学模型生成。

可选的，所述运行仿真数据包括卫星导航仿真数据和姿态仿真数据。

可选的，所述向地图盒子实时输出虚拟被测车辆的运行仿真数据包括：

在虚拟测试场景的虚拟道路上运行所述车辆动力学模型；

所述车辆动力学模型实时计算出在所述虚拟测试场景中自身的三维位置真值及惯性测量单元imu数据；所述原始数据包括所述三维位置真值和imu数据；

将所述三维位置真值映射为经纬度真值；

对所述经纬度真值和imu数据添加噪声；

按照所述地图盒子接收数据的通讯协议和数据格式，将加噪后的经纬度真值封装为导航仿真数据；

按照所述地图盒子接收数据的通讯协议和数据格式，将加噪后的imu数据封装为姿态仿真数据；

向所述地图盒子发送所述卫星导航仿真数据和所述姿态仿真数据。

可选的，所述仿真数据生成单元还包括卫星导航信号模拟器、三维转台和imu传感器；所述三维转台与所述imu传感器相连接；

所述向地图盒子实时输出虚拟被测车辆的运行仿真数据包括：

在虚拟测试场景的虚拟道路上运行所述车辆动力学模型；

所述车辆动力学模型实时计算出在所述虚拟测试场景中自身的三维位置真值及第一imu数据；所述原始数据包括所述三维位置真值和第一imu数据；

将所述三维位置真值映射为经纬度真值；

将所述经纬度真值输出到所述卫星导航信号模拟器中，由所述卫星导航信号模拟器发送出携带经纬度真值信息的射频信号作为卫星导航仿真数据；

将所述第一imu数据输出到所述三维转台，由所述三维转台根据所述第一imu数据变动姿态位置；所述imu传感器根据所述三维转台的姿态位置生成的第二imu数据为所述姿态仿真数据。

可选的，所述虚拟测试场景使用的道路信息保存在opendrive文件中；所述opendrive文件是对所述地图盒子中的高精地图的格式进行转化得到的。

可选的，所述仿真数据生成单元还包括摄像头模型和视频信号仿真板卡；

所述向所述地图盒子实时输出图像仿真数据包括：

所述摄像头模型获取所述车辆动力学模型行驶时的实时场景信号并输出给所述视频信号仿真板卡；

所述视频信号仿真板卡对所述实时场景信号处理为图像仿真数据输出给所述地图盒子。

可选的，还包括：

视频信号仿真板卡将所述图像仿真数据与所述卫星导航仿真数据和所述姿态仿真数据进行同步。

可选的，所述位置信息包括绝对位置和相对位置；

所述使用接收的运行数据和图像仿真数据计算出位置信息包括：

根据所述卫星导航仿真数据和姿态仿真数据计算得到所述车辆动力学模型的绝对位置；

将所述图像仿真数据中的道路特征与高精地图特征图层里的道路特征进行匹配，根据匹配结果确定所述车辆动力学模型的相对位置；所述高精地图存储在所述地图盒子中。

一种地图盒子测试系统，包括：

仿真数据生成单元，用于向地图盒子实时输出虚拟测试场景中车辆的运行仿真数据和图像仿真数据；所述运行仿真数据和图像仿真数据用于地图盒子计算位置信息；

测试单元，用于将所述地图盒子计算出的位置信息与标准位置信息进行对比，得到测试报告。

在本发明实施例中，采用虚拟测试场景取代实际道路，对地图盒子计算所需的运行数据和图像数据进行了仿真模拟，在此过程中并不需要实车参与，也不需要大量的场地测试，可在降低测试成本的同时，提高工作效率。

附图说明

图1a为本发明实施例提供的地图盒子测试系统的一种示例性结构；

图1b为本发明实施例提供的地图盒子测试系统示例性硬件架构；

图2为本发明实施例提供的测试方法的示例性流程图；

图3为本发明实施例提供的地图盒子测试系统的另一种示例性结构；

图4a为本发明实施例提供的仿真数据生成流程图；

图4b为本发明实施例提供的仿真数据生成另一流程图；

图4c为本发明实施例提供的仿真数据生成单元的结构示意图；

图4d为本发明实施例提供的图像仿真信号流向图；

图4e为本发明实施例提供的视频信号仿真板卡的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供地图盒子测试方法及系统，以降低测试成本、提高工作效率。

本发明的核心思路是：采用虚拟测试场景取代实际道路，对地图盒子计算所需的运行数据和图像数据进行了仿真模拟。

请参见图1a，上述地图盒子测试系统的一种示例性结构包括：仿真数据生成单元1和测试单元2。

其中，仿真数据生成单元1用于向地图盒子实时输出虚拟测试场景中车辆的运行仿真数据和图像仿真数据；运行仿真数据和图像仿真数据用于地图盒子计算位置信息；

测试单元2，用于将地图盒子计算出的位置信息与标准位置信息进行对比，得到测试报告。

地图盒子测试系统的一种示例性硬件架构可参见图1b，包括：上位机、hil(hardware-in-the-loop，硬件在环)下位机和地图盒子。

测试单元2可作为仿真软件的组件或模块部署在上位机中。

在一个示例中，地图盒子所需的数据可仅通过仿真软件生成，则仿真数据生成单元1可包括仿真软件。

在另一个示例中，可在上位机中部署仿真软件，此外，下位机侧也可进行相应的硬件部署，则仿真数据生成单元1除可包括仿真软件，还可包括下位机侧用于仿真的硬件。

下面将基于上述共性介绍，对本发明实施例做进一步详细说明。

图2示出了基于上述地图盒子测试系统的测试方法的一种示例性流程，其可包括：

s201：仿真数据生成单元向地图盒子实时输出虚拟测试场景中车辆的运行仿真数据；

请参见图3，具体的，运行仿真数据可包括卫星导航仿真数据(例如gps仿真数据、北斗仿真数据)和姿态仿真数据。

姿态仿真数据具体可为惯性测量单元(imu)仿真数据，包括车辆的横摆角、侧倾角、俯仰角，以及角速度等。

本文后续将介绍如何生成卫星导航仿真数据(例如gps仿真数据)和姿态仿真数据。

虚拟测试场景中可包括车辆动力学模型、虚拟道路乃至静止或运动的障碍物(例如其他的车辆)。

车辆动力学模型是真实车辆的虚拟仿真模型。车辆动力学模型属于仿真数据生成单元的一部分，车辆动力学模型运行在虚拟测试场景中，运行仿真数据的原始数据由车辆动力学模型生成。

在一个示例中，虚拟道路的道路信息保存在opendrive文件中。

为了与地图盒子中的高精地图保持一致，opendrive文件是对地图盒子中的高精地图的格式进行转化得到的，其中保存了道路的几何形状、车道类型、车道宽度等精确地图信息。

s202：仿真数据生成单元向地图盒子实时输出图像仿真数据；

本文后续将介绍如何生成图像仿真数据。

s203：地图盒子使用接收的运行仿真数据和图像仿真数据计算出位置信息。

在真实场景下，地图盒子接收其他设备或部件传输的卫星导航信息、姿态信息和图像数据，输出车辆当前的绝对位置和相对位置。

具体的，绝对位置可包括经纬度；而相对位置可包括车辆距车道起点的距离，以及，车辆相对车道中心线的距离。

更具体的，卫星导航信息和姿态信息作为地图盒子中卫星惯导组合定位系统的输入，用于计算绝对位置，而图像数据用于确定相对位置。

与之相类似，在本实施例中，地图盒子是根据卫星导航仿真数据和姿态仿真数据计算得到车辆动力学模型的绝对位置，卫星导航仿真数据和姿态仿真数据作为地图盒子中卫星惯导组合定位系统的输入，由其计算出绝对位置。

在确定相对位置时，地图盒子可将图像仿真数据中的道路特征与自身高精地图特征图层里的道路特征进行匹配，根据匹配结果确定车辆动力学模型的相对位置。

需要说明的是，这里的道路特征可包括车道线、交通标志和作为路标的建筑物等。

s204：测试单元将位置信息与标准位置信息进行对比，得到测试报告。

标准位置信息是使用更精确的定位技术得到的位置信息。请参见图3，标准位置信息可由仿真数据生成单元提供给测试单元。

测试报告中可至少包括比对结果。此外，还可包括功能描述、测试点描述、测试逻辑、测试条件和评判标准中的至少一种。

综上，在本实施例中，采用虚拟测试场景取代实际道路，对地图盒子计算所需的运行数据和图像数据进行了仿真模拟，在此过程中并不需要实车参与，也不需要大量的场地测试，可在降低测试成本的同时，提高工作效率。

下面具体介绍如何生成运行仿真数据。

运行仿真数据主要包括卫星导航仿真数据和姿态仿真数据。

图4a示出了以软件方式生成卫星导航仿真数据和姿态仿真数据的示例性流程，包括：

s41:在虚拟测试场景的虚拟道路上运行车辆动力学模型；

本步骤模拟的是真实的车辆在道路上行驶。

虚拟道路的道路信息保存在opendrive文件中，相关介绍请参见本文前述记载，在此不作赘述。

s42：车辆动力学模型实时计算出自身在虚拟测试场景中的三维位置真值及imu数据。

具体的，车辆动力学模型可实时计算出自身在虚拟测试场景中的xyz位置真值以及imu数据。

所述原始数据包括所述三维位置真值和imu数据；

s43：将三维位置真值映射为经纬度真值。

可将xyz坐标投影地理坐标系统中，得到经纬度真值。

步骤s43可由车辆动力学模型执行，也可由专门的映射单元执行。该映射单元属于仿真数据生成单元。

s44:对经纬度真值和imu数据添加噪声；

s45:按照地图盒子接收数据的通讯协议和数据格式，将加噪后的经纬度真值和imu分别封装为导航仿真数据和姿态仿真数据。

加噪后的经纬度真值可封装为导航仿真数据，加噪后的imu数据可封装为姿态仿真数据。

s46：向地图盒子发送卫星导航仿真数据和所述姿态仿真数据。

具体的，可按照地图盒子接收数据的通讯协议和数据格式发送加噪后的经纬度真值和imu，可实现s45和s46。

步骤s44-46可由车辆动力学模型执行，也可由专门的发送单元执行。该发送单元属于仿真数据生成单元。

除了软件方式，也可结合硬件生成卫星导航仿真数据和姿态仿真数据，图4b即示出了生成的卫星导航仿真数据和姿态仿真数据的另一种示例性流程，包括：

s41-s43不作赘述。

s47:将经纬度真值输出到卫星导航信号模拟器中，由卫星导航信号模拟器发送出携带经纬度真值信息的射频信号作为卫星导航仿真数据。

以gps为例，卫星导航信号模拟器具体可为gps模拟器。请参见图4c，卫星导航信号模拟器属于仿真数据生成单元。

将经纬度真值输入gps模拟器后，gps模拟器会发送出射频信号，地图盒子可以使用天线接收射频信号从而得到车辆的卫星导航仿真数据(卫星定位信息)。

s48:将imu数据输出到三维转台，由imu传感器输出imu数据至地图盒子。

在此步骤中，进行了imu硬件在环仿真，三维转台会根据输入的imu数据(可称为第一imu数据)变动姿态，而imu传感器则会根据三维转台的姿态生成imu数据(可称为第二imu数据)输出至地图盒子。

请参见图4c，三维转台和imu传感器属于仿真数据生成单元，三维转台、imu传感器、gps模拟器位于下位机侧。

需要说明的是，在现有测试方式中，地图盒子采用的卫星导航信号是实车接收到的，以gps射频信号为例，其容易受雨雪天气等环境因素影响而衰减，而在本实施例中，卫星导航信号是模拟生成的，也不必在户外进行测试，因此不会受环境因素影响。

下面介绍如何生成图像仿真数据。

在一个示例中，请参见图4c，仿真数据生成单元还包括传感器模型(摄像头模型)和视频信号仿真板卡。需要说明提，传感器模型(摄像头模型)属于上位机仿真软件的组件或模块，而视频信号仿真板卡位于下位机侧，视频信号仿真板卡可安装在hil下位机中。

其中，摄像头模型用于获取车辆动力学模型行驶时的实时场景信号，其模拟了真实情况下车辆在运行时，由车载摄像头拍摄实时场景的情况。

请参见图4d，实时场景信号可通过服务器显卡hdmi/dvi端口输出于视频信号仿真板卡，视频信号仿真板卡会将实时场景信号处理为图像仿真数据输出给地图盒子。

图4e示出了视频信号仿真板卡的一种示例性结构，包括：视频信号采集子板、视频处理芯片以及摄像头信号模拟子板，其中：

视频信号接收子板主要用于接收上述实时场景信号；视频处理芯片对实时场景信号进行处理，例如：颜色空间及像素色深的转换，或者图像水平垂直分辨率的插值分割等，并按照地图盒子接收的信号格式和电气特性对实时场景信号中的视频数据进行打包，通过视频连接线代替真实摄像头输出给摄像头信号模拟子板；摄像头信号模拟子板主要针对不同的摄像头接口类型，对视频处理芯片输出的信号进行编码和电气特性转换，使其可满足地图盒子的采集需求。

前述提及了，虚拟测试场景中有虚拟道路，则实时场景信号所包含的图像中也会包括车道线。可以在设计虚拟道路时，改变车道线的位置对其进行偏移、改变车道线的类型或者模拟车道线的破损等情况，测试车道线破损或者失真情况下地图盒子的定位能力。

卫星导航仿真数据、姿态仿真数据以及图像仿真数据共同作为定位的输入，需要进行时间同步。

具体的，卫星导航仿真数据、姿态仿真数据直接来自于仿真软件的数据，在下位机中按固定的周期往地图盒子发送；图像仿真数据则从显卡的通道中输出。

地图盒子在接收到卫星导航仿真数据和姿态仿真数据后，向视频仿真板卡中发送请求信号(视频仿真板卡通过模拟信号输出子板和地图盒子进行通讯)，视频仿真板卡接收到请求信号后向地图盒子中发送图像数据。地图盒子有时间同步器，图像仿真数据和其他数据的同步会在视频信号仿真板卡中实现，图像数据和其他数据之间的同步时延少于两帧图像之间的时间。

综上，本发明提出的仿真测试方案，可以在仿真环境下对地图盒子的定位功能进行测试，在开发初期可对定位的效果进行验证，缩短开发周期。并且可以在仿真软件中修改车道线等环境信息，模拟路面标线破损等异常情况，测试地图盒子的容错能力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及模型步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或模型的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、wd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。