无人驾驶测试场多交通参与者实景仿真交互控制系统的制作方法

本发明涉及自动驾驶仿真测试，尤其涉及无人驾驶测试场多交通参与者实景仿真交互控制系统。

背景技术：

1、随着自动驾驶技术从辅助驾驶向高阶自动驾驶、全域自动驾驶快速迭代，车辆自主决策、动态避让、多目标交互能力成为自动驾驶系统安全认证的核心考核指标。自动驾驶车辆的量产落地，必须依托海量、复杂、高保真的交通场景仿真测试与实景试验验证，封闭测试场实景仿真测试是衔接虚拟纯仿真与真实道路实测的核心关键环节，直接决定自动驾驶车型的研发迭代效率与上路安全水平。

2、当前无人驾驶测试场的仿真测试体系主要分为纯虚拟仿真测试、实体硬件场景测试两类主流技术方案，但两类方案均存在固有技术缺陷，无法满足高阶自动驾驶多交通参与者动态博弈交互的测试需求，具体缺陷如下：

3、第一，传统纯虚拟仿真测试方案脱离实车硬件感知逻辑，测试保真度低。现有虚拟仿真平台仅能完成场景视觉渲染与逻辑模拟，未针对车载激光雷达、摄像头、毫米波雷达进行物理级特性建模，虚拟交通参与者无法被实车传感器真实识别，仅能输出逻辑层面的交互数据，与真实道路中传感器感知、目标筛选、决策交互的实际过程差异极大，测试结果可信度低，无法验证自动驾驶车辆的底层感知与极限决策能力。同时纯仿真场景无法结合测试场真实物理环境，场景泛化性差，无法复现实地测试的环境干扰、路面特性、光照变化等真实工况。

4、第二，传统实体场景测试工况固化、交互能力缺失。现有测试场实体测试仅依靠固定假人、固定假车、预设轨迹完成单一工况测试，所有交通参与者运动轨迹提前固化，属于开环测试模式，无法根据被测车辆的实时驾驶行为、决策动作动态调整自身运动状态。真实道路交通中，行人、非机动车、机动车存在大量博弈避让、抢行、折返、加塞等动态交互行为，而传统实体测试设备不具备智能交互与博弈响应能力，无法复现人车、车车之间的动态耦合关系，导致极限危险工况测试覆盖率严重不足。

5、第三，现有虚实融合测试系统存在严重的时空不同步问题。目前少量虚实混合测试方案未构建统一的全域时空基准，虚拟仿真场景渲染、实体执行设备运动、被测车辆行驶状态、传感器数据输出之间存在毫秒级时序偏差与厘米级以上空间偏移，虚实交通参与者位置、动作时序错乱，交互逻辑失真，极易出现仿真测试数据失真、交互场景失效的问题，无法满足高精度自动驾驶试验的技术要求。同时现有系统缺乏动态偏差校准机制，测试过程中设备漂移、网络延迟会持续放大时空误差，进一步降低测试可靠性。

6、第四，现有测试系统无闭环交互反馈机制，测试逻辑脱离真实交通规律。传统测试均为单向开环测试，仅由预设场景驱动被测车辆行驶，无法采集被测车辆的实时感知结果、运动状态、决策行为反向驱动场景变化，无法模拟真实道路中“车随景变、景随车动”的动态耦合关系，无法验证自动驾驶车辆在动态交互场景中的连续决策能力，测试结果无法支撑高阶自动驾驶算法迭代优化。

7、第五，现有测试系统场景搭建效率低、安全管控薄弱、数据评价体系不完善。传统测试场景依赖人工逐参数配置，复杂多参与者交互场景搭建耗时久、复用性差；同时缺乏独立的安全联锁防护机制，极限工况测试中极易发生车辆、设备碰撞损坏，测试风险极高；此外，现有系统仅能简单存储测试数据，无法实现全时序场景回放与多维度量化评价，测试结果主观性强、标准化程度低，无法满足国标、行标规范化测试认证要求。

8、综上所述，当前无人驾驶测试场仿真测试技术存在感知保真度低、交互真实性差、时空精度不足、无闭环动态交互、场景迭代困难、测试安全性弱、评价体系缺失等核心技术瓶颈，难以满足高阶自动驾驶车辆复杂多交通参与者实景交互的测试验证需求。因此，亟需研发一种具备高精度虚实融合仿真、多参与者博弈交互、实车闭环反馈、全域时空同步、智能安全管控与自动化评价的多交通参与者实景仿真交互控制系统，以解决现有技术的诸多缺陷。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供无人驾驶测试场多交通参与者实景仿真交互控制系统，以解决现有自动驾驶测试方案存在纯虚拟仿真与实车感知脱节、实体测试场景单一固化、虚实交通参与者时空不同步、多类型交通参与者无法实现动态博弈交互、测试安全管控缺失、场景搭建效率低、测试数据无法闭环评价的问题。

2、本发明提出的技术方案为：无人驾驶测试场多交通参与者实景仿真交互控制系统，具体包括实景三维仿真底座模块、多交通参与者协同控制模块、实车在环交互反馈模块、时空同步标定模块；

3、所述实景三维仿真底座模块，用于基于测试场真实物理环境构建高精度三维实景模型，生成支持多传感器物理特性模拟的虚拟交通参与者库，并将虚拟交通参与者叠加渲染至三维实景模型中，形成虚实融合的仿真测试场景；

4、所述多交通参与者协同控制模块，用于配置各交通参与者的初始行为参数与交互规则，生成多交通参与者的协同运动轨迹，分别向实体交通执行设备与虚拟交通参与者输出控制指令，实现虚实两类交通参与者的行为同步与协同交互；

5、所述实车在环交互反馈模块，用于实时采集被测无人驾驶车辆的位姿、运动状态与传感器感知数据，将被测车辆的动态行为反馈至多交通参与者协同控制模块，触发虚拟交通参与者与实体交通执行设备的行为动态调整，形成被测车辆与多交通参与者的闭环交互控制；

6、所述时空同步标定模块，用于为三维实景模型、虚拟交通参与者、实体交通执行设备与被测车辆提供统一的时空基准，实现时间与空间的精准对齐。

7、进一步地，所述实景三维仿真底座模块内置传感器物理仿真单元，所述传感器物理仿真单元分别对虚拟交通参与者开展激光雷达反射强度建模、摄像头光学成像建模、毫米波雷达雷达散射截面建模，使被测无人驾驶车辆搭载的激光雷达、摄像头、毫米波雷达能够直接识别仿真场景内虚拟交通参与者，输出与真实道路场景完全匹配的感知数据，消除纯虚拟仿真与实车车载传感器感知之间的断层。

8、进一步地，所述多交通参与者协同控制模块包含全局交通流调度单元与微观交互博弈单元；全局交通流调度单元根据测试工况需求生成全部交通参与者的全局行驶路径与宏观通行规则，完成多参与者整体交通流协同调度；微观交互博弈单元在被测车辆与交通参与者间距小于预设交互阈值时，依托深度强化学习博弈模型实时修正交通参与者的行驶速度、航向角、启停、避让、横穿等动作，高度还原真实道路交通中车辆、行人、非机动车之间的博弈避让交互行为。

9、进一步地，所述多交通参与者协同控制模块通过工业实时总线对接多类实体交通执行设备，包括可移动假人装置、可移动假车装置、非机动车模拟装置、可升降路障装置；多交通参与者协同控制模块能够向各类实体交通执行设备下发毫秒级实时运动控制指令，控制实体设备严格按照协同运动轨迹与交互逻辑动态行驶、变道、横穿道路。

10、进一步地，所述实车在环交互反馈模块包括车辆状态采集单元与感知数据解析单元；车辆状态采集单元通过车载can总线与车载高精度定位设备，不间断采集被测车辆实时位置、姿态、行驶速度、加速度、车轮转向角运动数据；感知数据解析单元解析被测车辆车载传感器输出的原始感知信息，提取感知目标类别、坐标、置信度数据并回传至多交通参与者协同控制模块，一方面校验虚拟交通参与者传感器仿真识别一致性，另一方面动态迭代优化交通参与者交互控制策略。

11、进一步地，所述时空同步标定模块采用精密时间同步协议为全部仿真计算节点、实体硬件设备统一授时，实现亚毫秒级全域时间同步；同时依托测试场预先布设的标定靶标与全局高精度定位数据，对三维实景模型、虚拟交通对象、实体交通执行设备开展联合空间坐标校准，达成厘米级空间位置对齐。

12、进一步地，所述时空同步标定模块集成动态偏差校准单元，测试全程实时监测虚拟交通参与者、实体交通执行设备之间的时空偏移量，当偏移数值超出预设精度阈值时，自动对仿真画面渲染输出、实体设备运动控制指令施加延迟补偿与坐标修正，全程维持虚实场景时空对齐精度。

13、进一步地，本系统还增设安全管控模块，所述安全管控模块包含风险预测单元与紧急联锁单元；风险预测单元基于被测车辆、全部虚实交通参与者的实时运动轨迹持续推演碰撞风险，划分多级风险预警等级并同步输出声光、软件弹窗双重预警；紧急联锁单元在风险等级达到危险阈值时，同步下发多重紧急指令，控制实体交通执行设备紧急制动、冻结仿真场景运动逻辑、向被测车辆输出强制紧急停车信号，全方位规避测试碰撞事故。

14、进一步地，本系统还配置场景组态配置模块，场景组态配置模块内置覆盖国标法规工况、典型危险交互场景的标准化测试场景素材库，支持可视化拖拽式编辑操作，操作人员可自由配置交通参与者类型、数量、初始停放位置、通行行为逻辑，一键生成定制化复杂交互测试场景，大幅降低场景搭建耗时。

15、进一步地，本系统还搭载测试数据管理模块，全程不间断存储记录测试全过程的被测车辆运动状态数据、虚实交通参与者运动轨迹数据、车载传感器原始感知数据、车辆与交通参与者交互事件日志；支持任意测试片段全时序场景回放，同时依据预设通行安全、通行效率、感知识别精度多维度评价指标，自动生成标准化无人驾驶场景测试评估报告。

16、本发明提供的无人驾驶测试场多交通参与者实景仿真交互控制系统，具有如下有益效果：

17、本发明通过实景三维仿真底座模块搭载多传感器物理仿真单元，构建虚实融合一体化测试场景，解决传统纯仿真无法被实车传感器真实识别、纯实体测试场景改造成本高、工况单一的缺陷，兼顾仿真场景灵活迭代与实车硬件真实感知效果；

18、本发明采用分层式多交通参与者协同控制架构，结合全局交通流调度与微观强化学习博弈交互，可同步管控虚拟、实体两类行人、车辆、非机动车参与者，高度复现真实道路复杂博弈交互行为，提升自动驾驶极限工况测试真实性；

19、本发明设置实车在环闭环反馈链路，基于被测车辆实时运动与感知数据反向动态调整交通参与者行为，实现“车辆感知-场景交互-行为反馈”闭环测试，突破传统开环测试无法模拟车辆自主决策带来的连锁交通反应的短板；

20、本发明依托时空同步标定模块实现亚毫秒时间、厘米级空间全域对齐，并配套动态偏差实时补偿机制，彻底解决虚实场景错位、交互时序错乱的技术难题，保障多参与者交互逻辑准确可信；

21、本发明集成安全联锁、可视化快速组态、全流程数据记录与自动评价一体化配套功能，既能保障测试过程人员、设备安全，又可快速搭建各类法规与危险测试工况，同时自动完成测试数据归档与性能量化评估，大幅降低自动驾驶测试人力、时间、硬件成本，提升封闭测试场的测试覆盖度与试验效率。

22、本发明在使用时，操作人员通过场景组态配置模块拖拽搭建目标测试场景，实景三维仿真底座模块加载测试场实景模型并渲染带传感器物理属性的虚拟交通参与者；时空同步标定模块完成所有硬件、仿真节点时空基准统一；多交通参与者协同控制模块输出协同轨迹指令，同步驱动虚拟交通对象与现场实体假人、假车设备运动；测试启动后实车在环交互反馈模块持续采集被测无人驾驶车辆运动与感知数据并回传，微观交互博弈单元根据车辆实时行为动态调整各交通参与者避让、横穿、加减速动作；安全管控模块全程预判碰撞风险，出现高危工况时同步触发全设备紧急制动保护；测试结束后测试数据管理模块存储全量试验数据，一键回放场景并自动输出车辆综合测试评价报告。