自动驾驶仿真体系包括仿真场景、仿真平台和仿真评价三个主要模块，贯穿自动驾驶的开发、测试、落地以及运营等整个流程。其中，场景库是基础，仿真平台是核心，评价体系是关键。仿真场景包括静态、动态场景元素，核心问题是“在符合体系标准下构建遵循现实世界物理规律的虚拟场景”；自动驾驶仿真平台包括静态、动态场景搭建、车载传感器仿真、车辆动力学仿真、通信中间件、被测对象（算法）建模及仿真全过程数据管理模块，此外还会利用云技术进行规模化部署仿真以支持日益庞大的测试场景；仿真评价的核心是标准场景库和评价指标的设计，它是评估迭代后的系统性能是否变好的基础。场景库、仿真平台与评价体系三者紧密耦合，相互促进：场景库的建设需要仿真平台和评价体系作为指导，仿真平台的发展进化需要场景库和评价体系作为支撑，而评价体系的建立和完善也需要以现有的场景库和仿真平台作为参考基础。
一、仿真场景
自动驾驶测试场景的定义：自动驾驶汽车与其行驶环境各组成要素在一段时间内的总体动态描述，要素组成由所期望检验的自动驾驶汽车的功能决定。
1. 组成要素
仿真场景要素：主要分为测试车辆自身要素和外部交通环境要素两大部分；外部交通环境要素又涵盖：静态环境要素、动态环境要素、交通参与者要素、气象要素等。
2. 分类方法
按照场景的抽象程度可分为：功能场景、逻辑场景、具体场景。举个例子，功能场景可以描述为，“自车（被测车）在当前车道运行，在自车前方有前车加速运行，自车跟随前车行驶。”逻辑场景则提炼出关键场景参数，并赋予场景参数特定的取值范围，如以上描述的场景可提取自车车速，前车车速以及加速度，自车与前车距离等参数，每个参数都有一定的取值范围和分布特性，参数之间可能还存在相关性。具体场景则需要选取特定的场景参数值，组成场景参数向量，并通过具体的计算机场景语言表示。随着系统开发过程的逐渐深入，仿真场景的抽象程度需求不断降低，场景数量需求却不断在增加。通过将结构化的功能场景与参数范围相结合能够转换生成逻辑场景，参数范围可以通过数据驱动方法来定义。每个逻辑场景都可以通过从参数范围中选择具体值来转换为具体场景。
按照场景数据来源分类：自然驾驶场景、危险工况场景、标准法规场景、参数重组场景
3. 格式标准
1）静态场景格式标准：OpenDRIVE、OpenCRG、RoadXML和OSM
2）动态场景格式标准：OpenSCENARIO
4. 构建流程
场景构建的基本流程是数据采集与处理、数据提取和数据转化。传统的数据采集与处理，包括数据存储、数据标注、数据分类在企业中往往由基础架构部门负责，这部分在理论上和实践上也已经相当成熟了。仿真需要重点关注的是如何高效的从数据中提取有价值的场景（聚类逻辑场景），并将其转化为具体场景格式。
二、仿真平台
仿真平台是自动驾驶仿真的核心，从狭义上来说自动驾驶仿真平台是仿真软件（模拟器）、通信接口与被测对象的集合；广义上来讲，它又包括云仿真环境。
1. 自动驾驶模拟器
一个完整的自动驾驶模拟器从逻辑上包括静态场景模块、动态场景（交通流）模块、传感器仿真、动力学仿真及仿真全过程数据管理模块。各模块组成及核心问题如下：
2. 通信中间件
通信中间件是仿真软件和被测对象（算法）之间的信息传输环境，其基础是利用计算机网络完成信息传输。一般可以通过通信中间件（ROS/ROS2、CyberRT、AutoSAR等）处理仿真数据，并将其转化为被测对象所需的数据格式进行传输。部分关键问题如下：
- 结合具体测试需求选择合适的中间件；
- 如何减少仿真消息的延迟和丢失以保证通信效率，提升系统的实时性；
3. 被测对象/算法
根据被测对象需求不同，业界常用的仿真工具链包括模型在环（MIL）、软件在环（SIL）、硬件在环（HIL）、整车在环（VIL）；其中，MIL和SIL主要应用于V模式开发流程中的设计开发阶段，HIL和VIL主要应用于测试验证阶段；SIL应用范围最广，其他工具链也具备独特的优势和必要性。部分关键技术如下：
- MIL与SIL相似，最基础的问题是通信环境构建，往上进一步则需要研究仿真效率、实时性、同步性等；
- HIL需要补充实时机与硬件通信接口的知识；
4. 云仿真
为保证自动驾驶系统的安全性，需要进行海量的场景和里程测试，传统本地仿真系统的规模和效率无法支持庞大的测试场景，工业界主流解决方案是使用大规模云仿真资源并行计算，并在不同的agent之间交换仿真结果以提高效率；另外一种方法是通过缩小无风险里程来提高特定挑战场景的生成效率，即通过压力测试提高仿真效率。
三、仿真评价
仿真评价体系是必须是精心设计的，它是评估迭代后的系统性能是否变好的基础。
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参考
- 自动驾驶仿真专栏 – 鲨鱼观海
- 自动驾驶仿真及其工具链（6万字扫盲） – BUAA火车侠
- 一文读懂自动驾驶仿真测试技术现状 – 陈康成 九章智驾
- 基于场景的自动驾驶汽车虚拟测试研究进展 – 朱冰 中国公路学报
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