—— 映馳科技CTO 段勃勃博士

01背景和技術(shù)需求

映馳科技為用戶提供“高性價(jià)比”與“高性能體驗(yàn)”靈活可選的行泊一體量產(chǎn)算法解決方案，其中間平臺(tái)軟件在大規(guī)模量產(chǎn)復(fù)制和復(fù)雜系統(tǒng)上，更是有著舉足輕重的價(jià)值。映馳科技通過多個(gè)自動(dòng)駕駛項(xiàng)目的平臺(tái)軟件的量產(chǎn)項(xiàng)目，積累的方法論、工具鏈、軟件模塊，是軟硬解耦的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也是自動(dòng)駕駛產(chǎn)品系統(tǒng)的開發(fā)加速器。

為了更好的服務(wù)不同車廠和Tier1客戶，映馳科技對(duì)仿真工具鏈提出了三點(diǎn)技術(shù)要求：

• 加速泊車方案的開發(fā)交付；

• 充分驗(yàn)證多類型動(dòng)靜態(tài)環(huán)境場景下的自動(dòng)泊車算法表現(xiàn)；

• 仿真工具必須通過功能安全I(xiàn)SO 26262 TCL3認(rèn)證。

1.1加速泊車方案的開發(fā)交付

本方案的應(yīng)用場景主要是支持泊車功能的開發(fā)與交付量產(chǎn)項(xiàng)目。

為了更好的服務(wù)于客戶需求，映馳科技需要高效的開發(fā)可靠的泊車系統(tǒng)；并對(duì)所開發(fā)系統(tǒng)做充分的測試驗(yàn)證，保證其穩(wěn)定性與強(qiáng)健性。

1.2充分驗(yàn)證多類型動(dòng)靜態(tài)環(huán)境

場景下的自動(dòng)泊車算法表現(xiàn)

下圖展示了多種典型停車位形態(tài)，實(shí)車測試收集如此種類繁雜的停車位成本極高。如再引入不同的天氣、光照狀態(tài)、停車位占用、停車場行人和特殊目標(biāo)障礙物等因素…待測場景數(shù)量將呈指數(shù)級(jí)增長，難以單純依賴實(shí)車進(jìn)行充分、全面的測試驗(yàn)證。

1.3功能安全I(xiàn)SO 26262 TCL3認(rèn)證

自動(dòng)駕駛仿真軟件工具在很大程度上可以提供自動(dòng)化的測試服務(wù)，因此更需要關(guān)注其在規(guī)定的安全生命周期中需要執(zhí)行的任務(wù)的可靠性。

ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)第 8 部分第 11 條包含工具評(píng)估和鑒定方法，包括工具評(píng)估、確定工具置信度、工具認(rèn)證等幾個(gè)方面。只有選擇足夠可靠的仿真工具，才能得出可信的測試結(jié)論。

02技術(shù)挑戰(zhàn)

映馳科技針對(duì)以上的技術(shù)需求，在選擇評(píng)估專業(yè)的仿真工具前，主要使用試驗(yàn)車場地測試的方式，遇到了較多難題：

1. 可驗(yàn)證場景數(shù)量和類型具有局限性

在實(shí)車測試中，無論是靜態(tài)停車場的豐富度，或是動(dòng)態(tài)干擾物的豐富度都有較大的局限性。對(duì)靜態(tài)停車場而言，實(shí)車測試很難覆蓋到不同材質(zhì)、不同斜向、不同顏色、不同磨損程度的停車場。對(duì)于動(dòng)態(tài)干擾物而言，構(gòu)建場景中機(jī)動(dòng)車和行人干擾物的行為動(dòng)作不僅耗時(shí)耗力，且不能窮舉。同時(shí)，對(duì)于不同的天氣因素，如降雨、降雪等更是可遇不可求。

2. 實(shí)車驗(yàn)證泊車算法的時(shí)間成本較高

在算法迭代過程中，使用實(shí)車進(jìn)行相關(guān)算法驗(yàn)證，不僅需要耗費(fèi)時(shí)間將算法部署至實(shí)車控制器，同時(shí)要針對(duì)性找尋測試場景。

3. 該項(xiàng)目內(nèi)部暫共享有限臺(tái)測試車，實(shí)際可支配時(shí)間受限，需要降低實(shí)車測試依賴

在同一項(xiàng)目中，公司持有的測試車數(shù)量有限。由于多個(gè)團(tuán)隊(duì)共享測試車資源，為了避免時(shí)間統(tǒng)籌的沖突，引入仿真開發(fā)與測試驗(yàn)證平臺(tái)有著較高的必要性。

4. 泊車算法開發(fā)前期，算法健壯性不足，直接實(shí)車測試具備一定的安全隱患等

在算法開發(fā)前期，需要較多的驗(yàn)證與迭代工作。此時(shí)將實(shí)車直接投入測試驗(yàn)證，對(duì)測試車輛與周圍環(huán)境都有較大的安全隱患。

03解決方案

針對(duì)以上技術(shù)挑戰(zhàn)，經(jīng)過充分技術(shù)評(píng)估，映馳科技發(fā)現(xiàn)西門子Simcenter Prescan仿真軟件平臺(tái)，可以通過數(shù)字化仿真手段，優(yōu)化算法與系統(tǒng)的開發(fā)與測試驗(yàn)證業(yè)務(wù)流程，減少對(duì)物理測試的車輛、人員、場地、時(shí)間依賴，最大程度上實(shí)現(xiàn)縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高驗(yàn)證效率。Simcenter Prescan的ISO26262 TCL3 軟件功能安全等級(jí)認(rèn)證，也加強(qiáng)了映馳科技的信心。

Simcenter Prescan專注于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的仿真。其不僅可以提供行車場景的仿真，同時(shí)更是自帶一些停車仿真場景的系統(tǒng)模型，如地下三層停車場、停車場地鎖、停車場路燈、大小型垃圾桶等。同樣，由于Simcenter Prescan具備自動(dòng)化測試API接口，可幫助映馳科技在該項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)快速的場景泛化與自動(dòng)化測試。在傳感器層面，Simcenter Prescan也有著明顯的優(yōu)勢(shì)。其不僅可以對(duì)毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭進(jìn)行元器件層面的物理建模，更是在功能發(fā)布前進(jìn)行了實(shí)際傳感器對(duì)標(biāo)驗(yàn)證，光學(xué)試驗(yàn)室測試表明，Simcenter Prescan物理攝像頭仿真模型與Sekonix SF3325攝像頭的實(shí)測結(jié)果，具有高度的一致性，例如畸變模型的準(zhǔn)確度高達(dá)98.4%[2]。

對(duì)上述技術(shù)需求與技術(shù)挑戰(zhàn)痛點(diǎn)進(jìn)行匹配，映馳科技泊車項(xiàng)目的仿真方案整理如下：

3.1停車場場景構(gòu)建與場景泛化

停車場類型：露天停車場、路邊停車場、地下停車場、多層停車樓；

基礎(chǔ)場景泛化生成130種泊車位場景，包括垂向、水平、斜列停車位類型等；

3.2多種停車場標(biāo)線組合

停車場類型：露天停車場、路邊停車場

標(biāo)線虛實(shí)涵蓋實(shí)線、虛線、混合線型；

標(biāo)線類型：全封閉（口型）、半封閉（T型）、不封閉（U型）；

3.3精準(zhǔn)的魚眼攝像頭仿真模型

實(shí)現(xiàn)內(nèi)參、外參、成像效應(yīng)的建模，高精度的畸變還原，充分滿足環(huán)視感知的建模[2]。

下圖為不同停車位建模的俯視效果圖。Simcenter Prescan包含大小型機(jī)動(dòng)車約100多種，可靈活構(gòu)建場景中車輛類型，豐富感知訓(xùn)練數(shù)據(jù)。同時(shí)，停車線可靈活配置，包括不同的形狀、傾斜度與車道線本身的磨損缺失與物體遮擋（如雪糕筒對(duì)角點(diǎn)的遮擋、停車位內(nèi)部物體、與井蓋在停車位線的遮擋等）。

04客戶收益

泊車系統(tǒng)的數(shù)字仿真方案，可快速定位算法和代碼的性能短板、補(bǔ)充實(shí)車測試、降低硬件和人力投入，加速了開發(fā)周期。

4.1高效的測試驗(yàn)證

前期通過仿真測試發(fā)現(xiàn)算法Bug，并快速迭代改進(jìn)；

中期引入仿真自動(dòng)化測試流程，降低測試人力投入；

使用仿真補(bǔ)充實(shí)車測試，保證各算法版本高效、完整的自動(dòng)化回歸測試。

4.2便捷的開發(fā)探索

借助仿真驗(yàn)證新的狀態(tài)機(jī)搭建方案，降低開發(fā)板開發(fā)周期；

對(duì)新的算法方案，進(jìn)行仿真快速驗(yàn)證，加速算法開發(fā)速度。

05項(xiàng)目延展性

項(xiàng)目持續(xù)性與延展性體現(xiàn)在項(xiàng)目初期搭建完成后，項(xiàng)目的既定目標(biāo)是否還能繼續(xù)，項(xiàng)目是否可以持續(xù)地發(fā)展下去，且項(xiàng)目本身能否給使用者帶來持續(xù)性的價(jià)值、更大的價(jià)值。在此項(xiàng)目的構(gòu)建中，項(xiàng)目持續(xù)性與延展性也是重要的考慮因素。

在當(dāng)前項(xiàng)目成果的基礎(chǔ)上，考慮到后續(xù)項(xiàng)目的發(fā)展方向，結(jié)合數(shù)字化仿真的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)更完整的驗(yàn)證場景、特定化噪聲模擬、基于仿真的完整評(píng)價(jià)系統(tǒng)與基于仿真的持續(xù)集成集成部署平臺(tái)搭建。具體拓展思路如下：

1. 疊加目標(biāo)級(jí)車位噪聲，評(píng)估泊車規(guī)控算法性能證：

對(duì)車位角點(diǎn)真值引入噪聲模型，驗(yàn)證泊車規(guī)控算法的魯棒性；

2. 對(duì)停車位的感知識(shí)別：

停車位線磨損缺失與不同顏色；

物體遮擋：井蓋遮擋、雪糕筒等障礙物覆蓋；

3. 對(duì)停車位內(nèi)文字標(biāo)識(shí)的識(shí)別：

標(biāo)識(shí)方式：文字、數(shù)字、字母、圖案；

標(biāo)識(shí)內(nèi)容：限時(shí)、出租車專用、充電車位等；

4. 復(fù)雜障礙物的影響：

動(dòng)態(tài)障礙物：停車場的行人、機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車；

靜態(tài)障礙物：立柱、標(biāo)識(shí)牌、地鎖、雪糕筒、塑料圍欄等；

5. 依托仿真平臺(tái)，構(gòu)建更全面與便捷的AVP算法評(píng)價(jià)：

泊入成功率、泊車車速、泊車用時(shí)、揉庫次數(shù)、泊車位姿；

6. 基于仿真的算法持續(xù)集成與持續(xù)部署(CICD) 平臺(tái)搭建：

通過算法自動(dòng)編譯，構(gòu)建單機(jī)SIL的CICD環(huán)境。

進(jìn)一步提高效率、釋放人力。

總之，通過引入西門子Simcenter Prescan數(shù)字化仿真平臺(tái)，映馳科技優(yōu)化了其自動(dòng)駕駛項(xiàng)目開發(fā)與驗(yàn)證的業(yè)務(wù)流程，最大程度降低了人力和物料投入，優(yōu)化了開發(fā)效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。相信映馳科技的數(shù)字化實(shí)踐，會(huì)對(duì)自動(dòng)駕駛行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供范例和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

1：J. K. Suhr and H. G. Jung, "Fully-automatic recognition of various parking slot markings in Around View Monitor (AVM) image sequences," 2012 15th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems, Anchorage, AK, USA, 2012, pp. 1294-1299, doi: 10.1109/ITSC.2012.6338615.

2：Edwin Rijpkema, Rogier van Aken, “Quality benchmark report Prescan Physics based Camera,” 7 August 2019 , 17.0201.1.NL.RE/FB