基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统及方法
技术领域
本申请涉及智能网联汽车技术领域，尤其涉及一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统及方法。
背景技术
车路协同技术，是指利用车载和路侧节点形成专有网络，搜集和传递车辆姿态和道路状况等相关信息，以增强自动驾驶系统的感知能力的技术，其是实现完全自动驾驶的关键技术之一。
车路协同技术强调的应当是车与外界的协同能力。但目前，车路协同技术的测试设备和测试方法依然停留在单节点的性能和功能测试上。如何测试节点在复杂环境中的性能，使测试结果更贴近真实环境中的表现，已逐渐成为行业关注的焦点。
目前行业采取的测试方法主要是：在真实的场地中构建人、车和路的测试环境。这种模式有以下缺点：1、资金花费大；2、受天气、云层等随机因素影响，多次测试结果的一致性较差；3、背景节点(即被测节点之外的其他节点)数量有限，无法反映真实交通环境。
发明内容
为解决目前车路协同技术应用测试中缺少现场仿真测试环境的问题，本申请提供一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统及方法，利用综测仪模拟单个或多个背景节点，形成与道路实际情况匹配的通信背景环境，进而实现对被测节点和业务的规模化、智能化评测。
本申请的上述目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统，包括：设置在测试车辆上的车载控制中心和车载模拟节点以及设置在被测车辆上的数据采集模块和被测节点；
所述车载控制中心包括场景仿真模块、控制器和测试评估模块；所述车载模拟节点包括综测仪和由所述综测仪生成的一或多个虚拟背景节点；
所述场景仿真模块，用于配置测试场景信息，并根据被测车辆的运动状态数据，动态调整所述测试场景信息；其中，所述测试场景信息包括被测车辆参数、测试背景对象参数以及测试背景对象与所述虚拟背景节点之间的映射关系；
所述控制器，用于基于所述场景仿真模块配置的测试场景信息向综测仪发送控制指令，以使所述综测仪模拟生成所述虚拟背景节点以及使所述虚拟背景节点与周围节点进行数据通信；
所述数据采集模块，用于采集被测车辆的运动状态数据并反馈到所述场景仿真模块；其中，被测车辆基于所述场景仿真模块配置的测试场景信息运行，并根据所述被测节点与所述虚拟背景节点之间的数据通信结果调整自身运动状态；
所述测试评估模块，用于将所述数据采集模块和所述虚拟背景节点发送的测试数据按照预设的测试标准进行分析和评估，并生成测试结果和报告。
可选的，基于所述控制器发送的控制指令，所述综测仪生成的虚拟背景节点的信息包括背景节点数量、各背景节点与被测节点距离、背景节点的数据发送频率、通信密度、干扰强度和业务逻辑。
可选的，所述虚拟背景节点包括关联节点和干扰节点，所述关联节点为与所述被测节点发生实质性动作的节点，其发送的数据用于模拟所述测试背景对象的状态，所述干扰节点为提供模拟测试环境中的背景噪声的节点，其发送的数据用于与所述被测节点争抢信道，制造噪音，增加被测节点的数据处理负荷。
可选的，所述测试背景对象包括车辆、行人、路边基础设施和边缘云设备中的至少一种。
可选的，各节点向周围节点发送的通信数据为规范化的数据报文。
可选的，若所述测试背景对象为车辆，其报文结构包括以下内容的部分或全部：计数器、车辆ID、时间戳、位置坐标精度、传动方式、速度、朝向、方向盘角度、运动轨迹精度、四轴加速度、车辆大小、车辆类型和车辆其他安全装置描述。
可选的，基于测试规模，所述综测仪的数量为一或多个。
可选的，所述被测节点为V2X通信终端。
第二方面，本申请实施例还提供一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评方法，应用于上述的系统，所述方法包括：
通过所述场景仿真模块配置测试场景信息；
所述场景仿真模块通过所述控制器将测试场景信息发送至所述综测仪和被测车辆；
所述综测仪基于测试场景信息生成虚拟背景节点，所述虚拟背景节点与周围节点进行数据通信；
搭载被测节点的被测车辆基于测试场景信息运行，并根据所述被测节点与所述虚拟背景节点之间的数据通信结果调整自身运动状态；
所述数据采集模块获取被测车辆的运动状态数据并通过所述控制器发送至所述场景仿真模块，以及所述虚拟背景节点通过所述控制器将获取的通信数据发送至所述场景仿真模块；
所述场景仿真模块判断是否满足预设的测试要求，若未满足测试要求，则动态调整测试场景信息，并以最新调整的测试场景信息，继续进行测试，直至满足测试要求；
通过所述测试评估模块将测试数据按照预设的测试标准进行分析和评估，并生成测试结果和报告。
可选的，所述虚拟背景节点通过所述控制器向所述场景仿真模块发送通信数据时，仅发送接收自所述被测节点的通信数据。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请的实施例提供的技术方案中，与现有的实体测试环境相比，首先利用综测仪模拟背景节点，可以形成与道路实际情况匹配的通信背景环境，而无需设置实体的人、车和路的实体背景节点，从而有效降低成本；其次，节点配置、场景生成、数据采集、数据分析和结果评价都可以在线完成，从而可以实现自动化的测试和评价流程；此外，测试过程中可以根据需要设置和调整不同的测试内容，从而可以保证测试和评价的全面性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统的部署流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统的实际测评流程示意图；
图5为本申请实施例提供的一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统中的综测仪的实际处理流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
车路协同一般理解为采用V2X技术实现面向交通安全、面向交通效率以及面向信息服务应用的统称。其中，V2X(Vehicle to Everything)，是指在车辆上安装一种专用通信终端，可实现与其他车辆、道路、行人以及云端进行数据交互服务，具体包括V2V(VehicleTo Vehicle，车与车连接)，V2I(Vehicle To Infrastructure，车与基础设施连接)，V2P(Vehicle To Pedestrian，车与行人连接)，V2N(Vehicle To Network，车与网络连接)。所述专用通信终端主要对通信时延要求较高(小于10ms)，且支持设备之间直接连接。目前主流技术之一是DSRC(Dedicated Short Range Communications，专用短距离通讯),另一种是LTE-V2X(基于蜂窝移动通信的V2X)。
车路协同在业务上表现为通过在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。车路协同技术在应用前需要进行测试，对车路协同系统的测试目前是按性能测试和功能测试分别开展的。
性能测试方法为：按照传统的蜂窝节点或者wifi节点的测试方法，以测试节点的通信性能为主。具体测试方法为，针对V2I、V2V及V2P类应用，将两个节点致于空旷的场地中，调整两个节点间的位置和姿态关系，记录并测试两个节点的丢包、时延、容量、通信速率等参数，考察其通信性能。针对V2N类应用，改变单个被测节点的位置和姿态，测试该节点与云端通信的丢包、时延、容量、通信速率等参数。
功能测试方法为：将V2X业务视为一种ADAS业务，根据业务发生条件放置测试车辆，按照V2X业务场景，测试被测车辆的预警消息或其他消息发出的时间，车辆行驶距离以及业务逻辑正确性等参数。
但目前，车路协同技术的测试设备和测试方法一般为单节点、单业务的性能和功能测试。如何测试被测车辆在复杂环境中的性能，使测试结果更贴近真实环境中的表现，已逐渐成为行业关注的焦点。虽然也有一些在真实的场地中构建人、车和路的测试环境的综合测试方法，但其存在的缺点包括：1、资金花费大；2、受天气、云层等随机因素影响，多次测试结果的一致性较差；3、背景节点(即被测节点之外的其他节点)数量有限，无法反映真实交通环境。
为了解决上述问题，本申请提供一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统及方法，通过综测仪模拟单个或多个背景节点，形成与道路实际情况相匹配的通信背景环境，进而实现对被测节点和业务的规模化、智能化测评。
以下将通过实施例对上述方案进行详细说明。
实施例一
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：设置在测试车辆(图中未示出)上的车载控制中心和车载模拟节点以及设置在被测车辆上的数据采集模块和被测节点；
所述车载控制中心包括场景仿真模块、控制器和测试评估模块；所述车载模拟节点包括综测仪和由所述综测仪生成的一或多个虚拟背景节点；
所述场景仿真模块，用于配置测试场景信息，并根据被测车辆的运动状态数据，动态调整所述测试场景信息；其中，所述测试场景信息包括被测车辆参数、测试背景对象参数以及测试背景对象与所述虚拟背景节点之间的映射关系；
所述控制器，用于基于所述场景仿真模块配置的测试场景信息向综测仪发送控制指令，以使所述综测仪模拟生成所述虚拟背景节点以及使所述虚拟背景节点与周围节点进行数据通信；
所述数据采集模块，用于采集被测车辆的运动状态数据并反馈到所述场景仿真模块；其中，被测车辆基于所述场景仿真模块配置的测试场景信息运行，并根据所述被测节点与所述虚拟背景节点之间的数据通信结果调整自身运动状态；
所述测试评估模块，用于将所述数据采集模块和所述虚拟背景节点发送的测试数据按照预设的测试标准进行分析和评估，并生成测试结果和报告
需要说明的是，本实施例中各模块的网络连接方式包括有线连接(光纤、网线等)和无线连接(V2X、5G等)，其中场景仿真模块、控制器之间通过光纤、网线等有线方式连接，控制器与综测仪之间通过光纤、网线、5G等方式连接，综测仪模拟的虚拟背景节点与被测节点通过V2X、5G方式连接，数据采集模块与控制器之间通过V2X、4G、5G方式连接，数据采集模块与被测节点之间通过CAN、车内以太网等有线方式连接。
本申请的目的在于模拟真实道路的通信环境，因此通过设置场景仿真模块来定义想要模拟的测试场景信息，包括被测车辆参数、测试背景对象参数，其中，测试背景对象可以是车辆、行人、路边基础设施和边缘云设备中的至少一种，具体种类和数量则取决于想要模拟的测试场景。如此设置，可以通过设置大量测试背景对象来模拟真实道路的环境，从而测设被测车辆与这些测试背景对象之间的数据通信过程以及数据通信之后的运动状态的改变。
此外，综测仪指无线电综合测试仪，是一种可以模拟WLAN、LTE、LTE-V、5G等多种射频信号的综合测试仪表，其可通过硬件模块化组装，软件配置数据发送通道，实现多路无线电信号的模拟。在真实道路中，测试背景对象，以背景车辆为例，其可以视作一个向周围其他节点(通信终端)发送自身状态的背景节点(通信终端)，因此，本实施例中采用综测仪来虚拟一到多个背景节点，并使每个背景节点向周围节点发送自身参数(以车辆为例，自身参数即车辆的运动状态信息，由场景仿真模块配置得到)，从而即可虚拟得到想要的测试环境。并且，如果测试规模较大，也即需要的背景节点数量较多时，一台综测仪可能无法满足要求，则可以设置多台综测仪。
进一步的，综测仪生成的虚拟背景节点的信息包括背景节点数量、各背景节点与被测节点距离、背景节点的数据发送频率、通信密度、干扰强度和业务逻辑。其中，背景节点数量、各背景节点与被测节点距离、背景节点的数据发送频率为基础信息，其主要表示测试规模；通信密度、干扰强度和业务逻辑则表示各背景节点的业务关联关系，用来区分所模拟的背景节点的类型。背景节点的类型包括关联节点(或称为业务节点)和干扰节点，关联节点为与被测节点发生实质性动作的节点，其发送的数据用于模拟测试背景对象的状态，例如，如果测试背景对象为车辆，则其对应的参数应符合动力学模型(如风速影响、加速度、减速度、转弯半径、刹车距离等)；干扰节点为提供模拟测试环境中的背景噪声的节点，其发送的数据用于与被测节点争抢信道，制造噪音，增加被测节点的数据处理负荷，因此，其发送的数据内容并不重要。
此外，本实施例中，各节点向周围节点发送的通信数据(V2X数据)均为规范化的数据报文。进一步的，以所述测试背景对象为车辆为例，其对应的虚拟背景节点发送的报文结构可以包括下表所示的全部或部分内容，即：计数器、车辆ID、时间戳、位置坐标精度、传动方式、速度、朝向、方向盘角度、运动轨迹精度、四轴加速度、车辆大小、车辆类型和车辆其他安全装置描述。
显然，由于被测节点代表车辆，则其发送的报文结构也可以与上述内容相同。如果测试背景对象为路边基础设施红绿灯，则其对应的虚拟背景节点发送的数据报文结构还可以包括当前信号灯颜色、当前信号灯持续时间等信息。此外，测试背景对象为其他情况时，其对应的报文数据可以根据实际需要进行设定，此处不再详述。
在模拟的测试环境中，被测车辆按照场景仿真模块配置的初始参数运行，期间，受测试环境中测试背景对象(虚拟背景节点)的影响，被测车辆(被测节点，例如可以是V2X通信终端)会接收到大量包含时间戳标识的通信数据(也会向周围的背景节点发送含时间戳标识的通信数据)，并不断根据周围的测试背景对象的状态信息(例如风速影响、加速度、减速度、转弯半径、刹车距离等)调整自身运动状态，例如减速、转弯、变道等。被测车辆运动过程中，数据采集模块，例如卫星定位模块、多种传感器以及摄像头等，可以在车辆控制器的控制下获取被测车辆的运动状态数据，包括其所在位置、行进方向、速度以及加速度等信息，并将采集的数据通过控制器发送到场景仿真模块。场景仿真模块根据设定的测试要求，判断是否需要继续测试，如果需要，则重新设置测试场景信息，并继续进行测试从而获取更多测试数据。
当满足测试条件时，由测试评估模块基于预设的测试标准对全部测试数据进行分析和评估，最后生成测试结果和报告。其中，测试标准可以根据实际需要自行制定也可以采用已有标准，对此不进行限制。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请的实施例提供的技术方案中，与现有的实体测试环境相比，首先利用综测仪模拟背景节点，可以形成与道路实际情况匹配的通信背景环境，而无需设置实体的人、车和路的实体背景节点，从而有效降低成本；其次，节点配置、场景生成、数据采集、数据分析和结果评价都可以在线完成，从而可以实现自动化的测试和评价流程；此外，测试过程中可以根据需要设置和调整不同的测试内容，从而可以保证测试和评价的全面性。
此外，如图2所示，对应于上述系统，本申请实施例还提供一种基于综测仪的车路协同应用的车载式测评方法。所述方法包括以下步骤：
S101：通过所述场景仿真模块配置测试场景信息；
S102：所述场景仿真模块通过所述控制器将测试场景信息发送至所述综测仪和被测车辆；
S103：所述综测仪基于测试场景信息生成虚拟背景节点，所述虚拟背景节点与周围节点进行数据通信；
S104：搭载被测节点的被测车辆基于测试场景信息运行，并根据所述被测节点与所述虚拟背景节点之间的数据通信结果调整自身运动状态；
S105：所述数据采集模块获取被测车辆的运动状态数据并通过所述控制器发送至所述场景仿真模块，以及所述虚拟背景节点通过所述控制器将获取的通信数据发送至所述场景仿真模块；
S106：所述场景仿真模块判断是否满足预设的测试要求，若未满足测试要求，则动态调整测试场景信息，并以最新调整的测试场景信息，继续进行测试，直至满足测试要求；
S107：通过所述测试评估模块将测试数据按照预设的测试标准进行分析和评估，并生成测试结果和报告。
具体的，上述步骤中的具体实现过程请参阅前述实施例中的相关内容，对此不再赘述。
进一步的，考虑到在整个方法的执行过程中，只有被测节点的数据是未知的，其他节点数据都是由系统分配的，因此上述方法可以设置为，各虚拟背景节点通过控制器向场景仿真模块发送通信数据时，仅发送接收自被测节点的通信数据，从而减少整个过程中的数据发送、接收、存储和处理的时间。
为了对本申请的技术方案进行更好的介绍，以下将通过一个具体实例对本申请上述技术方案的实际应用过程进行说明。
实施例二
首先，如图3所示，进行整个系统的部署，包括：
1)将综测仪置于测试车辆的设备架中；
2)将综测仪的天线引出到测试车辆顶部；
3)将综测仪连接到测试车辆的交换机上；
4)测试车辆内的交换机连接4G/5G通信模块，同时连接一台运行仿真程序的服务器；
5)被测节点置于被测车辆上，并通过被测车辆上的4G/5G对外通信；
6)测试车和被测车的4G/5G同时连接到控制器上。
部署完成之后，即可进入图4所示的测试流程，包括：
1)配置场景仿真器，在场景仿真软件中设置测试场景；
2)场景仿真器向控制器下发场景配置指令；
3)综测仪根据控制器下发的场景配置指令生成虚拟背景节点；
4)被测车辆根据下发的场景运行指令要求在测试场行驶；
5)被测车辆的数采模块将车辆的实时状态信息通过4G/5G发给车载控制中心的控制器，同时虚拟背景节点将收集到的被测节点V2X数据发给车载控制中心的控制器；
6)控制器将上述数据转发给场景仿真模块，场景仿真模块更新场景信息，重新分配各虚拟背景节点的通信强度和业务数据，并下发给控制器，重复上述流程，直至收到测试停止指令；
7)最后，将测试数据(控制器收集的被测车辆数采数据和车载模拟节点收集的V2X数据)传送至测试评价模块进行分析。
其中，图4所示的测试流程中的步骤3)中，综测仪的实际处理流程如图5所示，对此需要注意的是：
(1)节点判断自身为关联节点之后，同步开始无线发送动作和无线接收动作，其中“发送”和“接收”是指向外广播无线V2X数据和接收外界的无线V2X数据。
(2)关联节点只接收被测节点广播的数据，其余节点的广播数据一律抛弃，因为在这整个过程中，只有被测节点的数据是未知的，其他节点数据都是由系统分配的。
(3)关联节点与被测节点需要进行交互，因此其广播的V2X数据(尤其是位置信息)会频繁改变，且其运动轨迹符合动力学模型。
(4)干扰节点主要负责构建通信背景环境，与被测节点争抢信道，制造噪音，增加被测节点的数据处理负荷，因此干扰节点的V2X数据的报文内容并不重要，只须按配置文件中的发射功率和发射中心频率执行任务即可。
此外，需要注意的是：
(1)数采模块的精度很高，搜集到的是车辆的真实行驶数据，包括位置、速度、加速度等，用于车辆在仿真系统中的实时位置显示，仅与背景通信环境中的通信信号强度有关(通信强度随真车的位置而变化)，与业务数据不相关。
(2)被测节点是一个V2X终端，其受各种因素(如环境中的干扰节点)影响，有可能无法及时采集和广播V2X数据，从而无法与模拟环境中的V2X节点进行交互。被测节点广播的数据决定了被测节点的性能，是整个评测系统最关注的重要指标。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
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，表示包括一个或更多个用于实现特定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，多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。例如，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(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)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。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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。
