二、仿真平臺(tái)

2.1 仿真平臺(tái)典型架構(gòu)

仿真平臺(tái)一般包括仿真框架、物理引擎和圖形引擎；其中仿真框架是平臺(tái)軟件平臺(tái)的核心，支持傳感器仿真、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真、通信仿真、交通環(huán)境仿真等；

1）傳感器仿真：支持支持?jǐn)z像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)以及GPS/IMU等傳感器仿真；

2）車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真：基于多體動(dòng)力學(xué)搭建的模型，將包括轉(zhuǎn)向、懸架、制動(dòng)、I/O硬件接口等在內(nèi)的多個(gè)真實(shí)部件進(jìn)行參數(shù)化建模，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛模型運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模擬；

3）交通場(chǎng)景仿真：包括靜態(tài)場(chǎng)景還原和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景仿真兩部分，靜態(tài)場(chǎng)景還原主要通過(guò)高精地圖和三維建模技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；

動(dòng)態(tài)場(chǎng)景仿真既可通過(guò)把真實(shí)路采數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)算法抽取后，再結(jié)合已有高精地圖進(jìn)行創(chuàng)建，也可通過(guò)對(duì)隨機(jī)生成的交通流基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的比例，經(jīng)過(guò)人工設(shè)置相關(guān)參數(shù)后自動(dòng)生成復(fù)雜的交通環(huán)境;

例如可模擬自動(dòng)駕駛汽車(chē)在現(xiàn)實(shí)世界中可能遇到的極端情況和危險(xiǎn)情況，從模擬暴雨和暴雪等惡劣的天氣條件到較弱的光線照明，再到周?chē)?chē)輛的危險(xiǎn)操作等；

4）V2X仿真（通信仿真）：支持創(chuàng)建真實(shí)或虛擬傳感器插件，使用戶(hù)能夠創(chuàng)建特殊的V2X傳感器；既可以用來(lái)測(cè)試V2X系統(tǒng)，又可生成用于訓(xùn)練的合成數(shù)據(jù)；


仿真平臺(tái)典型架構(gòu)（圖片參考-2019自動(dòng)駕駛仿真技術(shù)藍(lán)皮書(shū)）
2.2 國(guó)內(nèi)典型自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)
附表2. 國(guó)內(nèi)典型自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)信息梳理
圖片
注：√- 有此功能 ×-無(wú)此功能 — Unknown

1）浙江天行健智能科技 – Panosim

平臺(tái)類(lèi)型：面向汽車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)的一體化仿真與測(cè)試平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
支持實(shí)時(shí)在線仿真：MIL/SIL/HIL/VIL
支持ADAS技術(shù)與產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與測(cè)試
支持駕駛模擬體驗(yàn)與人機(jī)共駕系統(tǒng)的研發(fā)與測(cè)試
支持感知、規(guī)劃、決策、控制算法研發(fā)與測(cè)試
高置信度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型：對(duì)標(biāo)CarSim，支持27自由度復(fù)雜動(dòng)力學(xué)模型

2）51WORLD – 51Sim-One

平臺(tái)類(lèi)型：覆蓋自動(dòng)駕駛?cè)鞒痰囊惑w化集成的仿真測(cè)試平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
可實(shí)現(xiàn)多傳感器仿真、交通流與智能體仿真、感知與決策仿真、自動(dòng)駕駛行為訓(xùn)練等功能
可擴(kuò)展的并行分布式仿真架構(gòu)，可部署在單機(jī)、私有云和公有云環(huán)境
支持實(shí)時(shí)在線仿真：HIL/DIL
自動(dòng)駕駛數(shù)字孿生評(píng)價(jià)測(cè)試
平臺(tái)內(nèi)置了一系列場(chǎng)景庫(kù)和測(cè)試案例庫(kù)
軟件平臺(tái)提供Python、C++、ROS、OSI等API接口
支持多車(chē)協(xié)同互動(dòng)：平臺(tái)支持接入多個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，包括自動(dòng)和手動(dòng)駕駛系統(tǒng)

3）騰訊 – TAD Sim

平臺(tái)類(lèi)型：基于虛幻引擎打造的虛實(shí)結(jié)合、線上線下一體化的仿真測(cè)試平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
集成了游戲引擎、三維重建技術(shù)、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型、虛實(shí)一體交通流等技術(shù)
游戲技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的幾何還原、邏輯還原及物理還原
一套系統(tǒng)滿足全棧算法使用需求：能夠完成從感知到?jīng)Q策規(guī)劃，再到控制的全算法閉環(huán)仿真測(cè)試驗(yàn)證
一套系統(tǒng)滿足MIL/SIL/HIL/VIL使用需求，覆蓋了完整的汽車(chē)V字開(kāi)發(fā)流程
內(nèi)置高精地圖，支持全國(guó)高速和快速路仿真

4) 沛岱（上海）技術(shù)有限公司– Pilot-D GaiA

平臺(tái)類(lèi)型：基于德國(guó)自動(dòng)駕駛仿真核心技術(shù)所研發(fā)的仿真測(cè)試平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
提供高保真的環(huán)境傳感器仿真：激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)以及攝像頭仿真等
提供C++和MATLAB接口，適配于不同的車(chē)輛和系統(tǒng)
提供三個(gè)版本的軟件解決方案：Standard版-單機(jī)解決方案，NET版-云計(jì)算和互動(dòng)測(cè)試解決方案，RT版-提供HIL和VIL仿真測(cè)試
支持交互式自動(dòng)駕駛仿真：同一虛擬場(chǎng)景下，多臺(tái)主機(jī)（車(chē)輛）進(jìn)行互聯(lián)仿真測(cè)試
提供基于VR/MR/AR的駕駛員模擬

2.3 國(guó)外典型仿真測(cè)試平臺(tái)

附表3. 國(guó)外典型自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)信息梳理

注：√- 有此功能 ×-無(wú)此功能 — Unknown

1）西門(mén)子 – PreScan

類(lèi)型：以物理模型為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)汽車(chē)仿真平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
仿真流程主要分為四個(gè)步驟：搭建場(chǎng)景、添加傳感器、添加控制系統(tǒng)、運(yùn)行仿真
可在開(kāi)環(huán)、 閉環(huán)以及離線和在線模式下運(yùn)行
支持導(dǎo)入 OpenDrive 格式的高精地圖
支持與第三方動(dòng)力學(xué)軟件聯(lián)合仿真，如CarSim、dSPACE ASM、 VI-Grade、AmeSIM等
支持與其它類(lèi)型第三方的軟件的聯(lián)合仿真，如Matlab& Simulink，MOMO & Logitech 轉(zhuǎn)向操縱臺(tái) 、dSPACE / 控制臺(tái)、HIL工具（ETAS、dSPACE 、Vector、OpalRT等）
支持基于云端布置大規(guī)模仿真

2）MSC Software – VTD

類(lèi)型：傳統(tǒng)汽車(chē)仿真平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
支持從SIL 到 HIL 和 VIL 的全周期開(kāi)發(fā)流程
支持與第三方的工具和插件聯(lián)合仿真
平臺(tái)的功能和存儲(chǔ)支持開(kāi)放格式：OpenDrive, OpenCRG和OpenScenario
仿真流程主要分三個(gè)步驟：路網(wǎng)搭建， 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景配置， 仿真運(yùn)行
——提供圖形化的交互式路網(wǎng)編輯器 Road Network Editor (ROD)， 在構(gòu)建路網(wǎng)仿真環(huán)境的時(shí)候，可以同步生成OpenDrive高精地圖

—— 對(duì)于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景構(gòu)建，提供了圖形化的交互式場(chǎng)景編輯器 Scenario Editor

3）德國(guó)IPG – CarMaker

類(lèi)型：以傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真為基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
支持與第三方軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真：ADAMS、 AVLCruise、 rFpro 等
包括道路、交通環(huán)境、車(chē)輛、駕駛員的閉環(huán)仿真系統(tǒng)
—— IPG Road：可以模擬多車(chē)道、 十字路口等多種形式的道路， 并可通過(guò)配置 GUI生成錐形、 圓柱形等形式的路障

—— IPG Traffic：提供豐富的交通對(duì)象模型，如車(chē)輛、 行人、 路標(biāo)、交通燈、 道路施工建筑等

—— IPG Driver：提供可自學(xué)習(xí)的駕駛員模型
支持高精地圖的導(dǎo)入/導(dǎo)出
—— 支持從HERE HD Live Maps導(dǎo)入地圖數(shù)據(jù)
—— 支持ROAD5和OpenDrive 格式導(dǎo)出地圖數(shù)據(jù)
支持在高性能計(jì)算 (HPC) 集群上并行執(zhí)行大量測(cè)試目錄
支持在Docker容器中運(yùn)行，具有良好的可移植性和可擴(kuò)展性

4）英偉達(dá)- Drive Constellation

類(lèi)型：基于虛幻引擎開(kāi)發(fā)，由兩臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成的自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)

平臺(tái)構(gòu)成：
a.第一臺(tái)服務(wù)器硬件構(gòu)成：由8個(gè)英偉達(dá)RTX Turing GPU
作用：運(yùn)行DRIVE Sim軟件來(lái)模擬仿真自動(dòng)駕駛車(chē)輛上的傳感器數(shù)據(jù)（包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、IMU和GNSS）以及駕駛場(chǎng)景數(shù)據(jù)；
b.第二臺(tái)服務(wù)器硬件構(gòu)成：自動(dòng)駕駛車(chē)輛目標(biāo)AI ECU
作用：用于處理第一臺(tái)服務(wù)器傳輸過(guò)來(lái)的模擬數(shù)據(jù)，如傳感器仿真數(shù)據(jù)

平臺(tái)特點(diǎn)：
較高真實(shí)度：作為一種實(shí)時(shí)的硬件在環(huán)解決方案，可以測(cè)試和驗(yàn)證與將來(lái)會(huì)搭載在自動(dòng)駕駛車(chē)輛中完全相同軟件和硬件系統(tǒng)
云仿真工作流：在無(wú)縫的端到端工作流中執(zhí)行自動(dòng)駕駛測(cè)試。用戶(hù)可以遠(yuǎn)程訪問(wèn) DRIVE Constellation 并將模擬場(chǎng)景提交給云端的車(chē)輛測(cè)試車(chē)隊(duì)，然后進(jìn)行可視化測(cè)試并以較快的速度給出評(píng)估結(jié)果
可擴(kuò)展性：該平臺(tái)支持在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行大規(guī)模部署，能夠并行運(yùn)行各種仿真測(cè)試；且在DRIVEConstellation平臺(tái)中的每一英里的測(cè)試都包含感興趣事件（特殊工況），能夠在很短的時(shí)間內(nèi)完成數(shù)月或數(shù)年的測(cè)試
完整的反饋回路：第一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行 DRIVE Sim 軟件，該軟件模擬仿真駕駛場(chǎng)景以及自動(dòng)駕駛車(chē)輛上產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)。然后將模擬仿真的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到第二臺(tái)服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后第二臺(tái)服務(wù)器再將駕駛決策信號(hào)輸出給第一臺(tái)服務(wù)器，因此便形成了一個(gè)仿真閉環(huán)


英偉達(dá)- DriveConstellation 仿真平臺(tái)（來(lái)源-英偉達(dá)官網(wǎng)）

5）微軟 – AirSim

類(lèi)型：建立在虛幻引擎（Unreal Engine）上的無(wú)人機(jī)及自動(dòng)駕駛開(kāi)源仿真平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
建立在虛幻引擎（Unreal Engine）上的無(wú)人機(jī)及自動(dòng)駕駛模擬研究項(xiàng)目，能夠打造出高逼真的交通環(huán)境，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛及傳感器仿真模擬
完成車(chē)輛建模測(cè)試：AirSim包含車(chē)輛模擬、城市道路場(chǎng)景，并提供可簡(jiǎn)化編程的API以及即插即用的代碼
快速構(gòu)建豐富場(chǎng)景：AirSim 可提供詳細(xì)的 3D 城市街景，包括交通信號(hào)燈、公園、湖泊、工地等豐富的場(chǎng)景
AI 研究平臺(tái)：AirSim 提供包括 C++ 和 Python 等多語(yǔ)言的API 接口。使用者可同時(shí)使用 AirSim 和眾多機(jī)器學(xué)習(xí)工具。主要用于測(cè)試深度學(xué)習(xí)、 計(jì)算機(jī)視覺(jué)和自主車(chē)輛的端到端的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法

6）巴塞羅那自治大學(xué)（聯(lián)合豐田研究院和英特爾實(shí)驗(yàn)室） – CARLA

類(lèi)型：基于虛幻引擎開(kāi)發(fā)，采用服務(wù)器和多客戶(hù)端架構(gòu)的開(kāi)源平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
用于城市自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、訓(xùn)練和驗(yàn)證的開(kāi)源模擬器
提供開(kāi)源數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)資源（包括城市布局、建筑以及車(chē)輛）搭建的自動(dòng)駕駛測(cè)試訓(xùn)練場(chǎng)景
可使用Vector Zero的道路搭建軟件RoadRunner制作場(chǎng)景和配套的高精地圖
研究三種自動(dòng)駕駛方法的性能：傳統(tǒng)的模塊化流水線，通過(guò)模仿學(xué)習(xí)訓(xùn)練得到的端到端模型，通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練得到的端到端模型

7）LG電子 - LGSVLSimulator

類(lèi)型：基于游戲引擎-Unity研發(fā)的自動(dòng)駕駛開(kāi)源仿真平臺(tái)

平臺(tái)特點(diǎn)：
模擬器支持ROS、ROS2和Cyber RT，提供了自動(dòng)駕駛開(kāi)源平臺(tái)Autoware和百度Apollo的集成
支持自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的軟件在環(huán)（SIL）和硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試
虛擬場(chǎng)景構(gòu)建
—— 提供Python API，使用戶(hù)能夠通過(guò)編寫(xiě)腳本來(lái)創(chuàng)建所需的虛擬場(chǎng)景
—— 高精地圖：支持創(chuàng)建、編輯和導(dǎo)入/導(dǎo)出現(xiàn)有3D環(huán)境的高清地圖
注：高精地圖支持的導(dǎo)入/導(dǎo)出格式：

a．支持的導(dǎo)入格式：Apollo5.0高清地圖、Autoware Vector map、Lanelet2和OpenDrive 1.4

b. 支持的導(dǎo)出格式：Apollo 5.0、Lanelet2和OpenDrive 1.4


LGSVL工作流程（來(lái)源：公眾號(hào)-自動(dòng)駕駛仿真）

2.4 國(guó)內(nèi)科技公司–云仿真平臺(tái)

傳統(tǒng)的仿真測(cè)試一般是單機(jī)仿真測(cè)試，但高階自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的商業(yè)化應(yīng)用，需要進(jìn)行龐大數(shù)量測(cè)試場(chǎng)景的仿真測(cè)試；海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，運(yùn)算及處理已經(jīng)成為擺在自動(dòng)駕駛研發(fā)道路上一道障礙，而云平臺(tái)的分布式架構(gòu)、加速計(jì)算能力以及高數(shù)據(jù)算力的特性，能夠可以很好的解決這一問(wèn)題，進(jìn)而能夠極大地提升系統(tǒng)研發(fā)和驗(yàn)證測(cè)試效率；因此，云平臺(tái)仿真必將是未來(lái)自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也會(huì)是企業(yè)開(kāi)展自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)壁壘之一。

附表4. 國(guó)內(nèi)科技公司云仿真平臺(tái)信息梳理



1) 百度 – Apollo云仿真平臺(tái)

主要應(yīng)用：
內(nèi)部：支撐Apollo系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與迭代
外部：為Apollo生態(tài)開(kāi)發(fā)者提供基于云端的決策系統(tǒng)仿真服務(wù)

平臺(tái)特點(diǎn)：
搭建在百度云和微軟Azure上的云仿真平臺(tái)
與Unity合作，開(kāi)發(fā)基于 Unity 引擎的虛擬仿真環(huán)境
提出了端到端的自動(dòng)駕駛仿真系統(tǒng)：AADS系統(tǒng) - 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的交通流仿真框架 + 基于圖像渲染的場(chǎng)景圖片合成框架

2）華為 – 自動(dòng)駕駛云服務(wù)Octopus

平臺(tái)提供三大服務(wù)：數(shù)據(jù)服務(wù)、訓(xùn)練服務(wù)、仿真服務(wù)；服務(wù)覆蓋自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)、模型、訓(xùn)練、仿真、標(biāo)注等全生命周期業(yè)務(wù)；

數(shù)據(jù)服務(wù)：數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)湖治理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等
訓(xùn)練服務(wù)：大數(shù)據(jù)AI平臺(tái)、模型管理、分布式訓(xùn)練任務(wù)等
仿真服務(wù)：場(chǎng)景庫(kù)、仿真系統(tǒng)、評(píng)測(cè)系統(tǒng)等


平臺(tái)提供的三大服務(wù)
平臺(tái)特點(diǎn)：
解耦四大關(guān)鍵要素 - 硬件、數(shù)據(jù)、算法、高精地圖，構(gòu)建以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心，驅(qū)動(dòng)自動(dòng)駕駛閉環(huán)迭代的開(kāi)放平臺(tái)
數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理：數(shù)據(jù)自動(dòng)挖掘（平臺(tái)可支持PB級(jí)數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)和億級(jí)數(shù)據(jù)秒級(jí)檢索）和數(shù)據(jù)自動(dòng)化標(biāo)注（可節(jié)省超過(guò)70%的標(biāo)注人力成本）
一站式自動(dòng)駕駛DevOps能力：通過(guò)從代碼接入、版本管理，再到仿真、評(píng)測(cè)，形成了一套完整的、閉環(huán)的自動(dòng)化評(píng)測(cè)系統(tǒng)
大規(guī)模并行仿真：系統(tǒng)每日虛擬測(cè)試?yán)锍炭沙^(guò)1000萬(wàn)公里，評(píng)測(cè)指標(biāo)200+，支持3000個(gè)實(shí)例并發(fā)測(cè)試
真實(shí)場(chǎng)景數(shù)字孿生：可以將真實(shí)路采的典型路段數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成仿真場(chǎng)景，并與高精地圖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真場(chǎng)景數(shù)字孿生，可以實(shí)現(xiàn)95%以上的場(chǎng)景還原能力

3) 騰訊 – TAD Sim Cloud

平臺(tái)特點(diǎn)：
分布式架構(gòu)，支持在Windows、Linux和Web環(huán)境下部署
海量場(chǎng)景加速測(cè)試：該云平臺(tái)支持一萬(wàn)個(gè)以上場(chǎng)景的并行計(jì)算，且1000個(gè)場(chǎng)景的運(yùn)行時(shí)間縮短至4分鐘
虛擬城市技術(shù)加速測(cè)試：可加載城市級(jí)高精地圖，并同時(shí)部署上百萬(wàn)輛交通流車(chē)輛和上千臺(tái)自動(dòng)駕駛主車(chē)
構(gòu)建自研的閉環(huán)仿真模型：自研車(chē)輛動(dòng)力學(xué)、傳感器、交通流、地圖和場(chǎng)景編輯等全套模型，并支持OpenX系列和OSI國(guó)際仿真標(biāo)準(zhǔn)


騰訊云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)（來(lái)源-自動(dòng)駕駛云論壇演講報(bào)告）
4）阿里 – 混合式仿真測(cè)試平臺(tái)
平臺(tái)特點(diǎn)：
引進(jìn)真實(shí)路測(cè)場(chǎng)景和云端訓(xùn)練師，采用虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合的仿真技術(shù)；
規(guī)?；亟鉀Q了極端場(chǎng)景的復(fù)現(xiàn)難題：通過(guò)任意改變極端場(chǎng)景變量，平臺(tái)可在30秒內(nèi)復(fù)現(xiàn)一次極端場(chǎng)景；解決了極端場(chǎng)景數(shù)據(jù)不足，自動(dòng)駕駛AI模型訓(xùn)練效率低的問(wèn)題
每日虛擬測(cè)試?yán)锍坛^(guò)800萬(wàn)公里