自动驾驶测试用例生成技术研究

摘要

自动驾驶测试是贯穿自动驾驶系统整个开发过程的重要环节，其目的是为了检验自动驾驶汽车是否能够安全可靠地在道路上行驶。理想情况下，自动驾驶测试应覆盖所有可能的交通场景，以确保自动驾驶汽车能够稳定应对任何突发状况。因此，基于场景的测试是验证自动驾驶系统安全性的重要策略，而确保测试场景的合理性与可复现性对自动驾驶测试尤为关键。　　本文提出的基于场景的自动驾驶测试用例生成方法,通过语义建模对交通场景进行结构化描述，为测试场景的设计提供规范，并结合组合测试技术提高测试用例的生成效率和质量。论文主要工作如下:　　1.对不同定义的交通场景术语进行统一的分类与描述，明确了场景的组成要素，提出了自动驾驶场景的总体结构。　　2.基于本体论对自动驾驶场景进行语义描述。根据场景的含义与结构，自顶向下构建交通场景本体模型，主要定义了5类重要概念；使用本体描述语言OWL2构建交通场景本体知识库，增强了本体的语义表达能力；结合规则描述语言SWRL形式化交通规则，扩展了本体的推理能力。通过本体建模与语义分析，保证场景的标准化与一致性，为构造基于场景的测试用例提供理论支持。　　3.提出基于场景的自动驾驶测试用例生成方法。首先从自动驾驶系统的功能角度设计了6类典型的基础测试场景；再对测试场景进行本体建模，构造本体的概念与属性，提取与功能需求相关的属性作为测试场景的输入参数；然后通过等价类划分和边界值分析等测试技术对参数进行预处理，约简参数的值域；最后提出一种将本体模型转化为组合测试输入模型的算法，应用组合测试技术自动化生成非冗余的测试用例集。　　4.应用基于场景的自动驾驶测试用例生成方法对弯道测试场景进行了案例分析。通过实验结果分析表明，本文设计的基于场景的自动驾驶测试用例生成方法在保证覆盖率的情况下，具有较好的可扩展性，能够提高测试用例的生成效率，并且对减少测试工作量及降低测试成本具有显著的改善。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状分析

1.3.1 封闭场地测试

1.3.2 虚拟场景测试

1.4 本文主要工作

1.5 本文组织结构

第2章 理论基础

2.1 本体论

2.1.1 本体描述

2.1.2 OWL2建模

2.1.3 SWRL推理

2.2 组合测试

2.2.1 问题描述

2.2.2 基本定义

2.2.3 方法概述

2.3 本章小结

第3章 自动驾驶测试场景建模

3.1 场景术语定义

3.2 场景结构分析

3.3 基于本体的场景语义描述

3.3.1 交通场景本体构建

3.3.2 交通场景语义分析

3.3.3 交通场景规则描述

3.4 基础测试场景设计

3.5 本章小结

第4章 自动驾驶测试用例生成方法

4.1 测试用例要求

4.2 测试用例生成步骤

4.2.1 参数值预处理

4.2.2 组合测试算法

4.3 案例研究

4.4 测试评估

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所取得的研究成果

附录B 攻读硕士学位期间所参与的科研活动

致谢