【综述】自动驾驶软件测试技术研究进展 | 中国图象图形学报

随着深度学习和强化学习等人工智能技术的发展和车载硬件设备的不断升级，高级别的自动驾驶软件已经逐渐被应用于多种安全攸关的场景中，保障其运行稳定性与可靠性的测试技术逐渐成为学术界和产业界的研究重点。

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图图推荐《中国图象图形学报》2021年第1期“自动驾驶技术与应用”专刊论文《自动驾驶软件测试技术研究综述》，结合自动驾驶软件的架构特点及系统特征，讨论了面向自动驾驶系统的仿真测试，实景测试，以及面向组件的测试技术；并总结与分析了当前面临的挑战与展望。成果来自南京大学智能软件工程实验室陈振宇教授团队。

标题：自动驾驶软件测试技术研究综述

作者：冯洋,夏志龙,郭安,陈振宇

单位：南京大学计算机软件新技术国家重点实验室

下载地址：

http://www.cjig.cn/html/jig/2021/1/20210102.htm

引用格式：冯洋, 夏志龙, 郭安, 陈振宇. 2021. 自动驾驶软件测试技术研究综述. 中国图象图形学报, 26(1): 13-27

自动驾驶软件的测试技术是保证自动驾驶软件安全性的重要内容，保障自动驾驶软件运行稳定性与可靠性的测试技术逐渐成为学术界和产业界的研究重点。本文在广泛调研国内外文献的基础上，从自动驾驶软件系统和组件两个方面对自动驾驶软件测试技术进行了深入分析与梳理，并分析总结了数据驱动的自动驾驶软件测试当前和未来存在的调整方向。文章调研文献充分详实，是一篇比较好的综述。

1、清晰梳理自动驾驶软件的架构特点及系统特征，讨论了面向自动驾驶系统的仿真测试，实景测试，以及面向组件的测试技术。

2、在仿真方法方面，分析了软件仿真、半实体仿真、在环仿真等技术；在仿真对象方面，讨论了静态环境仿真、动态场景仿真、传感器仿真、车辆动力学仿真等。

3、介绍了当前实景测试的进展与情况，重点分析了实景测试案例中的得失优劣。

4、在面向自动驾驶软件组件的测试技术方面，重点讨论了当前数据驱动技术在感知组件，决策规划组件，以及控制组件测试方面的进展。

图 1自动驾驶软件系统架构

本文对自动驾驶软件的系统特征总结如下：

仿真测试：仿真测试技术被广泛用于解决道路测试成本高昂、存在人员财产风险、缺少关键边界用例问题。图2给出了当前使用较广的面向自动驾驶软件的仿真测试框架。

图2 面向自动驾驶软件的仿真测试框架

实景测试：实景测试具有其不可替代性，测试能够去除理想化数据模型的不足，为自动驾驶软件提供符合真实道路交通场景的测试数据和测试条件，同时，实景测试能够产生快速推动实用自动驾驶软件研究发展和自动驾驶产业落地的科学和社会效益。

面向非全局系统的组件级别的测试验证方法同样受到广泛，主要测试自动驾驶软件构成组件中最为核心的关键部分。这些部分在自动驾驶软件内部抽象为交互协作的组件或功能层，实现实时的、可持续的和高安全性的自动驾驶任务，主要包括定位、感知、预测、决策与控制组件，以确保系统底层高度安全性与可靠性。

1、基于多源数据的自动化测试技术：多源数据的获取需要消耗较多资源。自动驾驶软件的输入域极其复杂庞大，依赖于这些开源数据集与仿真场景的测试方法，极难对输入域形成较好的覆盖。如何采用自动化的方法获取多源数据以对自动驾驶软件完成较为充分的测试，是一个具有挑战性的问题。

2、面向人工智能模型的测试技术：人工智能模型的质量保障面临诸多困难。首先，当前人工智能模型广泛采用深度神经网络实现。但是其结果缺乏可解释性。其次，深度神经网络可能存在一定的安全性问题。如何构建面向人工智能模型的测试技术，是未来自动驾驶软件的测试人员需要面对的一项重要挑战。

通信作者：陈振宇，南京大学教授，主要研究方向为智能软件工程与众包软件工程。

E-mail：zychen@nju.edu.cn

夏志龙，南京大学硕士研究生，主要研究方向为自动驾驶系统测试技术。

E-mail：mg1932014@smail.nju.edu.cn

郭安，南京大学博士研究生，主要研究方向为自动驾驶系统测试技术。

E-mail：guoan218@smail.nju.edu.cn

南京大学智能软件工程实验室iSE专注于智能软件工程技术，方法与工具的研发与应用。研究方向主要包括智能软件的测试与开发，群体智能软件工程方法等。实验室承担了多项科技部重点研发专项、973专项、十二五专项、发改委专项、工信部产业化基金、教育部重点项目、国家自然科学基金等项目，发起中国（南京）软件开发者大会、IEEE软件测试大赛等。实验室近年来申请发明专利50余项（已授权22项），部分专利成果已经在百度、阿里、华为等知名软件公司转化。实验室研究成果丰富，师生已在TOSEM、TSE、ICSE、FSE、ISSTA、ICST等软件工程顶级会议和期刊发表论文100多篇，研究成果获得省部级科技进步一等奖两次，实验室学生已获得ACM学术竞赛金牌两次。

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