MATLAB自动驾驶学习（3）——以编程方式创建驾驶场景的变体

前言

以编程方式创建使用驾驶方案设计器应用生成的驾驶方案的变体，便于基元场景的快速组合生成，能够在多个条件下快速测试驾驶算法，一般在自动化测试时很有用。主流的自动驾驶仿真软件中都支持在程序中直接改变场景，比如PreScan、Carla、Apollo和PanoSim等，MATLAB也支持。

国产自动驾驶仿真软件PanoSim的自动化测试操作流程可见下面链接：

PanoSim 5 功能模块简介--TestBuilder - 知乎 (zhihu.com)

MATLAB具体流程如下图所示：

步骤简要介绍如下：

使用驾驶方案设计器应用以交互方式生成初始交通场景（包含道路，交通参与者的位置，运动学参数等基础信息）。
导出一个生成与此方案等效的 MATLAB 代码的 MATLAB 函数，此函数便是后续场景更改的基础。
在 MATLAB 编辑器中，修改导出的函数以创建原始场景的变体。
调用该函数以生成表示方案的驱动对象。
将方案对象导入应用以模拟修改后的方案或生成其他方案。或者，要在 Simulink中模拟修改后的方案，请使用方案读取模块将对象导入到 Simulink 模型中。

详细步骤：

第一步：将示例文件夹添加到 MATLAB 搜索路径。（便于通过程序的方式直接调用软件自带的实例）。在命令行直接输入如下代码：

addpath(genpath(fullfile(matlabroot,'examples','driving')))

第二步：构建初始场景。

不是本文重点，这里从驾驶方案设计器应用加载的预生成场景之一的驾驶场景。在命令行直接输入如下代码：

drivingScenarioDesigner('LeftTurnScenarioNoSensors.mat')

打开了对应的预定义场景文件。

单击“运行”以模拟该场景。在这种情况下，自车向北行驶并直接穿过一个十字路口。同时，一辆从十字路口左侧驶来的车辆左转，最终在相邻车道上的自车前方。

第三步：导出上述场景的MATLAB函数

查看和模拟运行场景后，可以将场景导出到 MATLAB 命令行。从“驾驶方案设计器”应用工具栏中，选择“导出>导出 MATLAB 函数”。导出的函数包含用于生成在应用程序中创建的方案的 MATLAB 代码。打开导出的函数。

如果不是示例文件，需要将导出的函数重命名并保存下来。

本文是示例文件，可以通过指令打开对应的函数。代码如下：

open LeftTurnScenarioNoSensors.m

函数如下图所示：

调用此函数将返回驾驶方案的这些方面。

scenario— 场景的道路和参与者，作为场景对象返回。
egoVehicle— 场景中定义的自车，作为对象返回。

如果场景包含传感器，则返回的函数将包含用于生成传感器的其他代码。如果模拟了包含这些传感器的场景，则该函数还可以生成这些传感器生成的检测。本文不做过多考虑。

第四步：修改函数以创建场景变体

通过修改导出的 MATLAB 函数中的代码，可以生成单个方案的多个变体。一个常见的变化是以不同的速度测试自车。在导出的 MATLAB 函数中，自车辆的速度设置为每秒 10 米的常量值（speed = 10）。要生成不同的 ego 车辆速度，可以将速度变量转换为函数的输入参数。

由于是示例文件，这里可以打开包含导出函数的修改版本的脚本。

open LeftTurnScenarioNoSensorsModified.m

下图表述了修改前与修改后的区别：

而且修改后的egoSpeed是作为函数的输入的。

要生成其他变体，可以考虑如下几点：

修改道路和车道参数以查看对车道检测的影响
修改车辆的轨迹或起始位置
修改车辆的尺寸

第五步：调用函数以生成场景

使用修改后的函数，生成自车以每秒 20 米的恒定速度行驶的场景变体。代码如下：

scenario = LeftTurnScenarioNoSensorsModified(20) % m/s

第六步：将修改后的场景导入仿真应用

使用如下代码直接生成新的仿真界面，不影响原有的仿真。

drivingScenarioDesigner(scenario)

在应用程序中处理对象时，请记住这些要点。

要尝试不同的自车速度，请再次调用导出的函数，然后使用该函数导入新对象。该应用程序不包含用于导入这些对象的菜单选项。
如果场景包括传感器，则可以使用以下语法重新打开方案和传感器。

drivingScenarioDesigner(scenario,sensors)

如果对执行组件的维度进行重大更改，请确保执行组件的属性对应于应用中指定的类 ID 值。例如，在应用程序中，汽车的类 ID 为1 ，卡车的类 ID 为 2。如果以编程方式将汽车更改为具有卡车的尺寸，请将该车辆的属性从（汽车）更新为（卡车）。

第七步：将修改后的场景导入Simulink模型中

要将修改后的方案导入 Simulink 模型，使用场景读取（Scenario Reader）模块。此块从从应用程序保存的方案文件或保存到 MATLAB 工作区或模型工作区的变量中读取道路和参与者。将方案读取器块添加到模型并设置这些参数。

将“驾驶方案的来源”设置为 From workspace。
将 MATLAB 或模型工作区变量名称设置为工作区中变量的名称。

第八步：完成后从 MATLAB 搜索路径中删除示例文件夹。

rmpath(genpath(fullfile(matlabroot,'examples','driving')))