本發(fā)明屬于無人系統(tǒng)智能化水平評估領(lǐng)域，尤其是一種面向無人系統(tǒng)智能水平評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，以人工智能為代表的世界新一輪科技革命正在孕育興起，無人系統(tǒng)智能化發(fā)展應(yīng)運而生。依托無人系統(tǒng)智能化推進工程，一大批無人系統(tǒng)智能化項目已取得積極進展，智能化賦能增效作用初步顯現(xiàn)，但項目智能化目標(biāo)量化不夠、牽引力不足等問題逐步顯現(xiàn)。為促進無人系統(tǒng)智能化加速發(fā)展，科學(xué)規(guī)劃無人系統(tǒng)智能化發(fā)展路徑，推進無人系統(tǒng)分級分類管理模式創(chuàng)新，亟需開展無人系統(tǒng)智能化水平分級評估工作。評估無人系統(tǒng)智能化水平，對于加速促進無人系統(tǒng)智能化發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

2、開展無人系統(tǒng)智能化水平評估，需要大量涵蓋各個無人系統(tǒng)領(lǐng)域、場景和智能化等級的基準數(shù)據(jù)，用于測評無人系統(tǒng)的自主性、協(xié)同性和學(xué)習(xí)性等智能水平，為基于仿真的無人系統(tǒng)智能化水平測評提供規(guī)范化的第三方數(shù)據(jù)輸入。而當(dāng)前無人系統(tǒng)智能化水平評估基準數(shù)據(jù)尚未形成體系化、標(biāo)準化規(guī)模，無人系統(tǒng)智能化水平評估基準數(shù)據(jù)數(shù)量、質(zhì)量都存在較大的缺口，高質(zhì)量數(shù)據(jù)樣本少、標(biāo)記數(shù)據(jù)量極為有限等問題突出，難以滿足無人系統(tǒng)智能化水平評估的基本要求。此外，各單位現(xiàn)有數(shù)據(jù)并不能直接作為基準數(shù)據(jù)，一方面測評數(shù)據(jù)與測評場景、測評科目、測評指標(biāo)具有明確的映射關(guān)系，需根據(jù)評估方法進一步明確和建立，另一方面各領(lǐng)域數(shù)據(jù)的分辨率、標(biāo)注側(cè)重點等各有不同，難以保證測評的公正客觀性。因此，為有效開展無人系統(tǒng)智能化水平評估，保證無人系統(tǒng)智能化水平評估的公平性和科學(xué)性，亟需進行無人系統(tǒng)智能化水平評估基準數(shù)據(jù)生成及應(yīng)用相關(guān)研究。

3、構(gòu)建復(fù)雜多樣化的測評場景需要大量三維模型數(shù)據(jù)，包括各類建筑、地面、道路、河流、車輛、行人、飛行器、景觀、標(biāo)志物等。一個復(fù)雜的城市場景所包含的模型數(shù)量往往超過十萬甚至百萬，完全依靠手工制作或采購，需要大量人力、物力或財力。

4、因此，亟需構(gòu)建一種面向無人系統(tǒng)智能水平評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成方法，克服以上技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的評估方法和系統(tǒng)為智能模型提供了一個全面的性能評估框架，有助于確保模型在實際應(yīng)用中的有效性和可靠性。這種方法不僅適用于模型開發(fā)和優(yōu)化階段，也適用于模型部署后的持續(xù)監(jiān)控和評估。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種面向無人系統(tǒng)智能水平評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成方法，包括如下步驟：

4、步驟一：建筑模型數(shù)據(jù)制作與擴展制作

5、構(gòu)建建筑模型數(shù)據(jù)庫：將建筑模型分為底座、主題、頂部3個建筑結(jié)構(gòu)，每個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)有若干不同樣式及不同分辨率的紋理貼圖；紋理貼圖根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)將紋理uv坐標(biāo)設(shè)置成支持重復(fù)使用和拼接的樣式；uv坐標(biāo)系統(tǒng)通過u和v兩個軸來表示模型表面的紋理映射；坐標(biāo)系統(tǒng)是基于模型的表面拓撲和幾何形狀而定義的，每個頂點都有一個對應(yīng)的uv坐標(biāo)，用來確定該頂點對應(yīng)紋理圖像中的位置；

6、建筑模型數(shù)據(jù)制作與擴展設(shè)有兩種生成模式：通過自由組合方式生成建筑模型或根據(jù)要求生成不同尺寸的建筑模型；

7、通過自由組合方式生成建筑模型基于三段式建筑結(jié)構(gòu)，通過不同的組合方式，再配上不同的紋理貼圖，由算法隨機組合合成不同樣式的建筑模型；

8、根據(jù)要求生成不同尺寸的建筑模型為建模者根據(jù)需求，手動選擇建筑模型尺寸、紋理，生成建筑模型；

9、步驟二：不規(guī)則模型制作與擴展

10、所述不規(guī)則模型包括地面、植被、道路、河流、標(biāo)志物；由于模型自身形狀不規(guī)則，無法使用建模軟件建立單個通用模型，均需根據(jù)要求生成；

11、所述不規(guī)則模型制作與擴展的基礎(chǔ)庫中設(shè)有若干不同樣式及不同分辨率的紋理貼圖；紋理貼圖紋理uv坐標(biāo)支持重復(fù)使用和拼接的樣式；不規(guī)則模型制作與擴展模塊根據(jù)輸入的不規(guī)則模型數(shù)據(jù)邊界生成道路模型三維網(wǎng)格，根據(jù)不規(guī)則模型數(shù)據(jù)邊界計算紋理uv坐標(biāo)，按照計算的坐標(biāo)值進行貼圖；

12、步驟三：地形場景數(shù)據(jù)生成

13、通過三種地形場景生成技術(shù)方法中任意一種或兩種以上組合的方式生成地形場景數(shù)據(jù)，所述三種方法為：手工建模、傾斜攝影、dom與dem數(shù)據(jù)疊加；

14、手工建模方法通過設(shè)計者手動構(gòu)建地形網(wǎng)格、編輯每個網(wǎng)格點的高度，然后制作地表圖片，進行貼圖；

15、傾斜攝影技術(shù)通過從不少于一個垂直、四個傾斜共五個不同的視角同步采集影像，獲取地形場景頂面及側(cè)視的紋理；

16、dom和dem數(shù)據(jù)疊加建模通過利用數(shù)字正射影像dom數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型dem數(shù)據(jù)構(gòu)建真實三維地形；

17、步驟四：基礎(chǔ)場景數(shù)據(jù)生成

18、在建筑模型數(shù)據(jù)制作與擴展模塊、不規(guī)則模型制作與擴展模塊和地形場景數(shù)據(jù)生成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行組合并設(shè)定條件參數(shù)，生成基礎(chǔ)場景數(shù)據(jù)；

19、步驟五：氣象環(huán)境數(shù)據(jù)疊加

20、在基礎(chǔ)場景數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上疊加氣象數(shù)據(jù)，所述氣象數(shù)據(jù)包括光照、雨、雪、霧數(shù)據(jù)；所述環(huán)境數(shù)據(jù)疊加基于圖形平臺提供的渲染引擎并結(jié)合粒子系統(tǒng)、著色語言技術(shù)完成疊加；

21、所述粒子系統(tǒng)實現(xiàn)步驟如下：

22、s1：創(chuàng)建粒子發(fā)射器

23、粒子發(fā)射器為粒子系統(tǒng)的起點，定義粒子產(chǎn)生的位置和方式；

24、s2：設(shè)定粒子屬性

25、粒子屬性包括粒子的大小、形狀、顏色、透明度、速度、方向、生命周期；上述屬性決定粒子系統(tǒng)的外觀和行為；

26、s3：更新粒子狀態(tài)

27、在三維圖形渲染的每一幀中，根據(jù)粒子的屬性和物理規(guī)則更新粒子的位置、速度和方向；所述物理規(guī)則包括重力、風(fēng)力；

28、s4：繪制粒子

29、將更新后的粒子繪制，通過圖形渲染技術(shù)實現(xiàn)；

30、s5：粒子生命周期管理

31、設(shè)定粒子從發(fā)射出來到消失的過程時間，以確保粒子在所需的時間產(chǎn)生和消失；

32、使用著色語言實現(xiàn)不同時間段不同光照效果，步驟如下：

33、s1：定義光源

34、定義太陽的位置和顏色：通過定義一個光源向量實現(xiàn)，向量指向太陽的位置，且包含太陽的顏色信息；

35、s2：計算光照方向

36、對于場景中的每個物體，計算光照方向，即太陽位置和物體表面點的向；通過將太陽位置向量減去物體表面點的位置向量來得到。

37、s3：計算光照強度

38、光照強度通過點乘光照方向和物體表面的法向量來計算，點乘結(jié)果表示光照的強度，值越大表示光照越強烈；

39、s4：計算漫反射

40、漫反射是光照在物體表面上散射的效果，使用光照強度和物體表面的漫反射系數(shù)來計算漫反射的顏色，通過著色語言中的乘法操作符實現(xiàn)；

41、s5：計算高光反射

42、高光反射是光照在物體表面上產(chǎn)生的鏡面反射效果，根據(jù)光照方向、視線方向和物體表面的法向量來計算高光反射的顏色，使用冪運算和點乘運算計算高光反射；

43、s6：合成光照結(jié)果

44、將漫反射和高光反射的顏色與物體表面的基礎(chǔ)顏色進行合成，得到最終的光照效果，使用著色語言中的加法操作符來實現(xiàn)顏色的合成；

45、步驟六：傳感器數(shù)據(jù)生成

46、根據(jù)無人系統(tǒng)上攜帶的傳感器根實時模擬生成傳感器數(shù)據(jù)，所述傳感器包括可見光相機傳感器、紅外相機傳感器、激光雷達傳感器；

47、可見光相機傳感器、紅外相機傳感器數(shù)據(jù)基于render?to?texture(rtt)技術(shù)生成；

48、通過生成仿真的激光雷達點云數(shù)據(jù)來模擬激光雷達的感知結(jié)果。

49、優(yōu)選地，所述傾斜攝影技術(shù)生成模型數(shù)據(jù)的步驟如下：

50、步驟一：以若干組不同角度、不同方位的航拍數(shù)據(jù)或衛(wèi)星高清影像傳感器數(shù)據(jù)作為輸入，所述輸入數(shù)據(jù)的角度和方位能夠覆蓋地形頂部及四周；

51、步驟二：通過高性能工作站進行計算處理，將輸入數(shù)據(jù)融合、拼接成地形場景模型。

52、優(yōu)選地，所述dom和dem數(shù)據(jù)疊加方法生成模型數(shù)據(jù)的步驟如下：

53、步驟一：首先，獲取指定地區(qū)的dom和dem數(shù)據(jù)；

54、步驟二：在獲取數(shù)據(jù)后，進行預(yù)處理工作，包括數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一，以便于后續(xù)的處理。

55、步驟三：利用dem數(shù)據(jù)，通過算法生成tin；所述算法包括delaunay三角剖分；tin是一種表示地形表面的方法，由一系列不規(guī)則的三角形組成；

56、步驟四：將dom數(shù)據(jù)作為紋理映射到tin上，使得每個三角形擁有對應(yīng)的紋理。

57、優(yōu)選地，所述生成城市場景數(shù)據(jù)的步驟如下：

58、步驟一：要素分解

59、將構(gòu)成基礎(chǔ)場景的三維模型分解成獨立的、可拼接或反復(fù)使用的單個要素，所述要素包括紋理貼圖或單個三維模型；

60、分解之后的要素需要按照類型分類存儲，且配置描述文件，對其屬性進行描述，方便后續(xù)調(diào)度使用；所述屬性包括類型、尺寸、分辨率、存儲位置；

61、步驟二：區(qū)域分割

62、將指定大小的場景分割成若干區(qū)域，根據(jù)每個區(qū)域設(shè)置不同的特性的模型標(biāo)簽，包括居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、交通樞紐等，后續(xù)將從要素庫中隨機選取不同的模型或根據(jù)條件自動生成對應(yīng)的模型進行填充；

63、步驟三：區(qū)域填充

64、根據(jù)每個區(qū)域特征，從要素庫中隨機選取若干要素模型，放置在區(qū)域中；

65、如商業(yè)區(qū)填充商業(yè)模型、居民區(qū)填充住宅模型、綠化區(qū)填充植物；分布物密度、建筑物高度等條件參數(shù)將影響填充距離、模型高度，不同的條件參數(shù)保證生產(chǎn)的場景滿足測試要求。

66、步驟四：場景修飾

67、使用路燈、綠植、景觀模型填充、修飾各個區(qū)域周邊，形成完整的基礎(chǔ)場景。

68、優(yōu)選地，所述步驟六中的可見光相機傳感器數(shù)據(jù)生成包括如下步驟：

69、步驟一：創(chuàng)建紋理

70、在計算機中預(yù)先定義好紋理，根據(jù)需要調(diào)整紋理的大小和分辨率；

71、步驟二：渲染到紋理

72、通過使用渲染引擎中的函數(shù)將場景渲染到紋理中，最終結(jié)果會被保存到紋理中；在渲染時，將渲染目標(biāo)(即紋理)作為渲染輸出目標(biāo)，并確保渲染結(jié)果與紋理大小和分辨率相匹配；

73、步驟三：應(yīng)用紋理

74、通過在場景中構(gòu)建虛擬相機，將虛擬相機拍攝的場景畫面渲染到準備好的二維紋理中，再將紋理數(shù)據(jù)壓縮后按照接口要求發(fā)送出去，實現(xiàn)可見光傳感器數(shù)據(jù)模擬過程；

75、場景被渲染到紋理中后，使得所述渲染后的紋理能夠應(yīng)用到其他物體或場景上；應(yīng)用紋理時，將紋理作為材質(zhì)的貼圖來使用，并確保紋理與物體表面的幾何形狀相匹配；

76、通過修改虛擬相機的fov(視場角)、near?plane(近裁剪面)、far?plane(遠裁剪面)可以模擬不同鏡頭參數(shù)的可見光傳感器；

77、通過使用rtt技術(shù)，可以實現(xiàn)更復(fù)雜的效果，如動態(tài)的監(jiān)視器畫面、實時更新的瞄準鏡；同時，rtt技術(shù)也可以提高渲染效率，因為可以將一些復(fù)雜的渲染計算結(jié)果保存到紋理中，然后在需要時重復(fù)使用。

78、優(yōu)選地，所述紅外相機傳感器數(shù)據(jù)生成步驟如下：

79、步驟一：紅外場景建模

80、紅外場景建模主要包括以下三個方面：

81、101.建立幾何模型庫：

82、提供紅外目標(biāo)及背景的幾何模型和紋理特征，為后續(xù)場景建模服務(wù)；

83、102.建立光譜特性庫：

84、光譜特性庫包含幾何模型庫中各種物質(zhì)材料的光譜特性，包括光譜反射、吸收和發(fā)射率參量，為后續(xù)紅外輻射的計算提供材料光譜數(shù)據(jù)；

85、103.場景建模：

86、建立場景中靜態(tài)、動態(tài)目標(biāo)及背景的三維模型；設(shè)定具體天氣情況、星歷模型、觀察者的位置和狀態(tài)；依據(jù)幾何模型庫和光譜特性庫,設(shè)定場景中物體的材質(zhì)和紋理；

87、步驟二：紅外輻射建模

88、根據(jù)已建場景模型及各種材料輻射特性，分析場景中目標(biāo)及背景的紅外輻射，計算到達探測器的目標(biāo)和背景各自的紅外輻射強度分布；

89、步驟三：目標(biāo)背景合成

90、對于整個紅外場景，對目標(biāo)和背景進行紅外合成，通過輻射傳輸理論結(jié)合邊界條件進行計算目標(biāo)和背景之間的相互影響；

91、步驟四：大氣傳輸建模

92、場景至紅外探測器的路徑上存在著大氣，物體的紅外輻射受到大氣和懸浮微粒選擇性吸收和散射影響而產(chǎn)生衰減，天氣因素，包括風(fēng)、雨、霧、霾、雪，直接影響大氣衰減；

93、根據(jù)大氣透射率、大氣輻射、太陽輻射、月亮輻射、紅外窗口、地理位置、季節(jié)、時間、氣候條件、大氣濕度、能見度及大氣溫度參量，通過經(jīng)驗公式法或大氣模型法計算大氣衰減；

94、步驟五：傳感器建模

95、對掃描、凝視及微掃描型紅外傳感器建模，形成紅外熱圖像；

96、包括ac耦合、光學(xué)透過率、離焦誤差、探測器傾斜、探測器幾何排列模型、噪聲(各種類型)、非均勻性、飽和度、采樣偽差及光暈的建模；噪聲包括熱噪聲、散粒噪聲、1/f噪聲、產(chǎn)生-復(fù)合噪聲、光子噪聲、暗電流噪聲和ccd轉(zhuǎn)移噪聲。

97、進一步地，所述場景溫度及輻射特性計算主要有以下三種方法：

98、201.根據(jù)經(jīng)典輻射原理，建立輻射傳輸方程,通過求解方程獲取場景溫度和輻射分布；

99、202.以實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用特征匹配、粘貼等方法得到景物特征分布；

100、203.理論與實驗相結(jié)合的方法，建立半經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀?/p>

101、方法201基于經(jīng)典輻射傳輸理論,可得到場景的精確紅外輻射分布，但因需求解大量方程組，其計算過程相對復(fù)雜，計算量大，需高性能軟硬件平臺支持。方法202無論建模過程或計算量都較方法a簡單很多，但由于所仿真場景與實攝圖像之間可能存在差異，其仿真精度和靈活性都較差。

102、方法203綜合了前兩者的優(yōu)缺點，既無需過多依賴大型軟硬件平臺支持，又兼顧保真度和靈活性，是軟硬件平臺不夠完善時的首選方法。

103、進一步地，步驟三目標(biāo)場景合成方法為兩種之一：

104、301.對目標(biāo)和背景輻射分別建模，將目標(biāo)嵌入背景輻射圖像中，計算目標(biāo)和背景重疊區(qū)域紅外輻射相互作用；

105、302.在目標(biāo)與背景紅外輻射理論模型基礎(chǔ)上，結(jié)合目標(biāo)與背景相對位置,建立耦合的紅外特征理論模型，直接計算目標(biāo)與背景紅外輻射和對比特征；對于動態(tài)紅外場景，計算整個紅外場景輻射強度的高動態(tài)范圍(hdr)變化。

106、優(yōu)選地，當(dāng)所述雷達為單線激光雷達時，基于已構(gòu)建好的三維場景模擬生成雷達傳感器數(shù)據(jù)的步驟如下：

107、步驟(a)基于雷達設(shè)備掃描平面，以雷達設(shè)備為中心點，每間隔n°發(fā)出一條線段、線段長度與雷達掃描距離相通，線段總條數(shù)為360/n

108、步驟(b)計算每條線段與場景中物體的交點，保存所有交點坐標(biāo)值，按照雷達數(shù)據(jù)格式輸出。

109、第二方面，本發(fā)明提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述第一方面所述的方法。

110、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)上述第一方面所述的方法。