Ensuring the safety of self-driving cars remains a major challenge due to the complexity and unpredictability of real-world driving environments. Traditional testing methods face significant limitations, such as the oracle problem, which makes it difficult to determine whether a system's behavior is correct, and the inability to cover the full range of scenarios an autonomous vehicle may encounter. In this paper, we introduce a digital twin-driven metamorphic testing framework that addresses these challenges by creating a virtual replica of the self-driving system and its operating environment. By combining digital twin technology with AI-based image generative models such as Stable Diffusion, our approach enables the systematic generation of realistic and diverse driving scenes. This includes variations in weather, road topology, and environmental features, all while maintaining the core semantics of the original scenario. The digital twin provides a synchronized simulation environment where changes can be tested in a controlled and repeatable manner. Within this environment, we define three metamorphic relations inspired by real-world traffic rules and vehicle behavior. We validate our framework in the Udacity self-driving simulator and demonstrate that it significantly enhances test coverage and effectiveness. Our method achieves the highest true positive rate (0.719), F1 score (0.689), and precision (0.662) compared to baseline approaches. This paper highlights the value of integrating digital twins with AI-powered scenario generation to create a scalable, automated, and high-fidelity testing solution for autonomous vehicle safety.


翻译:确保自动驾驶汽车的安全仍然是一项重大挑战,这源于现实世界驾驶环境的复杂性和不可预测性。传统测试方法面临显著局限,例如预言问题(难以判定系统行为是否正确)以及无法覆盖自动驾驶车辆可能遇到的全部场景。本文提出一种数字孪生驱动的蜕变测试框架,通过创建自动驾驶系统及其运行环境的虚拟副本应对这些挑战。通过将数字孪生技术与基于AI的图像生成模型(如Stable Diffusion)相结合,我们的方法能够系统性地生成逼真且多样化的驾驶场景。这包括天气、道路拓扑和环境特征的多种变化,同时保持原始场景的核心语义。数字孪生提供了一个同步的仿真环境,可在其中以可控且可重复的方式测试变更。在此环境中,我们定义了三种受现实世界交通规则和车辆行为启发的蜕变关系。我们在Udacity自动驾驶仿真器中验证了该框架,并证明其显著提升了测试覆盖率和有效性。与基线方法相比,我们的方法实现了最高的真阳性率(0.719)、F1分数(0.689)和精确率(0.662)。本文强调了将数字孪生与AI驱动的场景生成相结合的价值,从而为自动驾驶车辆安全创建可扩展、自动化且高保真的测试解决方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员