基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法
2023-06-10 23:42:36
專利名稱：基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法
技術領域：
本發明涉及一種基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬系統綜合仿真方法。
背景技術：
目前，面向道路交通問題的駕駛模擬系統為道路交通研究、管理或設計部門提供了一 個在實驗室可控條件下研究道路交通或運輸問題的科學工具。它允許研究人員任意建立某 個具有道路交通特定環境及交通動態特徵的虛擬場景，並實現對駕駛車輛、交通車流、行 人的動態參數和其它環境因素有條件的控制，在駕駛模擬系統上實現對各類道路交通問題 的動態信息採集、參數分析和仿真實驗。這類駕駛模擬系統主要應用在道路交通設施評價、 交通安全、駕駛員行為特性、汽車動態響應等研究領域。由此可見，此類駕駛模擬系統必 須具有極強的建模和動態場景的構建能力，以完成對道路交通研究對象的真實建模，包括 對交通流模型的建立，這直接關係到在進行某些模擬實驗時，駕駛人員能否沉浸在真實的 交通環境中，在研究與道路交通流相關的問題時，模擬系統能否提供接近真實的道路交通 流環境。
目前的駕駛模擬系統，特別是用於研究道路交通問題的駕駛模擬系統，對交通流的仿 真主要採取程序式交通車輛設置，即預先設定好車輛的運動規律按固定的路線行駛，通過 觸發啟動車輛。這種方式對少量在實驗中有特殊作用的車輛是有效的，但對於數量較多， 且具有自生交通流特性的車輛來說，這是不可行的。在有的駕駛模擬系統中，設定了車輛 的跟車或停車模型，可以產生少量的交通流。由受資源限制，這類模型都較為簡單，限制 了駕駛模擬系統應用範圍。
目前單純的微觀交通流仿真模型和方法己非常成熟，交通流仿真軟體的應用在交通工 程領域也非常廣泛。但這類軟體存在的問題是，交通流模型決定了內部車輛的相互關係， 包括駕駛員的行為特徵都可以體現在模型中，但不能像駕駛模擬系統一樣與真實的駕駛行 為進行交互，應用範圍仍然受到限制。
如果把兩者結合起來，在駕駛模擬系統上既有真實的駕駛員行為環節，虛擬場景中又 有逼真的微觀交通流，就可以實現基於微觀交通流模型下的駕駛模擬綜合仿真。
發明內容
基於上述問題，本發明的目的是為駕駛模擬系統提供一種逼真的交通流綜合仿真方法，
3能夠從一種成熟的微觀交通流仿真系統中獲取駕駛模擬系統所需的交通流，解決駕駛模擬 系統中交通車輛只能按固定路線運行、交通模型簡單、交通量較少，導致無法對真實交通 狀況進行仿真的問題。
本發明的基於微觀交通流仿真模型的駕駛模擬綜合仿真方法包括以下步驟
(1) 提取駕駛模擬系統中的所模擬道路場景的道路參數及交通條件，通過道路及交通 條件轉換程序將其轉換成微觀交通仿真系統的道路參數及交通條件；
(2) 通過交通流結果轉換轉換程序將微觀交通仿真系統的交通流仿真結果轉換成駕駛
模擬系統中的動態交通流虛擬三維圖像數據。
上述要提取的駕駛模擬系統中的道路參數及交通條件是指道路的幾何參數、道路的 裡程樁號、樁號坐標、道路上的交通流量、車流量的車型、各車型的比例、交通信號參數、 交通流特性參數等。
上述微觀交通仿真系統的交通流仿真結果包括交通流的特性參數、交通流中各車在 每一仿真步長結束時刻的位置坐標、速度、加速度等。
上述駕駛模擬系統中的動態交通流虛擬三維圖像數據以車輛的路徑文件和車輛的特 徵參數文件分別表示。車輛的路徑文件是指車輛的位置坐標，車輛的特徵參數是指車輛的 模型號、車輛的觸發時間、車輛的加速度等。
其中，上述的道路參數及交通條件、交通流仿真結果的數據格式可以是資料庫文件格 式或文本文件格式。
通過本發明方法，在利用駕駛模擬系統進行駕駛模擬實驗研究時，可為實驗的三維虛 擬場景提供快捷的、逼真的動態微觀交通流虛擬三維圖像，為駕駛員提供更加真實的虛擬 場景，顯著提高駕駛模擬系統的應用範圍，提高駕駛模擬實驗的可信度和準確度。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明實施方案。
圖l是本發明的基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法的實施流程圖。 圖2是本發明的基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法的道路參數及交
通條件轉換程序框圖。
圖3是本發明的基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法的交通流結果轉
換程序框圖。
圖4是本發明的基於微觀交通仿真軟體VISSIM交通流仿真模型的駕駛模擬綜合仿真方 法的實施流程圖。
具體實施例方式
如
圖1所示，實驗者根據駕駛模擬系統對交通流仿真的要求，本方法按照以下所述方 案實施(1)從駕駛模擬系統l的資料庫文件或文本文件中提取所模擬道路的道路參數及 交通條件，包括道路的幾何參數、道路的裡程樁號、樁號坐標、道路上的交通流量、車 流量的車型、各車型的比例、交通信號參數、交通流特性參數等；(2)在道路及交通條件 轉換程序中選擇轉換格式，利用該轉換程序對要仿真道路的資料庫或文本文件，進行基於 微觀交通流仿真系統格式的自動轉換；(3)將轉換結果導入微觀交通流仿真系統中，並在 微觀交通流系統中對道路及交通條件進行建模；(4)運行微觀交通仿真系統得到仿真結果； 該交通流仿真結果應包括交通流的特性參數、交通流中各車在每一仿真步長結束時刻的 位置坐標、速度、加速度等數據；(5)通過交通流轉換程序將仿真結果數據格式自動轉換 成駕駛模擬器所需的動態交通流仿真數據格式；駕駛模擬系統調用動態交通流仿真數據， 即可實現駕駛模擬系統中的動態交通流的虛擬三維圖像；(6)最後實驗者可在駕駛模擬系 統上設定駕駛模擬實驗條件，調入需要的交通流，並將駕駛模擬車輛融入生成的虛擬三維 圖像中，進行駕駛模擬實驗。
本發明實施例包括道路及交通條件轉換程序部分，如圖2所示。用於將要仿真道路的數 據格式，轉換為基於微觀交通流仿真系統的數據格式。本發明的道路及交通條件轉換程序 包括數據輸入、數據格式處理、數據輸出部分。這裡的數據輸入可以是道路的資料庫格式 數據和文本文件格式數據，數據輸出是微觀交通流仿真系統的道路數據格式。
本發明實施例還包括交通流結果轉換程序部分，如圖3所示。用於將微觀交通流仿真 系統中的交通流數據格式，轉換為駕駛模擬系統的交通流數據格式。本發明的交通流轉換 程序包括數據輸入、數據格式處理、數據輸出部分。這裡的數據輸入可以是微觀交通流系 統的交通流數據格式，包括交通流的特性參數、交通流中各車在每一仿真步長結束時刻 的位置坐標、速度、加速度等數據。數據輸出是駕駛模擬系統的交通流數據格式。
如圖4所示，以基於微觀交通仿真軟體VISSIM交通流仿真模型的駕駛模擬綜合仿真方法 為例，進一步對本發明的方法進行具體描述。
微觀交通仿真軟體VISSIM是目前成熟的微觀交通流仿真商業軟體之一，其微觀交通流 模型適用於城市道路交通流的仿真，為在城市道路的駕駛模擬實驗研究中提供真實的城市 道路交通流，利用本發明方法將微觀交通仿真系統VISSIM與駕駛模擬系統結合進行綜合仿 真，獲取城市道路的動態交通流三維場景。具體的實現步驟和實現方式詳細描述如下
1.根據駕駛模擬系統對所模擬道路場景的交通流仿真的要求，提取駕駛模擬系統中的道路參數及交通條件。所提取的道路參數及交通條件對應於VISSIM中仿真所需的參數， 包括道路的幾何參數即車道寬、車道數、交叉口渠化形式等，道路的裡程樁號、樁號坐 標、道路上的交通流量、車型、各車型的比例、交通信號參數、交通流特性參數即車流組 織方式、車道轉換參數、車輛跟馳特徵參數、車輛橫向行為特徵參數等。
2. 利用道路及交通條件轉換程序對提取的道路參數及交通條件進行數據格式轉換， 轉換為VISSIM中的數據格式，這其中包括程序的自動轉換，也包括在VISSIM中進行手動設 置的部分，建立基於VISSIM的仿真道路及交通模型；
3. 在VISSIM中設定要獲取的交通流仿真數據結果，該交通流仿真結果包括交通流 的特性參數，如平均車速、延誤等，交通流中各車在每一仿真步長結束時刻的位置坐標、 速度、加速度等數據；運行VIISIM，得到駕駛模擬實驗道路上真實的交通流仿真結果數據； 在VISSIM中得到的交通流仿真結果數據格式為包含以下各參數的文本文件數據。
VehNr, VehTypeName， Stim， t， WorldX， WorldY， WorldZ， v， DwlTm， a 其中VehNr為車輛編號；VehTypeName為車輛類型；Stim為開始加載時間；t為仿真 時間；WorldX， WorldY， WorldZ分別為一輛車所在位置點的X, Y, Z坐標；V為每個仿真時間 步長結束時的速度；DwlTm為停留時間；a為每個仿真時間步長結束時的加速度。
分析判斷交通流結果數據是否符合該仿真道路的交通流，否則重複步驟3，直至合適 為止進入下一步驟。
4. 利用交通流結果轉換程序將交通流仿真結果數據自動轉換成駕駛模擬系統可以讀 取的動態交通流仿真數據，動態交通流仿真數據以車輛坐標位置的文本文件和車輛的特徵 參數文本文件的形式進行存儲和傳輸。
5. 設定駕駛模擬實驗條件，在駕駛模擬實驗系統上調入該交通流的動態交通流仿真 數據，通過駕駛模擬系統的程序形成三維動態場景圖像，並將駕駛模擬車輛融入其中，進 行駕駛模擬實驗。
通過本發明方法以純軟體方式實現駕駛模擬系統中動態交通流的仿真，具有簡單、快 捷、仿真度高的特點，可以很方便地實現被模擬道路上與實際相符的動態交通場景。
權利要求
1、一種基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法，其特徵在於將微觀交通仿真系統的微觀交通流仿真結果導入駕駛模擬系統，實現基於微觀交通流模型下的駕駛模擬綜合仿真，該方法包含以下步驟(1)提取駕駛模擬系統中的所模擬道路場景的道路參數及交通條件，通過道路及交通條件轉換程序將其轉換成微觀交通仿真系統的道路參數及交通條件；(2)通過交通流結果轉換轉換程序將微觀交通仿真系統的交通流仿真結果轉換成駕駛模擬系統中的動態交通流虛擬三維圖像數據。
2、 根據權利要求l所述的基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法，其特徵在 於道路參數及交通條件是指道路的幾何參數、道路的裡程樁號、樁號坐標、道路上的交 通流量、車流量的車型、各車型的比例、交通信號參數、交通流特性參數等。
3、 根據權利要求l所述的基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法，其特徵在 於交通流仿真結果參數包括交通流的特性參數、交通流中各車在每一仿真步長結束時刻 的位置坐標、速度、加速度。
4、 根據權利要求l所述的基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法，其特徵在 於駕駛模擬系統中動態交通流虛擬三維圖像數據以車輛的路徑文件和車輛的特徵參數文 件分別表示，車輛的路徑文件是指車輛的位置坐標，車輛的特徵參數是指車輛的模型號、 車輛的觸發時間、車輛的加速度。
5、 根據權利要求1或2所述的基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法，所述 的道路參數及交通條件的數據格式可以是資料庫文件格式或者文本文件格式。
6、 根據權利要求1或3所述的基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法，所述 的交通流仿真結果參數的數據格式可以是資料庫文件格式或者文本文件格式。
全文摘要
本發明涉及一種基於微觀交通流仿真模型下的駕駛模擬綜合仿真方法。其特徵在於將微觀交通仿真系統的微觀交通流仿真結果導入駕駛模擬系統，實現基於微觀交通流模型下的駕駛模擬綜合仿真。該方法包含以下步驟(1)提取駕駛模擬系統中的所模擬道路場景的道路參數及交通條件，通過道路及交通條件轉換程序將其轉換成微觀交通仿真系統的道路參數及交通條件；(2)通過交通流結果轉換轉換程序將微觀交通仿真系統的交通流仿真結果轉換成駕駛模擬系統中的動態交通流虛擬三維圖像數據。本發明方法，能為駕駛員提供更加真實的虛擬場景，顯著提高駕駛模擬系統的應用範圍，提高駕駛模擬實驗的可信度和準確度。
文檔編號G06F17/00GK101533455SQ20091009439
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者萬華森, 堅 熊, 秦雅琴, 賈現廣, 郭鳳香, 亮 陳, 晶 高 申請人:昆明理工大學