本發(fā)明屬于交通仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維交通仿真模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科技進步使得仿真技術(shù)已經(jīng)成為改善各行業(yè)規(guī)劃、設(shè)計和運營工作的重要工具。目前，無論是工業(yè)界還是科學(xué)與教育界都大量使用仿真工具，仿真已經(jīng)成為各行業(yè)、各部門降低成本、保持技術(shù)優(yōu)勢的重要手段。交通仿真是研究運用現(xiàn)代計算機技術(shù)再現(xiàn)實際交通系統(tǒng)的特性、分析交通系統(tǒng)在各種設(shè)定條件下的可能行為，以尋求現(xiàn)實交通問題最優(yōu)解的一種手段，也是評價各類運輸設(shè)施運用設(shè)計方案效果的有效方法。
隨著智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，ITS)在世界各國研究的廣泛開展，國內(nèi)交通界認(rèn)識到了在我國開展ITS研究的重要性。作為ITS核心技術(shù)之一的交通仿真也受到了極大關(guān)注。目前，國內(nèi)多所大學(xué)和科研單位都展開了實質(zhì)性的研究工作。但大多數(shù)模型只是局限于單個交叉口的運行情況，不能反映出上中下游路段以及整個路網(wǎng)的動態(tài)狀況。已有的仿真軟件與模型都是局限于交通環(huán)境自身而言的，沒有真正與GPS、GIS等與信息技術(shù)相關(guān)信息系統(tǒng)聯(lián)系起來進行仿真研究。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對上述的問題，提出一種三維交通仿真模擬系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
提供一種三維交通仿真模擬系統(tǒng)，包括參數(shù)配置模塊、車輛生成器、服務(wù)器、交通實體和4G網(wǎng)絡(luò)模塊五大模塊；
其中交通實體包括，駕駛員模型實體、車輛實體；
所述參數(shù)配置模塊根據(jù)用戶配置的交通初始化參數(shù)植入在仿真場景中生成的車輛實體并為其配置起點、終點及一些控制點；
所述駕駛員模型實體是進行駕駛員仿真，可以感知周圍交通環(huán)境狀況，根據(jù)交通環(huán)境做出相應(yīng)的行為如加速、減速、停車、換道的行為，為車輛實體提供操縱指令；所述駕駛員模型實體包含環(huán)境感知、預(yù)瞄決策和跟隨控制三個子模塊；
所述環(huán)境感知模塊對周圍的交通環(huán)境進行感知并且輸出交通環(huán)境信息，所述交通環(huán)境信息包括：障礙物信息、車道信息、誘導(dǎo)信息、非結(jié)構(gòu)化道路信息，以及根據(jù)起點和終點進行路徑規(guī)劃；進行環(huán)境感知時將本車的位置和航向以及本車的感知范圍向交通服務(wù)器請求，交通服務(wù)器將本車周圍車輛的信息、車道信息、信號燈的誘導(dǎo)信息、非結(jié)構(gòu)化道路信息返回給本車輛的環(huán)境感知模塊；感知模塊獲得交通環(huán)境信息后進行過濾與重組，得出可行區(qū)域；所述可行區(qū)域指車輛感知范圍內(nèi)汽車受外部條件制約能夠保證自身安全到達的位置點的集合；
所述預(yù)瞄決策模塊，根據(jù)環(huán)境感知模塊感知的周圍環(huán)境信息進行預(yù)瞄與決策，決策出車輛將來的預(yù)期位置與預(yù)期速度；預(yù)瞄決策模塊的輸入有當(dāng)前車輛的狀態(tài)、路徑規(guī)劃的路徑、交通知識規(guī)則庫、環(huán)境感知模塊感知到的交通環(huán)境信息；該模塊接收到環(huán)境感知的交通環(huán)境信息后先進行預(yù)瞄，所述預(yù)瞄指根據(jù)當(dāng)前的車輛的運行狀態(tài)及車輛的運行能力確定車輛的最大能到達的空間，所述最大能達空間指在本車道中心線和相鄰車道中心線上一系列離散的能到達的點，車輛在一定預(yù)瞄時間內(nèi)所能達到的最大位置區(qū)域，之后對此位置區(qū)域進行離散，這些離散點即組成最大可達區(qū)間；所述可達空間指由汽車本身內(nèi)因決定的汽車可行駛到的地方或位置點的集合；確定最大可達空間后進行合法性評判，將可達空間中超出路段車速限制的點剔除，剩余合法可達空間；之后對合法可達空間進行安全性判斷，所述安全性判斷根據(jù)其他交通實體運動狀態(tài)對周圍實體進行一個預(yù)瞄時間的預(yù)測，將其占據(jù)的合法可達空間中的點剔除，生成安全的合法可達空間；最后對合法可達空間參照預(yù)期路徑進行綜合評判，選出最優(yōu)的預(yù)期到達點；此預(yù)期到達點的信息包括其預(yù)期到達的位置坐標(biāo)及到達此點時車輛的速度；
所述跟隨控制模塊，輸入的根據(jù)預(yù)期位置及預(yù)期速度計算出車輛需要采取的駕駛指令；所述駕駛指令包括，方向盤轉(zhuǎn)角、油門開度、制動踏板力、離合器踏板開度、變速箱檔位；包括方向控制和速度控制兩個模塊，所述方向控制模塊根據(jù)輸入的預(yù)期位置輸出方向盤轉(zhuǎn)角；所述的速度控制模塊根據(jù)輸入的預(yù)期速度計算輸出油門開度、制動踏板力、離合器踏板開度、變速箱檔位等待指令；
所述車輛模型實體，接收駕駛員實體輸出的駕駛指令進行簡單車輛動力學(xué)仿真，輸出車輛的運動狀態(tài)及其工作狀態(tài)；
所述4G網(wǎng)路模塊安裝在各個模塊當(dāng)中進行信息傳輸；
所述服務(wù)器預(yù)先加載有交通場景文件。
具體操作包括以下步驟：
步驟1：進行交通初始化，參數(shù)配置模塊接收交通車實體參數(shù)配置信息；
步驟2：服務(wù)器預(yù)先加載交通場景文件，車輛生成器在服務(wù)器中為各個交通車仿真實體進行生成；
步驟3：駕駛員實體中的環(huán)境感知模塊進行環(huán)境感知；感知模塊帶著自己的位置及感知范圍以及所要感知的信息向服務(wù)器通過4G網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送請求數(shù)據(jù)；
步驟4：交通服務(wù)器接收到請求后將該實體周圍的其他實體類型、標(biāo)識及位置狀態(tài)及運動狀態(tài)傳給車輛實體；
步驟5：預(yù)瞄決策模塊根據(jù)當(dāng)前車輛所處的環(huán)境進行預(yù)瞄與決策，決策出將要到達的預(yù)期位置及預(yù)期速度；
步驟6：跟隨控制模塊根據(jù)輸入的預(yù)期位置及預(yù)期速度進行控制輸出方向盤轉(zhuǎn)角等待駕駛員操作指令；
步驟7：車輛模型根據(jù)輸入的駕駛員操作指令進行動力學(xué)仿真輸出車輛的狀態(tài)；并且將本實體的信息上報給交通服務(wù)器；
步驟8：服務(wù)器對每個交通車實體按照更新后的位置進行存儲對比。
本發(fā)明的有益效果：
1、以真實的駕駛員模型研究交通網(wǎng)絡(luò)中與駕駛員有關(guān)的各種車輛行為參數(shù)以及與駕駛員有關(guān)的相關(guān)參數(shù)，駕駛員可以與虛擬交通仿真環(huán)境進行具有真實感的交互行為，提高交通仿真的真實感與浸入感，增強使用者的視覺體驗，從駕駛員角度為交通仿真系統(tǒng)提供補充。
2、該系統(tǒng)還可以為駕駛員提供車路協(xié)同等智能交通系統(tǒng)的演示，代替實車的演示，節(jié)省車輛資源、道路資源等各相關(guān)資源。
具體實施方式
下面對本發(fā)明進一步說明。
實施例1：
提供一種三維交通仿真模擬系統(tǒng)，包括參數(shù)配置模塊、車輛生成器、服務(wù)器、交通實體和4G網(wǎng)絡(luò)模塊五大模塊；
其中交通實體包括，駕駛員模型實體、車輛實體；
所述參數(shù)配置模塊根據(jù)用戶配置的交通初始化參數(shù)植入在仿真場景中生成的車輛實體并為其配置起點、終點及一些控制點；
所述駕駛員模型實體是進行駕駛員仿真，可以感知周圍交通環(huán)境狀況，根據(jù)交通環(huán)境做出相應(yīng)的行為如加速、減速、停車、換道的行為，為車輛實體提供操縱指令；所述駕駛員模型實體包含環(huán)境感知、預(yù)瞄決策和跟隨控制三個子模塊；
所述環(huán)境感知模塊對周圍的交通環(huán)境進行感知并且輸出交通環(huán)境信息，所述交通環(huán)境信息包括：障礙物信息、車道信息、誘導(dǎo)信息、非結(jié)構(gòu)化道路信息，以及根據(jù)起點和終點進行路徑規(guī)劃；進行環(huán)境感知時將本車的位置和航向以及本車的感知范圍向交通服務(wù)器請求，交通服務(wù)器將本車周圍車輛的信息、車道信息、信號燈的誘導(dǎo)信息、非結(jié)構(gòu)化道路信息返回給本車輛的環(huán)境感知模塊；感知模塊獲得交通環(huán)境信息后進行過濾與重組，得出可行區(qū)域；所述可行區(qū)域指車輛感知范圍內(nèi)汽車受外部條件制約能夠保證自身安全到達的位置點的集合；
所述預(yù)瞄決策模塊，根據(jù)環(huán)境感知模塊感知的周圍環(huán)境信息進行預(yù)瞄與決策，決策出車輛將來的預(yù)期位置與預(yù)期速度；預(yù)瞄決策模塊的輸入有當(dāng)前車輛的狀態(tài)、路徑規(guī)劃的路徑、交通知識規(guī)則庫、環(huán)境感知模塊感知到的交通環(huán)境信息；該模塊接收到環(huán)境感知的交通環(huán)境信息后先進行預(yù)瞄，所述預(yù)瞄指根據(jù)當(dāng)前的車輛的運行狀態(tài)及車輛的運行能力確定車輛的最大能到達的空間，所述最大能達空間指在本車道中心線和相鄰車道中心線上一系列離散的能到達的點，車輛在一定預(yù)瞄時間內(nèi)所能達到的最大位置區(qū)域，之后對此位置區(qū)域進行離散，這些離散點即組成最大可達區(qū)間；所述可達空間指由汽車本身內(nèi)因決定的汽車可行駛到的地方或位置點的集合；確定最大可達空間后進行合法性評判，將可達空間中超出路段車速限制的點剔除，剩余合法可達空間；之后對合法可達空間進行安全性判斷，所述安全性判斷根據(jù)其他交通實體運動狀態(tài)對周圍實體進行一個預(yù)瞄時間的預(yù)測，將其占據(jù)的合法可達空間中的點剔除，生成安全的合法可達空間；最后對合法可達空間參照預(yù)期路徑進行綜合評判，選出最優(yōu)的預(yù)期到達點；此預(yù)期到達點的信息包括其預(yù)期到達的位置坐標(biāo)及到達此點時車輛的速度；
所述跟隨控制模塊，輸入的根據(jù)預(yù)期位置及預(yù)期速度計算出車輛需要采取的駕駛指令；所述駕駛指令包括，方向盤轉(zhuǎn)角、油門開度、制動踏板力、離合器踏板開度、變速箱檔位；包括方向控制和速度控制兩個模塊，所述方向控制模塊根據(jù)輸入的預(yù)期位置輸出方向盤轉(zhuǎn)角；所述的速度控制模塊根據(jù)輸入的預(yù)期速度計算輸出油門開度、制動踏板力、離合器踏板開度、變速箱檔位等待指令；
所述車輛模型實體，接收駕駛員實體輸出的駕駛指令進行簡單車輛動力學(xué)仿真，輸出車輛的運動狀態(tài)及其工作狀態(tài)；
所述4G網(wǎng)路模塊安裝在各個模塊當(dāng)中進行信息傳輸；
所述服務(wù)器預(yù)先加載有交通場景文件。
具體操作包括以下步驟：
步驟1：進行交通初始化，參數(shù)配置模塊接收交通車實體參數(shù)配置信息；
步驟2：服務(wù)器預(yù)先加載交通場景文件，車輛生成器在服務(wù)器中為各個交通車仿真實體進行生成；
步驟3：駕駛員實體中的環(huán)境感知模塊進行環(huán)境感知；感知模塊帶著自己的位置及感知范圍以及所要感知的信息向服務(wù)器通過4G網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送請求數(shù)據(jù)；
步驟4：交通服務(wù)器接收到請求后將該實體周圍的其他實體類型、標(biāo)識及位置狀態(tài)及運動狀態(tài)傳給車輛實體；
步驟5：預(yù)瞄決策模塊根據(jù)當(dāng)前車輛所處的環(huán)境進行預(yù)瞄與決策，決策出將要到達的預(yù)期位置及預(yù)期速度；
步驟6：跟隨控制模塊根據(jù)輸入的預(yù)期位置及預(yù)期速度進行控制輸出方向盤轉(zhuǎn)角等待駕駛員操作指令；
步驟7：車輛模型根據(jù)輸入的駕駛員操作指令進行動力學(xué)仿真輸出車輛的狀態(tài)；并且將本實體的信息上報給交通服務(wù)器；
步驟8：服務(wù)器對每個交通車實體按照更新后的位置進行存儲對比。
需要指出的是，上述實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。