CN104820763B - 一种基于vissim的交通事故三维仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法，是一种用于交通事故三维仿真的新方法，以经典的交通仿真软件VISSIM为基础平台，辅以COM接口二次编程实现。介绍了该方法的总体技术路线、给出了主要环节的建模方法，包括：三维要素模型构建、仿真系统框架构建、车辆运动轨迹与过程控制、碰撞瞬间效果设计以及交通环境设计。本发明具有工作量大大降低、灵活度大、技术难度不高的特点，适合于事故鉴定机构准确、快速、低成本的实现交通事故的仿真。

Description

一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法

技术领域

本发明涉及一种用于交通事故三维仿真的方法，具体涉及一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法。

背景技术

在交通事故的分析与处理过程中，相关的交警、当事方、媒体、公众往往都特别希望能有三维仿真动画来表现事故发生的整个过程，以此来增加对事故分析结果的说服力和表现力。目前，以3DMAX为代表的纯3D动画制作技术已经可以制作出类似的动画，但是这类方法一方面需要专业的3D制作人员，另一方面制作周期长、制作费用高昂，不适合事故鉴定行业制作成本低、周期短的客观需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述问题，本发明提出了一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法，以交通工程行业常用的交通仿真软件VISSIM为基础平台，通过COM接口二次编程实现交通事故仿真的新方法。确定方法的总体技术路线、给出了主要环节的建模方法，包括：三维要素模型构建、仿真系统框架构建、车辆运动轨迹与过程控制、碰撞瞬间效果设计以及交通环境设计。

(二)技术方案

一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法，其特征是,是一种用于交通事故三维仿真的新方法，以经典的交通仿真软件VISSIM为基础平台，辅以COM接口二次编程实现；确定方法的总体技术路线、给出了主要环节的建模方法，包括：三维要素模型构建、仿真系统框架构建、车辆运动轨迹与过程控制、碰撞瞬间效果设计以及交通环境设计；其具体方法如下：

(1)三维要素模型构建：交通事故三维仿真要素包括A类要素、B类要素和道路交通流C类动态要素三类；VISSIM自带的模型库，是.v3d格式的，该模型库里面的模型只适合于C类要素，而对于A类和B类要素，则需要用户借助其它软件预先构建，方法如下：

(a)V3DM原创：V3DM的工程文件是.vvp格式，这种格式的3D模型是可以被修改的，而其输出文件.v3d格式的模型不能被修改；VISSIM模型库提供了.v3d的模型而非.vvp格式，用V3DM原创A类、B类模型需要从一方一格的添加中堆积完成；

(b)直接用或小修改SketchUP开放库模型：一个逼真的三维仿真需要大量静态的三维要素即A类元素，VISSIM三维模式下可以导入.v3d、.skp两种格式的静态3D模型；构建这类模型时必须充分利用免费共享资源库里大量的SketchUP模型，比较著名的建筑在资源库里可以比较容易的找到，直接放入3D交通环境中合适的位置即可；当资源库里没有原样的模型则找到相近的，在此基础上进行简单的修改和修饰；绿化树木可以找到资源库中的树木、草地模型，在此基础上进行复制扩展；3D信号灯和标志牌以及路灯可以用VISSIM的专门功能进行添加；特别需要注意的是，对于桥梁、隧道、坡道有高差的道路承载体，除了在外形上要进行专门设计之外，必须以多段的形式绘制路面，使得路面与坡体更好的贴合；

(c)SketchUP源模型+V3DM拼接涂装：网络上有海量的.skp格式的免费开放3D模型库，而V3DM可以引入.skp格式的模型作为生成.v3d文件的雏形；充分利用免费开放的网络资源是构建B类模型的有效途径；.skp格式的文件导入V3DM后原模型的外表颜色和贴图不会保留，需要用V3DM的修改功能在涂装上加以修改；

(2)仿真系统框架构建：通过COM接口，VISSIM可以被其它应用程序调用，其模型和仿真的底层信息对象、方法、属性可以被交互式的使用；应用所有的RAD工具，可以通过VB、VC之类的语言调用和控制VISSIM-COM接口为用户提供的vissim对象库里面的对象；这个库包含了14类对象，每类对象有严格的对象等级；VISSIM是最高等级的对象，其他的对象都是它的子对象；集合是一个特殊的对象类型,它是单个对象们的容器，可用来枚举路网元素；在以上框架的基础上，再放入交通事故直接参与方运动过程的控制语句，即可实现交通事故仿真的整体运行。

(3)车辆运动轨迹与过程控制：VISSIM中有两种方式来呈现车辆的轨迹：一种是通过绘制link路线，让预先定置好的“车辆”出现在该路线上，该车辆就会沿着该路线一直往前行驶，这种方法为A方法；另一种方式是通过COM接口二次编程实时改变3D车辆的坐标，从而实现运动，这种方法为B方法；交通事故仿真中，车辆轨迹的设计一般采用A方法来实现；在A方法中，用常规方法绘制Link之外，还需要通过程序代码控制车辆出现的时刻和位置，用的COM方法为AddVehicleAtLinkCoordinate；需要清除某个车辆时，使用RemoveVehicle方法；在轨迹设计的基础上，需要调整车辆的出现时间、速度变化来控制交通事故的过程，从而使事故以预设的方式演变；这个过程需要预先分析得到事故的形态、碰撞点、碰撞速度、加速度的信息。

(4)碰撞瞬间效果设计：交通事故碰撞往往是大能量的转换，而且这个转换往往是在小于1秒的时间内完成的突变，从而出现车辆附属物散落、车辆变形、车辆旋转、翻滚、挂车分离、两车合并、起火、起烟尘的现象；这类效果的仿真在VISSIM COM中主要涉及到静态对象的状态控制和坐标控制；在VISSIM 3D环境中可以“摆放”一些静态3D对象StaticObject，而这些静态3D对象的一举一动都需要在COM程序中手工编写；某个3D对象摆在某个位置不动时，就不需要编写任何程序；静态3D对象控制的主要方法如下：

①初始化静态3D对象；使用的COM方法为StaticObjects.GetStaticObjectByName()；

②改变3D对象的状态；3D对象的状态STATE需要在V3DM软件中预先设定，一个3D对象可以设置多个状态，以供在COM中相应的条件下，显示其中的某一个状态；使用的COM方法为AttValue("3DMODELSTATE")。

③改变3D对象的坐标；在交通事故的仿真中，静态3D对象的坐标的改变可以控制该对象在画面中出现与否、运动与否、速度快慢；使用的COM方法为**.AttValue("position")＝vissim.NewWorldPoint(*,*,*)。

(5)交通环境设计：交通事故交通环境指事故发生现场及周边除事故直接相关方之外的场景，包括静态的道路、交通设施、绿化、建筑以及动态的行人、自行车、交通流，这些元素决定了交通事故仿真3D效果的真实度；对于静态环境，可以采用前面介绍的方法构建好静态三维要素，再导入VISSIM三维环境中，通过移动、旋转、缩放的功能调整；对于动态环境，则利用VISSIM交通仿真的常规功能实现。

进一步的，所述的总体技术路线是VISSIM留有一个允许用户进行二次编程开发的接口，通过该接口，可以更深入的从底层控制VISSIM的对象，从而实现用户自定义的动作和运动模式；其本身并不能生成一个之前没有的三维元素，需要借助其它工具来预先构建静态对象的三维模型；VISSIM可以识别的是.v3d和.skp格式的3D模型，分别由SketchUP和V3DM软件制作；以VISSIM为基础平台，辅以SketchUP和V3DM，通过COM二次编程实现交通事故仿真。

进一步的，所述的三类要素包括如下三大类：

A类要素：①路面及标线：机动车道、非机动车道、人行道的承载路面及路面上的车道线、人行横道线、导向箭头等；②立柱类交通设施：信号灯柱、信号灯臂、路灯、交通标志牌等；③道路构造物：桥梁、隧道、中央分隔带、安全护栏、立交、收费站、公交站台等；④建筑物及绿化：码头建筑、集装箱、厂房、居民楼、道路沿线建筑、树木、草地；

B类要素：事故参与方个体，有具体的外形特征和标识；

C类动态要素道路交通流：道路上正常行驶的各类车辆、行人、自行车。

(三)有益效果

本发明提出的一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法，以VISSIM为基础平台，辅以COM接口二次编程实现交通事故三维仿真的方法相对传统的纯3DMAX方法的优势在于以下几个方面：

(1)工作量大大降低。仿真中涉及的社会交通流的运行以及大量静态3D建筑的建模，如果用纯3DMAX来做的话其工作量是相当大的，而用本文构建的方法可以充分利用开放的资源库，同时充分利用VISSIM软件中交通仿真的功能。工作量的降低也就意味着制作周期和制作成本的降低。

(2)灵活度较大。本文构建的方法可以利用COM接口挖掘VISSIM的底层信息，可以通过程序设计的方式定时、定点、定量、定型的控制3D对象的状态，这在3DMAX中是没有这种方式的。

(3)技术难度不高。本文构建的方法充分利用了现有资源库及传统的交通仿真方法，只要有一定交通仿真基础的专业技术人员经过简单培训即可胜任。

附图说明

图1是本发明的总体技术路线示意图。

图2是本发明的交通设施模型示意图。

图3是本发明的道路绿化模型示意图。

图4是本发明的重型货车3D模型示意图。

图5是本发明的小汽车3D模型示意图。

图6、图7是本发明的实施例案例中现场事故的照片。

图8-11是本发明的实施例案例中事故的仿真效果截图。

具体实施方式

一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法，其特征是,是一种用于交通事故三维仿真的新方法，以经典的交通仿真软件VISSIM为基础平台，辅以COM接口二次编程实现；确定方法的总体技术路线,所述的总体技术路线是VISSIM留有一个允许用户进行二次编程开发的接口，通过该接口，可以更深入的从底层控制VISSIM的对象，从而实现用户自定义的动作和运动模式；其本身并不能生成一个之前没有的三维元素，需要借助其它工具来预先构建静态对象的三维模型；VISSIM可以识别的是.v3d和.skp格式的3D模型，分别由SketchUP和V3DM软件制作；如图1所示,以VISSIM为基础平台，辅以SketchUP和V3DM，通过COM二次编程实现交通事故仿真的总体技术路线示意图。通过总体技术路线,给出了主要环节的建模方法，包括：三维要素模型构建、仿真系统框架构建、车辆运动轨迹与过程控制、碰撞瞬间效果设计以及交通环境设计；其具体方法如下：

(1)三维要素模型构建：交通事故三维仿真要素包括A类要素、B类要素和道路交通流C类动态要素三类；VISSIM自带的模型库，是.v3d格式的，该模型库里面的模型只适合于C类要素，而对于A类和B类要素，则需要用户借助其它软件预先构建，方法如下：

(a)V3DM原创：V3DM的工程文件是.vvp格式，这种格式的3D模型是可以被修改的，而其输出文件.v3d格式的模型不能被修改；VISSIM模型库提供了.v3d的模型而非.vvp格式，用V3DM原创A类、B类模型需要从一方一格的添加中堆积完成；这种方法比较适合构建那些外形简单、棱角分明的建筑物或交通设施，如图2所示，对于车辆就不适合。

(b)直接用或小修改SketchUP开放库模型：一个逼真的三维仿真需要大量静态的三维要素即A类元素，VISSIM三维模式下可以导入.v3d、.skp两种格式的静态3D模型；构建这类模型时必须充分利用免费共享资源库里大量的SketchUP模型，比较著名的建筑在资源库里可以比较容易的找到，直接放入3D交通环境中合适的位置即可；当资源库里没有原样的模型则最好找到最相近的，在此基础上进行简单的修改和修饰；绿化树木可以找到资源库中的树木、草地模型，在此基础上进行复制扩展；如图3所示。3D信号灯和标志牌以及路灯可以用VISSIM的专门功能进行添加；特别需要注意的是，对于桥梁、隧道、坡道有高差的道路承载体，除了在外形上要进行专门设计之外，必须以多段的形式绘制路面，使得路面与坡体更好的贴合。

(c)SketchUP源模型+V3DM拼接涂装：网络上有海量的.skp格式的免费开放3D模型库，而V3DM可以引入.skp格式的模型作为生成.v3d文件的雏形；充分利用免费开放的网络资源是构建B类模型的有效途；.skp格式的文件导入V3DM后原模型的外表颜色和贴图不会保留，需要用V3DM的修改功能在涂装上加以修改；如图4和图5所示，利用SketchUP源模型+V3DM拼接涂装而形成的重型货车和小汽车模型。

(2)仿真系统框架构建：通过COM接口，VISSIM可以被其它应用程序调用，其模型和仿真的底层信息对象、方法、属性可以被交互式的使用；应用所有的RAD工具，可以通过VB、VC之类的语言调用和控制VISSIM-COM接口为用户提供的vissim对象库里面的对象；这个库包含了14类对象，每类对象有严格的对象等级；VISSIM是最高等级的对象，其他的对象都是它的子对象；集合是一个特殊的对象类型；它是单个对象们的容器，可用来枚举路网元素；在以上框架的基础上，再放入交通事故直接参与方运动过程的控制语句，即可实现交通事故仿真的整体运行。

(3)车辆运动轨迹与过程控制：VISSIM中有两种方式来呈现车辆的轨迹：一种是通过绘制link路线，让预先定置好的“车辆”出现在该路线上，该车辆就会沿着该路线一直往前行驶，这种方法为A方法；另一种方式是通过COM接口二次编程实时改变3D车辆的坐标，从而实现运动，这种方法为B方法；交通事故仿真中，车辆轨迹的设计一般采用A方法来实现；在A方法中，用常规方法绘制Link之外，还需要通过程序代码控制车辆出现的时刻和位置，用的COM方法为AddVehicleAtLinkCoordinate；需要清除某个车辆时，使用RemoveVehicle方法；在轨迹设计的基础上，需要调整车辆的出现时间、速度变化来控制交通事故的过程，从而使事故以预设的方式演变；这个过程需要预先分析得到事故的形态、碰撞点、碰撞速度、加速度的信息。

(4)碰撞瞬间效果设计：交通事故碰撞往往是大能量的转换，而且这个转换往往是在小于1秒的时间内完成的突变，从而出现车辆附属物散落、车辆变形、车辆旋转、翻滚、挂车分离、两车合并、起火、起烟尘的现象；这类效果的仿真在VISSIM COM中主要涉及到静态对象的状态控制和坐标控制；在VISSIM 3D环境中可以“摆放”一些静态3D对象StaticObject，而这些静态3D对象的一举一动都需要在COM程序中手工编写；某个3D对象摆在某个位置不动时，就不需要编写任何程序；静态3D对象控制的主要方法如下：

①初始化静态3D对象；使用的COM方法为StaticObjects.GetStaticObjectByName()；

②改变3D对象的状态；3D对象的状态STATE需要在V3DM软件中预先设定，一个3D对象可以设置多个状态，以供在COM中相应的条件下，显示其中的某一个状态；使用的COM方法为AttValue("3DMODELSTATE")。

③改变3D对象的坐标；在交通事故的仿真中，静态3D对象的坐标的改变可以控制该对象在画面中出现与否、运动与否、速度快慢；使用的COM方法为**.AttValue("position")＝vissim.NewWorldPoint(*,*,*)。

(5)交通环境设计：交通事故交通环境指事故发生现场及周边除事故直接相关方之外的场景，包括静态的道路、交通设施、绿化、建筑以及动态的行人、自行车、交通流，这些元素决定了交通事故仿真3D效果的真实度；对于静态环境，可以采用前面介绍的方法构建好静态三维要素，再导入VISSIM三维环境中，通过移动、旋转、缩放的功能调整；对于动态环境，则利用VISSIM交通仿真的常规功能实现。

其中，所述的三类要素包括如下三大类：

A类要素：①路面及标线：机动车道、非机动车道、人行道的承载路面及路面上的车道线、人行横道线、导向箭头等；②立柱类交通设施：信号灯柱、信号灯臂、路灯、交通标志牌等；③道路构造物：桥梁、隧道、中央分隔带、安全护栏、立交、收费站、公交站台等；④建筑物及绿化：码头建筑、集装箱、厂房、居民楼、道路沿线建筑、树木、草地；

B类要素：事故参与方个体，有具体的外形特征和标识；

C类动态要素道路交通流：道路上正常行驶的各类车辆、行人、自行车。

2013年12月8日15时许，一半挂牵引车沿成自泸高速公路由自贡往成都方向行驶至K95+500m处时，与其它16辆汽车碰撞，造成7人死亡，23人受伤，现场照片如图6、图7所示。利用本发明介绍的方法仿真再现出了该交通事故，较好地支持了交警部门处理事故、公众了解事故。图8～图11为对该起事故的仿真效果截图。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (2)

1.一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法，其特征在于：以经典的交通仿真软件VISSIM为基础平台，辅以COM接口二次编程实现；确定方法的总体技术路线、给出了主要环节的建模方法，包括：三维要素模型构建、仿真系统框架构建、车辆运动轨迹与过程控制、碰撞瞬间效果设计以及交通环境设计；其具体方法如下：

三维要素构建：交通事故三维仿真要素包括A类要素、B类要素和道路交通流C类动态要素三类；

所述的三类要素包括如下三大类：A类要素包括：①路面及标线具体包括：机动车道、非机动车道、人行道的承载路面及路面上的车道线、人行横道线和导向箭头；②立柱类交通设施具体包括：信号灯柱、信号灯臂、路灯和交通标志牌；③道路构造物具体包括：桥梁、隧道、中央分隔带、安全护栏、立交、收费站和公交站台；④建筑物及绿化具体包括：码头建筑、集装箱、厂房、居民楼、道路沿线建筑、树木和草地；

B类要素包括：事故参与方个体，有具体的外形特征和标识；

C类要素包括：动态要素道路交通流,道路上正常行驶的各类车辆、行人、自行车；

(1)通过VISSIM自带的模型库，是.v3d格式的，该模型库里面的模型用于构建C类要素；

而对于A类和B类要素，则需要用户借助其它软件预先构建，具体软件如下：

(a)V3DM软件：用于构建A和B类要素，V3DM的工程文件是.vvp格式，用V3DM原创A类、B类模型需要从多个模型的添加中堆积完成；

(b)SketchUP开放库模型：用于创建A类要素，在VISSIM三维模式下导入.v3d、.skp两种格式的静态3D模型；利用共享资源库里大量的SketchUP模型，直接放入3D交通环境中；当资源库里没有原样的模型则找到相近的，在此基础上进行简单的修改和修饰；

(c)SketchUP源模型+V3DM拼接涂装：用于创建B类要素，V3DM引入.skp格式的模型作为生成.v3d文件的雏形；充分利用免费开放的网络资源构建B类模型；.skp格式的文件导入V3DM后原模型的外表颜色和贴图不会保留，需要用V3DM的修改功能在涂装上加以修改；

(2)仿真系统框架构建：通过COM接口，VISSIM被其它应用程序调用，其模型和仿真的底层信息对象、方法、属性被交互式的使用；应用所有的RAD工具，通过VB、VC语言调用和控制VISSIM-COM接口为用户提供的VISSIM对象库里面的对象；这个库包含了14类对象，每类对象有严格的对象等级；VISSIM是最高等级的对象，其他的对象都是它的子对象；集合是一个特殊的对象类型,它是单个对象们的容器，用来枚举路网元素；在以上框架的基础上，再放入交通事故直接参与方运动过程的控制语句，即可实现交通事故仿真的整体运行；

(3)车辆运动轨迹与过程控制：VISSIM中有两种方式来呈现车辆的轨迹：一种是通过绘制link路线，让预先定置好的“车辆”出现在该路线上，该车辆就会沿着该路线一直往前行驶，这种方法为A方法；另一种方式是通过COM接口二次编程实时改变3D车辆的坐标，从而实现运动，这种方法为B方法；交通事故仿真中，车辆轨迹的设计采用A方法来实现；在A方法中，用常规方法绘制Link之外，还需要通过程序代码控制车辆出现的时刻和位置，用的COM方法为AddVehicleAtLinkCoordinate；需要清除某个车辆时，使用RemoveVehicle方法；在轨迹设计的基础上，需要调整车辆的出现时间、速度变化来控制交通事故的过程，从而使事故以预设的方式演变；这个过程需要预先分析得到事故的形态、碰撞点、碰撞速度、加速度的信息；

(4)碰撞瞬间效果设计：交通事故碰撞往往是大能量的转换，而且这个转换往往是在小于1秒的时间内完成的突变，从而出现车辆附属物散落、车辆变形、车辆旋转、翻滚、挂车分离、两车合并、起火、起烟尘的现象；这类效果的仿真在VISSIM COM中主要涉及到静态对象的状态控制和坐标控制；在VISSIM 3D环境中可以“摆放”一些静态3D对象StaticObject，而这些静态3D对象的一举一动都需要在COM程序中手工编写；某个3D对象摆在某个位置不动时，就不需要编写任何程序；实现碰撞效果的步骤如下：

①初始化反映碰撞前状态的静态3D对象；使用的COM方法StaticObjects.GetStaticObjectByName()；将所有需要表现碰撞效果的3D对象的初始状态加载到事故仿真场景中；

②改变3D对象的状态；使用COM方法AttValue("3DMODELSTATE")将3D对象的当前状态间断改变至事故碰撞需要的状态；

③改变3D对象的坐标；使用COM方法**.AttValue("position")＝vissim.NewWorldPoint(*,*,*)适时改变静态3D对象的坐标进而实现控制该对象及其状态在画面中出现与否、运动与否、速度快慢，从而实现事故碰撞瞬间的效果；

(5)交通环境设计：交通事故交通环境指事故发生现场及周边除事故直接相关方之外的场景，包括静态的道路、交通设施、绿化、建筑以及动态的行人、自行车、交通流，这些元素决定了交通事故仿真3D效果的真实度；对于静态环境，采用A、B、C类三维要素模型构建的方法构建好静态三维要素，再导入VISSIM三维环境中，通过移动、旋转、缩放的功能调整；对于动态环境，则利用VISSIM交通仿真的常规功能实现。

2.根据权利要求1所述的一种基于VISSIM的交通事故三维仿真方法，其特征在于：所述的总体技术路线是VISSIM留有一个允许用户进行二次编程开发的接口，通过该接口，可以更深入的从底层控制VISSIM的对象，从而实现用户自定义的动作和运动模式；其本身并不能生成一个之前没有的三维元素，需要借助其它工具来预先构建静态对象的A、B、C类三维要素；VISSIM可以识别的是.v3d和.skp格式的3D模型，分别由SketchUP和V3DM软件制作；以VISSIM为基础平台，辅以SketchUP和V3DM，通过COM二次编程实现交通事故仿真。