CN106777747A - 一种三维交通仿真模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维交通仿真模拟系统，包括参数配置模块、车辆生成器、服务器、交通实体和4G网络模块五大模块；其中交通实体包括，驾驶员模型实体、车辆实体；所述参数配置模块根据用户配置的交通初始化参数植入在仿真场景中生成的车辆实体并为其配置起点、终点及一些控制点；以真实的驾驶员模型研究交通网络中与驾驶员有关的各种车辆行为参数以及与驾驶员有关的相关参数，驾驶员可以与虚拟交通仿真环境进行具有真实感的交互行为，提高交通仿真的真实感与浸入感，增强使用者的视觉体验，从驾驶员角度为交通仿真系统提供补充。

Description

一种三维交通仿真模拟系统

技术领域

本发明属于交通仿真技术领域，具体涉及一种三维交通仿真模拟系统。

背景技术

现代科技进步使得仿真技术已经成为改善各行业规划、设计和运营工作的重要工具。目前，无论是工业界还是科学与教育界都大量使用仿真工具，仿真已经成为各行业、各部门降低成本、保持技术优势的重要手段。交通仿真是研究运用现代计算机技术再现实际交通系统的特性、分析交通系统在各种设定条件下的可能行为，以寻求现实交通问题最优解的一种手段，也是评价各类运输设施运用设计方案效果的有效方法。

随着智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)在世界各国研究的广泛开展，国内交通界认识到了在我国开展ITS研究的重要性。作为ITS核心技术之一的交通仿真也受到了极大关注。目前，国内多所大学和科研单位都展开了实质性的研究工作。但大多数模型只是局限于单个交叉口的运行情况，不能反映出上中下游路段以及整个路网的动态状况。已有的仿真软件与模型都是局限于交通环境自身而言的，没有真正与GPS、GIS等与信息技术相关信息系统联系起来进行仿真研究。

发明内容

本发明针对上述的问题，提出一种三维交通仿真模拟系统。

本发明的技术方案如下：

提供一种三维交通仿真模拟系统，包括参数配置模块、车辆生成器、服务器、交通实体和4G网络模块五大模块；

其中交通实体包括，驾驶员模型实体、车辆实体；

所述参数配置模块根据用户配置的交通初始化参数植入在仿真场景中生成的车辆实体并为其配置起点、终点及一些控制点；

所述驾驶员模型实体是进行驾驶员仿真，可以感知周围交通环境状况，根据交通环境做出相应的行为如加速、减速、停车、换道的行为，为车辆实体提供操纵指令；所述驾驶员模型实体包含环境感知、预瞄决策和跟随控制三个子模块；

所述环境感知模块对周围的交通环境进行感知并且输出交通环境信息，所述交通环境信息包括：障碍物信息、车道信息、诱导信息、非结构化道路信息，以及根据起点和终点进行路径规划；进行环境感知时将本车的位置和航向以及本车的感知范围向交通服务器请求，交通服务器将本车周围车辆的信息、车道信息、信号灯的诱导信息、非结构化道路信息返回给本车辆的环境感知模块；感知模块获得交通环境信息后进行过滤与重组，得出可行区域；所述可行区域指车辆感知范围内汽车受外部条件制约能够保证自身安全到达的位置点的集合；

所述预瞄决策模块，根据环境感知模块感知的周围环境信息进行预瞄与决策，决策出车辆将来的预期位置与预期速度；预瞄决策模块的输入有当前车辆的状态、路径规划的路径、交通知识规则库、环境感知模块感知到的交通环境信息；该模块接收到环境感知的交通环境信息后先进行预瞄，所述预瞄指根据当前的车辆的运行状态及车辆的运行能力确定车辆的最大能到达的空间，所述最大能达空间指在本车道中心线和相邻车道中心线上一系列离散的能到达的点，车辆在一定预瞄时间内所能达到的最大位置区域，之后对此位置区域进行离散，这些离散点即组成最大可达区间；所述可达空间指由汽车本身内因决定的汽车可行驶到的地方或位置点的集合；确定最大可达空间后进行合法性评判，将可达空间中超出路段车速限制的点剔除，剩余合法可达空间；之后对合法可达空间进行安全性判断，所述安全性判断根据其他交通实体运动状态对周围实体进行一个预瞄时间的预测，将其占据的合法可达空间中的点剔除，生成安全的合法可达空间；最后对合法可达空间参照预期路径进行综合评判，选出最优的预期到达点；此预期到达点的信息包括其预期到达的位置坐标及到达此点时车辆的速度；

所述跟随控制模块，输入的根据预期位置及预期速度计算出车辆需要采取的驾驶指令；所述驾驶指令包括，方向盘转角、油门开度、制动踏板力、离合器踏板开度、变速箱档位；包括方向控制和速度控制两个模块，所述方向控制模块根据输入的预期位置输出方向盘转角；所述的速度控制模块根据输入的预期速度计算输出油门开度、制动踏板力、离合器踏板开度、变速箱档位等待指令；

所述车辆模型实体，接收驾驶员实体输出的驾驶指令进行简单车辆动力学仿真，输出车辆的运动状态及其工作状态；

所述4G网路模块安装在各个模块当中进行信息传输；

所述服务器预先加载有交通场景文件。

具体操作包括以下步骤：

步骤1：进行交通初始化，参数配置模块接收交通车实体参数配置信息；

步骤2：服务器预先加载交通场景文件，车辆生成器在服务器中为各个交通车仿真实体进行生成；

步骤3：驾驶员实体中的环境感知模块进行环境感知；感知模块带着自己的位置及感知范围以及所要感知的信息向服务器通过4G网络模块发送请求数据；

步骤4：交通服务器接收到请求后将该实体周围的其他实体类型、标识及位置状态及运动状态传给车辆实体；

步骤5：预瞄决策模块根据当前车辆所处的环境进行预瞄与决策，决策出将要到达的预期位置及预期速度；

步骤6：跟随控制模块根据输入的预期位置及预期速度进行控制输出方向盘转角等待驾驶员操作指令；

步骤7：车辆模型根据输入的驾驶员操作指令进行动力学仿真输出车辆的状态；并且将本实体的信息上报给交通服务器；

步骤8：服务器对每个交通车实体按照更新后的位置进行存储对比。

本发明的有益效果：

1、以真实的驾驶员模型研究交通网络中与驾驶员有关的各种车辆行为参数以及与驾驶员有关的相关参数，驾驶员可以与虚拟交通仿真环境进行具有真实感的交互行为，提高交通仿真的真实感与浸入感，增强使用者的视觉体验，从驾驶员角度为交通仿真系统提供补充。

2、该系统还可以为驾驶员提供车路协同等智能交通系统的演示，代替实车的演示，节省车辆资源、道路资源等各相关资源。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。

实施例1：

提供一种三维交通仿真模拟系统，包括参数配置模块、车辆生成器、服务器、交通实体和4G网络模块五大模块；

其中交通实体包括，驾驶员模型实体、车辆实体；

所述参数配置模块根据用户配置的交通初始化参数植入在仿真场景中生成的车辆实体并为其配置起点、终点及一些控制点；

所述驾驶员模型实体是进行驾驶员仿真，可以感知周围交通环境状况，根据交通环境做出相应的行为如加速、减速、停车、换道的行为，为车辆实体提供操纵指令；所述驾驶员模型实体包含环境感知、预瞄决策和跟随控制三个子模块；

所述环境感知模块对周围的交通环境进行感知并且输出交通环境信息，所述交通环境信息包括：障碍物信息、车道信息、诱导信息、非结构化道路信息，以及根据起点和终点进行路径规划；进行环境感知时将本车的位置和航向以及本车的感知范围向交通服务器请求，交通服务器将本车周围车辆的信息、车道信息、信号灯的诱导信息、非结构化道路信息返回给本车辆的环境感知模块；感知模块获得交通环境信息后进行过滤与重组，得出可行区域；所述可行区域指车辆感知范围内汽车受外部条件制约能够保证自身安全到达的位置点的集合；

所述预瞄决策模块，根据环境感知模块感知的周围环境信息进行预瞄与决策，决策出车辆将来的预期位置与预期速度；预瞄决策模块的输入有当前车辆的状态、路径规划的路径、交通知识规则库、环境感知模块感知到的交通环境信息；该模块接收到环境感知的交通环境信息后先进行预瞄，所述预瞄指根据当前的车辆的运行状态及车辆的运行能力确定车辆的最大能到达的空间，所述最大能达空间指在本车道中心线和相邻车道中心线上一系列离散的能到达的点，车辆在一定预瞄时间内所能达到的最大位置区域，之后对此位置区域进行离散，这些离散点即组成最大可达区间；所述可达空间指由汽车本身内因决定的汽车可行驶到的地方或位置点的集合；确定最大可达空间后进行合法性评判，将可达空间中超出路段车速限制的点剔除，剩余合法可达空间；之后对合法可达空间进行安全性判断，所述安全性判断根据其他交通实体运动状态对周围实体进行一个预瞄时间的预测，将其占据的合法可达空间中的点剔除，生成安全的合法可达空间；最后对合法可达空间参照预期路径进行综合评判，选出最优的预期到达点；此预期到达点的信息包括其预期到达的位置坐标及到达此点时车辆的速度；

所述跟随控制模块，输入的根据预期位置及预期速度计算出车辆需要采取的驾驶指令；所述驾驶指令包括，方向盘转角、油门开度、制动踏板力、离合器踏板开度、变速箱档位；包括方向控制和速度控制两个模块，所述方向控制模块根据输入的预期位置输出方向盘转角；所述的速度控制模块根据输入的预期速度计算输出油门开度、制动踏板力、离合器踏板开度、变速箱档位等待指令；

所述车辆模型实体，接收驾驶员实体输出的驾驶指令进行简单车辆动力学仿真，输出车辆的运动状态及其工作状态；

所述4G网路模块安装在各个模块当中进行信息传输；

所述服务器预先加载有交通场景文件。

具体操作包括以下步骤：

步骤1：进行交通初始化，参数配置模块接收交通车实体参数配置信息；

步骤2：服务器预先加载交通场景文件，车辆生成器在服务器中为各个交通车仿真实体进行生成；

步骤3：驾驶员实体中的环境感知模块进行环境感知；感知模块带着自己的位置及感知范围以及所要感知的信息向服务器通过4G网络模块发送请求数据；

步骤4：交通服务器接收到请求后将该实体周围的其他实体类型、标识及位置状态及运动状态传给车辆实体；

步骤5：预瞄决策模块根据当前车辆所处的环境进行预瞄与决策，决策出将要到达的预期位置及预期速度；

步骤6：跟随控制模块根据输入的预期位置及预期速度进行控制输出方向盘转角等待驾驶员操作指令；

步骤7：车辆模型根据输入的驾驶员操作指令进行动力学仿真输出车辆的状态；并且将本实体的信息上报给交通服务器；

步骤8：服务器对每个交通车实体按照更新后的位置进行存储对比。

需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种三维交通仿真模拟系统，其特征在于：包括参数配置模块、车辆生成器、服务器、交通实体和4G网络模块五大模块；

其中交通实体包括，驾驶员模型实体、车辆实体；

所述参数配置模块根据用户配置的交通初始化参数植入在仿真场景中生成的车辆实体并为其配置起点、终点及一些控制点；

所述驾驶员模型实体是进行驾驶员仿真，可以感知周围交通环境状况，根据交通环境做出相应的行为如加速、减速、停车、换道的行为，为车辆实体提供操纵指令；所述驾驶员模型实体包含环境感知、 预瞄决策和跟随控制三个子模块；

所述环境感知模块对周围的交通环境进行感知并且输出交通环境信息，所述交通环境信息包括：障碍物信息、车道信息、诱导信息、非结构化道路信息，以及根据起点和终点进行路径规划；进行环境感知时将本车的位置和航向以及本车的感知范围向交通服务器请求，交通服务器将本车周围车辆的信息、车道信息、信号灯的诱导信息、非结构化道路信息返回给本车辆的环境感知模块；感知模块获得交通环境信息后进行过滤与重组，得出可行区域；所述可行区域指车辆感知范围内汽车受外部条件制约能够保证自身安全到达的位置点的集合；

所述预瞄决策模块，根据环境感知模块感知的周围环境信息进行预瞄与决策，决策出车 辆将来的预期位置与预期速度；预瞄决策模块的输入有当前车辆的状态、路径规划的路径、交通知识规则库、环境感知模块感知到的交通环境信息；该模块接收到环境感知的交通环境信息后先进行预瞄，所述预瞄指根据当前的车辆的运行状态及车辆的运行能力确定车辆的最 大能到达的空间，所述最大能达空间指在本车道中心线和相邻车道中心线上一系列离散的能 到达的点，车辆在一定预瞄时间内所能达到的最大位置区域，之后对此位置区域进行离散，这些离散点即组成最大可达区间；所述可达空间指由汽车本身内因决定的汽车可行驶到的地方或位置点的集合；确定最大可达空间后进行合法性评判，将可达空间中超出路段车速限制的点剔除，剩余合法可达空间；之后对合法可达空间进行安全性判断，所述安全性判断根据 其他交通实体运动状态对周围实体进行一个预瞄时间的预测，将其占据的合法可达空间中的点剔除，生成安全的合法可达空间；最后对合法可达空间参照预期路径进行综合评判，选出最优的预期到达点；此预期到达点的信息包括其预期到达的位置坐标及到达此点时车辆的速度；

所述跟随控制模块，输入的根据预期位置及预期速度计算出车辆需要采取的驾驶指令；所述驾驶指令包括，方向盘转角、油门开度、制动踏板力、离合器踏板开度、变速箱档位；所述跟随控制模块包括方向控制和速度控制两个模块，所述方向控制模块根据输入的预期位置输出方向盘转角；所述的速度控制模块根据输入的预期速度计算输出油门开度、制动踏板力、离合器踏板开度、变速箱档位等待指令；

所述车辆模型实体，接收驾驶员实体输出的驾驶指令进行简单车辆动力学仿真，输出车辆的运动状态及其工作状态；

所述4G网路模块安装在各个模块当中进行信息传输；

所述服务器预先加载有交通场景文件。

2. 根据权利要求1所述的一种三维交通仿真模拟系统，其特征在于， 包括以下步骤：

步骤1：进行交通初始化，参数配置模块接收交通车实体参数配置信息；

步骤2：服务器预先加载交通场景文件，车辆生成器在服务器中为各个交通车仿真实体进行生成；

步骤3：驾驶员实体中的环境感知模块进行环境感知；感知模块带着自己的位置及感知范围以及所要感知的信息向服务器通过4G网络模块发送请求数据；

步骤4：交通服务器接收到请求后将该实体周围的其他实体类型、标识及位置状态及运动状态传给车辆实体；

步骤5：预瞄决策模块根据当前车辆所处的环境进行预瞄与决策，决策出将要到达的预期位置及预期速度；

步骤6：跟随控制模块根据输入的预期位置及预期速度进行控制输出方向盘转角等待驾 驶员操作指令；

步骤7：车辆模型根据输入的驾驶员操作指令进行动力学仿真输出车辆的状态；并且将本实体的信息上报给交通服务器；

步骤8：服务器对每个交通车实体按照更新后的位置进行存储对比。