CN106960097A - 一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统，该方法包括：构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；对所述城市级路网模型进行渲染；根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。该方法及系统解决了三维城市级路网创建慢、路网模型单一，不符合实际情况等问题，而渲染三维城市级路网算法可以使路网模型和金字塔影像进行无缝连接，直观逼真的再现复杂立体交通网络。微观交通流仿真能计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可为合理利用道路资源提供解决方案。

Description

一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机建模和仿真技术领域，尤其涉及一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统。

背景技术

随着城市化进程的不断发展，交通网络日益发达，高架桥、地铁、地下通道与地面道路交织在一起，呈现出错综复杂的立体交通网络，二维平面图已经很难直观的表现出如此复杂的交通特性，因此，三维可视化技术应运而生。

交通是城市发展的产物，交通工具的快速发展，造成道路负荷越来越重。因此，如何减轻道路压力、提高运输效率成为交通发展中的重中之重。常用解决方法有两种，一是大力加强道路建设，但需要大量的人力、物力和资金，且土地资源是其最大的制约；二是建设一个高度信息化的交通管理系统，并使该系统成为一套可合理利用道路资源、可实现物流与人流最佳流动的交通解决方案。

微观交通仿真模型以跟车模型为基础，追踪每个车辆的移动过程，需要考虑道路横纵断面的变化，交通控制与管理特点的变化，各个车辆的随机性影响，从而计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可以为合理利用道路资源提供解决方案。

目前，创建三维城市级路网有两种方式，第一种是使用3DMax软件建模，这种方式需要大量的人力及时间，一旦道路发生变化，则需要重新建模，无法实现道路的动态性变化，且静态模型不具有车辆行驶路径，很难实现逼真的交通流仿真；第二种是使用程序构建路网模型，但是，当前很多软件创建的道路模型，都统一设置成单行道或多行道，这种方式很难实现道路和交叉口的多样行，并在其上实现逼真的交通流仿真。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种快速创建三维城市级路网及展示道路交通运行状态的方法。

为解决以上技术问题，本发明提供一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法，包括：构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；对所述城市级路网模型进行渲染；根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。

为解决以上技术问题，本发明还提供一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真系统，包括：模型构建模块，构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；模型渲染模块，用于对所述城市级路网模型进行渲染；交通仿真模块，用于根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。

本发明提出的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统，能够加载城市级影像，构建城市级路网模型，并在该路网特定区域实现逼真的微观交通流仿真。该方法及系统解决了三维城市级路网创建慢、路网模型单一，不符合实际情况等问题，而渲染三维城市级路网算法可以使路网模型和金字塔影像进行无缝连接，直观逼真的再现复杂立体交通网络。微观交通流仿真能计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可为合理利用道路资源提供解决方案。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出本发明实施例1提供一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法的流程图。

图2示出本发明实施例2提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤101的流程图。

图3示出本发明实施例3提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤214的流程图。

图4示出本发明实施例4提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤102的流程图。

图5示出本发明实施例5提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤103的流程图。

图6示出本发明实施例6提供的一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1示出本发明实施例提供的一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101：构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；

步骤102：对所述城市级路网模型进行渲染；

步骤103：根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。

本发明提出的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法，能够加载城市级路网影像，构建城市级路网模型，并在该路网特定区域实现逼真的微观交通流仿真。该方法及系统解决了三维城市级路网创建慢、路网模型单一，不符合实际情况等问题，而渲染三维城市级路网算法可以使路网模型和金字塔影像进行无缝连接，直观逼真的再现复杂立体交通网络。微观交通流仿真能计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可为合理利用道路资源提供解决方案。

实施例2

图2示出本发明实施例提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤101的流程图，包括以下步骤：

步骤201：构建城市级影像金字塔，对所述影像金字塔上的道路轮廓进行金字塔切割，得到金字塔瓦片影像；

构建影像金字塔，对城市级影像.GIF文件进行金字塔切割，例如最底层像元大小为每像素1米，金字塔每层的像元大小从下往上以2的倍数依次递增，每层切割的单元瓦片大小为1024像素*1024像素；

影像金字塔是由原始影像按一定规则生成的由细到粗不同分辨率的影像集，属于现有技术，在此不再赘述。

步骤202：使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以正投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像，形成城市级影像二维平面图；

构建影像二维平面图，使用多线程技术异步加载需要的金字塔影像瓦片资源，以正投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像，形成城市级影像的平面图。

步骤203：使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以透视投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像、天空盒、相机和平行光，形成城市级三维场景；

构建三维场景，使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像,以透视投影方式渲染金字塔瓦片影像、天空盒、相机和平行光，形成城市级三维场景，其中使用基于GPU的Geometry Clipmap算法,渲染金字塔瓦片影像。

步骤204：按照自西向东、自南向北的优先级，在所述影像二维平面图上识别道路轮廓，并勾画每一条道路的中央线，形成中央线拓扑图；

构建中央线拓扑图，按照自西向东、自南向北的优先级，在影像二维平面图上识别并勾画每一条道路的中央线，参考《公路路线设计规范2006》，形成中央线拓扑图。

步骤205：使用贝叶斯算法对所述中央线拓扑图的每条中央线进行平滑处理，形成中央平滑线拓扑图；

构建中央平滑线拓扑图，使用贝叶斯算法对每条中央线进行平滑处理，形成中央平滑线拓扑图。

步骤206：根据中央平滑线的实际长度生成一条初始高程值为0的高程直线；

构建高程直线，根据中央平滑线的实际长度生成一条初始高程值为0的高程直线。

步骤207：根据道路实际情况，调整所述高程直线中的高程值，形成高程线；

构建高程线，参考实际道路情况，如上坡、下坡、隧道、桥梁等，调整高程直线中的高程值，形成高程线。

步骤208：使用贝叶斯算法对每条高程线进行平滑处理，形成高程平滑线；

构建高程平滑线，使用贝叶斯算法对每条高程线进行平滑处理，形成高程平滑线。

步骤209：根据每条中央平滑线及对应的高程平滑线，形成中央路线，中央路线的每个点的平面值来自相同位置的中央平滑线，高程值来自相同位置的高程平滑线，形成中央路线拓扑图；

构建中央路线拓扑图，根据每条中央平滑线及对应的高程平滑线，形成中央路线，中央路线的每个点的平面值来自相同位置的中央平滑线，高程值来自相同位置的高程平滑线，形成中央路线拓扑图。

步骤210：根据所述中央路线拓扑图构建三维道路样式库，包括不同形状的道路、隧道和桥梁；

构建三维道路样式库，样式为某种道路形状，包括不同形状的道路、隧道和桥梁等，每个样式必须包含头部和尾部，头部或尾部是由各种元素组成，元素可以相同或不同，元素包括中央路线参照点、人行道、非机动车道、社会车道、公交车道、BRT快速车道、虚线、实线、花坛、隔离带、盲道、路牙、边坡、照明灯、桥墩等。中央路线参照点的位置为0，长度为0，是一个标志点，用来对应中央路线，双向车道时用来区分上行和下行车道，单向车道时为最左侧或最右侧的某个点，其他元素向两边扩散，元素参数包括开始点、结束点、高度、纹理。

步骤211：根据三维道路样式(不同形状的道路、隧道和桥梁等)、构建三维道路模型；

构建三维道路模型，按照实际位置在每条中央路线上，设置道路样式索引点，样式索引点记录的是样式库中的索引，程序从索引点位置开始，根据索引点的索引值在样式库中查找对应的样式，自动生成道路、隧道或桥梁，直到下一个索引点，注意，当前样式的头部元素必须和上一个样式的尾部元素一致，否则道路模型会出现错乱。

步骤212：检查三维道路当前样式的头部和上一个样式的尾部是否一致；

对比当前样式的头部和上一个样式的尾部，从中央点开始向两边扩散检查，以元素个数少的为依据，依次检查待样式中的各个元素，元素位置到中央点的长度必须一致。

步骤213：根据三维道路样式库中的行车道形成道路车道拓扑图，所述道路车道拓扑图为交通流中的车辆在道路上的行驶轨迹；

构建道路车道拓扑图，根据道路元素中的行车道(人行道、非机动车道、社会车道、公交车道、BRT快速车道等)形成道路车道拓扑图，道路车道拓扑图是交通流中的车辆在道路上的行驶轨迹。

步骤214：根据所述道路车道拓扑图编辑匝道；

匝道编辑，匝道也是一条中央路线，匝道用来连接一条或两条道路，匝道头部样式元素必须和道路尾部样式元素一一对应，否则无法连接。

步骤215：构建三维道路交叉口模型，并根据所述三维道路交叉口模型构建交叉口车道拓扑图，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，并构建交叉口规则。

实施例3

图3示出本发明实施例提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤214的流程图，包括以下步骤：

步骤301：当两条中央路线交汇时会形成交叉点，设置每条中央路线的每个交叉口的开始点和结束点，确定交叉口的范围，使用交叉点和每条道路边坡线构建三维道路交叉口模型，当有多条线交叉一个点或多个交叉点的距离均小于预设值时，对所述三维道路交叉口模型进行融合处理，形成一个大的交叉口；

本步骤301即为构建交叉口模型。

步骤302：根据行车道的入口和出口构建交叉口车道拓扑图，所述交叉口车道拓扑图为交通流中的车辆在交叉口上的行驶轨迹；

构建交叉口车道拓扑图，根据道路元素中的行车道(人行道、非机动车道、社会车道、公交车道、BRT快速车道)的入口和出口构建交叉口车道拓扑图，交叉口车道拓扑图是交通流中的车辆在交叉口上的行驶轨迹。

步骤303：构建交叉口纹理编辑器，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，所述纹理包括人行道斑马线、导向标识、直行停车线、左转待步停车线；

步骤304：构建所述三维道路交叉口模型的交叉口规则，所述交叉口规则包括信号相位、通行规则、停车位置和左转待步位置，信号相位包括红灯、黄灯和绿灯的持续时间，通行规则是每个相位绿灯时可以通行的车道。

实施例4

图4示出本发明实施例提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤102的流程图，包括以下步骤：

步骤401：对所述三维道路模型和所述三维道路交叉口模型上下边界各向上和向下延伸预设距离，创建道路透明包围盒和交叉口透明包围盒；

步骤402：清除颜色缓存、深度缓存和模板缓存，颜色缓存中记录的是颜色值，深度缓存中记录的是深度值，模板缓存中记录的是模板值，颜色值是渲染对象的颜色，由R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、A(透明度)组合而成，每个颜色的值区间为0到255，深度值是渲染对象到相机的距离长度的倒数，值区间为0到1，模板值无实际意义，区间为0到255；

步骤403：第一次渲染所述三维场景中的金字塔影像，只记录渲染对象的深度值，丢弃颜色值和模板值；

步骤404：渲染所述道路透明包围盒和所述交叉口透明包围盒，只记录模板值，不记录深度值，模板值初始设置为0，使用双面绘制技术，渲染包围盒正面时，深度测试成功则模板值+1，失败则模板值不变，渲染包围盒背面时，深度测试成功则模板值-1，失败则模板值不变；

步骤405：清除深度值；

步骤406：第二次渲染三维场景中的金字塔影像，当模板值为0时渲染对应位置的金字塔影像，当模板值大于或小于0时不渲染对应位置的金字塔影像；

步骤407：渲染所述城市级路网模型。

实施例5

图5示出本发明实施例提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤103的流程图，包括以下步骤：

步骤501：根据渲染后的城市级路网模型构建行驶轨迹拓扑图，组合所述道路车道拓扑图和所述交叉口车道拓扑图；

步骤502：构建车辆参数模型，车辆参数包括车辆尺寸、重量、最大加速度、最大减速度、最高时速；

构建车辆模型，车辆包括大型车、中型车、小行车和非机动车，车辆参数包括车辆尺寸、重量、最大加速度、最大减速度、最高时速等。

步骤503：构建渲染模型，所述渲染模型用于实时计算每辆车的位置、方向、生命周期；

步骤504：构建发车模型，所述发车模型用于控制车辆产生的时间、位置、方向和数量；

步骤505：构建跟弛模型，所述跟弛模型用于根据前车、后车、左车或右车的距离、速度和加速度，控制车辆在道路或交叉口上的速度、加速度或换道；

构建跟弛模型，跟驰包括自由行驶、跟弛行驶和紧急跟弛，根据前车、后车、左车或右车的距离、速度和加速度，控制车辆在道路或交叉口上的速度、加速度或换道。

步骤506：构建换道模型，所述换道模型用于控制车辆从当前车道切换到相邻车道；

步骤507：构建道路选道模型，所述道路选道模型用于当前方道路样式和当前道路样式不同时，车道数量发生变化，车辆需要从变化的车道中选择一条行驶；

步骤508：构建道路规则模型，所述道路规则模型用于根据道路上的坡度、障碍物、车站、限速牌、转弯标志控制车辆的行驶速度或换道；

步骤509：构建交叉口选道模型，所述交叉口选道模型用于控制车辆在交叉口选择左转、直行、右转或掉头；

步骤510：构建交叉口规则模型，所述交叉口规则模型用于根据交叉口规则控制车辆的速度，所述交叉口规则包括信号、行人、左转待步、停车线；

步骤511：构建行人模型，所述行人模型用于根据所述交叉口规则，控制行人在交叉口上的速度和加速度；

步骤512：统计车辆的交通参数及特征，经过预设时间的运行，统计车辆在交叉口的交通参数及特征，所述交通参数及特征包括以下任意一种或多种：排队长度、通行时长、延误时长和停车次数。

统计车辆的交通参数及特征，经过一定时间的运行，统计车辆在交叉口的排队长度、延误时长、通行时长和停车次数等交通参数及特征。

实施例6

图6示出本发明实施例提供的一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真系统的结构示意图，如图6所示，该装置包括：

模型构建模块61，构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；

模型渲染模块62，用于对所述城市级路网模型进行渲染；

交通仿真模块63，用于根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。

在一种可能的实现方式中，所述模型构建模块61用于：

构建城市级影像金字塔，对所述影像金字塔上的道路轮廓进行金字塔切割，得到金字塔瓦片影像；

使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以正投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像，形成城市级影像二维平面图；

使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以透视投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像、天空盒、相机和平行光，形成城市级三维场景；

按照自西向东、自南向北的优先级，在所述影像二维平面图上识别道路轮廓，并勾画每一条道路的中央线，形成中央线拓扑图；

使用贝叶斯算法对所述中央线拓扑图的每条中央线进行平滑处理，形成中央平滑线拓扑图；

根据中央平滑线的实际长度生成一条初始高程值为0的高程直线；

根据道路实际情况，调整所述高程直线中的高程值，形成高程线；

使用贝叶斯算法对每条高程线进行平滑处理，形成高程平滑线；

组合每条中央平滑线及对应的高程平滑线，形成中央路线拓扑图；

根据所述中央路线拓扑图构建三维道路样式库，包括不同形状的道路、隧道和桥梁；

根据三维道路样式库构建三维道路模型；

检查三维道路当前样式的头部和上一个样式的尾部是否一致；

根据三维道路样式库中的行车道形成道路车道拓扑图，所述道路车道拓扑图为交通流中的车辆在道路上的行驶轨迹；

根据所述道路车道拓扑图编辑匝道；

构建三维道路交叉口模型，并根据所述三维道路交叉口模型构建交叉口车道拓扑图，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，并构建交叉口规则。

在一种可能的实现方式中，所述模型构建模块62用于：

当两条中央路线交汇时会形成交叉点，设置每条中央路线的每个交叉口的开始点和结束点，确定交叉口的范围，使用交叉点和每条道路边坡线构建三维道路交叉口模型，当有多条线交叉一个点或多个交叉点的距离均小于预设值时，对所述三维道路交叉口模型进行融合处理，形成一个大的交叉口；

根据行车道的入口和出口构建交叉口车道拓扑图，所述交叉口车道拓扑图为交通流中的车辆在交叉口上的行驶轨迹；

构建交叉口纹理编辑器，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，所述纹理包括人行道斑马线、导向标识、直行停车线、左转待步停车线；

构建所述三维道路交叉口模型的交叉口规则，所述交叉口规则包括信号相位、通行规则、停车位置和左转待步位置，信号相位包括红灯、黄灯和绿灯的持续时间，通行规则是每个相位绿灯时可以通行的车道。

在一种可能的实现方式中，所述模型渲染模块62用于：

对所述三维道路模型和所述三维道路交叉口模型上下边界各向上和向下延伸预设距离，创建道路透明包围盒和交叉口透明包围盒；

清除颜色缓存、深度缓存和模板缓存；

颜色缓存中记录的是颜色值，深度缓存中记录的是深度值，模板缓存中记录的是模板值，颜色值是渲染对象的颜色，由R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、A(透明度)组合而成，每个颜色的值区间为0到255，深度值是渲染对象到相机的距离长度的倒数，值区间为0到1，模板值无实际意义，区间为0到255；

第一次渲染所述三维场景中的金字塔影像，只记录渲染对象的深度值，丢弃颜色值和模板值；

渲染所述道路透明包围盒和所述交叉口透明包围盒，只记录模板值，不记录深度值，模板值初始设置为0，使用双面绘制技术，渲染包围盒正面时，深度测试成功则模板值+1，失败则模板值不变，渲染包围盒背面时，深度测试成功则模板值-1，失败则模板值不变；

清除深度值；

第二次渲染三维场景中的金字塔影像，当模板值为0时渲染对应位置的金字塔影像，当模板值大于或小于0时不渲染对应位置的金字塔影像；

渲染所述城市级路网模型。

在一种可能的实现方式中，所述交通仿真模块63用于：

根据渲染后的城市级路网模型构建行驶轨迹拓扑图，组合所述道路车道拓扑图和所述交叉口车道拓扑图；

构建车辆参数模型，车辆参数包括车辆尺寸、重量、最大加速度、最大减速度、最高时速；

构建渲染模型，所述渲染模型用于实时计算每辆车的位置、方向、生命周期；

构建发车模型，所述发车模型用于控制车辆产生的时间、位置、方向和数量；

构建跟弛模型，所述跟弛模型用于根据前车、后车、左车或右车的距离、速度和加速度，控制车辆在道路或交叉口上的速度、加速度或换道；

构建换道模型，所述换道模型用于控制车辆从当前车道切换到相邻车道；

构建道路选道模型，所述道路选道模型用于当前方道路样式和当前道路样式不同时，车道数量发生变化，车辆需要从变化的车道中选择一条行驶；

构建道路规则模型，所述道路规则模型用于根据道路上的坡度、障碍物、车站、限速牌、转弯标志控制车辆的行驶速度或换道；

构建交叉口选道模型，所述交叉口选道模型用于控制车辆在交叉口选择左转、直行、右转或掉头；

构建交叉口规则模型，所述交叉口规则模型用于根据交叉口规则控制车辆的速度，所述交叉口规则包括信号、行人、左转待步、停车线；

构建行人模型，所述行人模型用于根据所述交叉口规则，控制行人在交叉口上的速度和加速度；

统计车辆的交通参数及特征，经过预设时间的运行，统计车辆在交叉口的交通参数及特征，所述交通参数及特征包括以下任意一种或多种：排队长度、通行时长、延误时长和停车次数。

本发明提出的构建三维城市级路网及微观交通流仿真系统，能够加载城市级影像，构建城市级路网模型，并在该路网特定区域实现逼真的微观交通流仿真。该方法及系统解决了三维城市级路网创建慢、路网模型单一，不符合实际情况等问题，而渲染三维城市级路网算法可以使路网模型和金字塔影像进行无缝连接，直观逼真的再现复杂立体交通网络。微观交通流仿真能计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可为合理利用道路资源提供解决方案。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

Claims (10)

1.一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法，其特征在于，包括：

构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；

对所述城市级路网模型进行渲染；

根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型包括：

构建城市级影像金字塔，对所述影像金字塔上的道路轮廓进行金字塔切割，得到金字塔瓦片影像；

使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以正投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像，形成城市级影像二维平面图；

使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以透视投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像、天空盒、相机和平行光，形成城市级三维场景；

按照自西向东、自南向北的优先级，在所述影像二维平面图上识别道路轮廓，并勾画每一条道路的中央线，形成中央线拓扑图；

使用贝叶斯算法对所述中央线拓扑图的每条中央线进行平滑处理，形成中央平滑线拓扑图；

根据中央平滑线的实际长度生成一条初始高程值为0的高程直线；

根据道路实际情况，调整所述高程直线中的高程值，形成高程线；

使用贝叶斯算法对每条高程线进行平滑处理，形成高程平滑线；

根据每条中央平滑线及对应的高程平滑线，形成中央路线，中央路线的每个点的平面值来自相同位置的中央平滑线，高程值来自相同位置的高程平滑线，形成中央路线拓扑图；

根据所述中央路线拓扑图构建三维道路样式库，包括不同形状的道路、隧道和桥梁；

根据三维道路样式库构建三维道路模型；

检查三维道路当前样式的头部和上一个样式的尾部是否一致；

根据三维道路样式库中的行车道形成道路车道拓扑图，所述道路车道拓扑图为交通流中的车辆在道路上的行驶轨迹；

根据所述道路车道拓扑图编辑匝道；

构建三维道路交叉口模型，并根据所述三维道路交叉口模型构建交叉口车道拓扑图，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，并构建交叉口规则。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建三维道路交叉口模型，并根据所述三维道路交叉口模型构建交叉口车道拓扑图，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，并构建交叉口规则包括：

当两条中央路线交汇时会形成交叉点，设置每条中央路线的每个交叉口的开始点和结束点，确定交叉口的范围，使用交叉点和每条道路边坡线构建三维道路交叉口模型，当有多条线交叉一个点或多个交叉点的距离均小于预设值时，对所述三维道路交叉口模型进行融合处理，形成一个大的交叉口；

根据行车道的入口和出口构建交叉口车道拓扑图，所述交叉口车道拓扑图为交通流中的车辆在交叉口上的行驶轨迹；

构建交叉口纹理编辑器，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，所述纹理包括人行道斑马线、导向标识、直行停车线、左转待步停车线；

构建所述三维道路交叉口模型的交叉口规则，所述交叉口规则包括信号相位、通行规则、停车位置和左转待步位置，信号相位包括红灯、黄灯和绿灯的持续时间，通行规则是每个相位绿灯时可以通行的车道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述城市级路网模型进行渲染包括：

对所述三维道路模型和所述三维道路交叉口模型上下边界各向上和向下延伸预设距离，创建道路透明包围盒和交叉口透明包围盒；

清除颜色缓存、深度缓存和模板缓存；

颜色缓存中记录的是颜色值，深度缓存中记录的是深度值，模板缓存中记录的是模板值，颜色值是渲染对象的颜色，由R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、A(透明度)组合而成，每个颜色的值区间为0到255，深度值是渲染对象到相机的距离长度的倒数，值区间为0到1，模板值无实际意义，区间为0到255；

第一次渲染所述三维场景中的金字塔影像，只记录渲染对象的深度值，丢弃颜色值和模板值；

渲染所述道路透明包围盒和所述交叉口透明包围盒，只记录模板值，不记录深度值，模板值初始设置为0，使用双面绘制技术，渲染包围盒正面时，深度测试成功则模板值+1，失败则模板值不变，渲染包围盒背面时，深度测试成功则模板值-1，失败则模板值不变；

清除深度值；

第二次渲染三维场景中的金字塔影像，当模板值为0时渲染对应位置的金字塔影像，当模板值大于或小于0时不渲染对应位置的金字塔影像；

渲染所述城市级路网模型。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征包括：

根据渲染后的城市级路网模型构建行驶轨迹拓扑图，组合所述道路车道拓扑图和所述交叉口车道拓扑图；

构建车辆参数模型，车辆参数包括车辆尺寸、重量、最大加速度、最大减速度、最高时速；

构建渲染模型，所述渲染模型用于实时计算每辆车的位置、方向、生命周期；

构建发车模型，所述发车模型用于控制车辆产生的时间、位置、方向和数量；

构建跟弛模型，所述跟弛模型用于根据前车、后车、左车或右车的距离、速度和加速度，控制车辆在道路或交叉口上的速度、加速度或换道；

构建换道模型，所述换道模型用于控制车辆从当前车道切换到相邻车道；

构建道路选道模型，所述道路选道模型用于当前方道路样式和当前道路样式不同时，车道数量发生变化，车辆需要从变化的车道中选择一条行驶；

构建道路规则模型，所述道路规则模型用于根据道路上的坡度、障碍物、车站、限速牌、转弯标志控制车辆的行驶速度或换道；

构建交叉口选道模型，所述交叉口选道模型用于控制车辆在交叉口选择左转、直行、右转或掉头；

构建交叉口规则模型，所述交叉口规则模型用于根据交叉口规则控制车辆的速度，所述交叉口规则包括信号、行人、左转待步、停车线；

构建行人模型，所述行人模型用于根据所述交叉口规则，控制行人在交叉口上的速度和加速度；

统计车辆的交通参数及特征，经过预设时间的运行，统计车辆在交叉口的交通参数及特征，所述交通参数及特征包括以下任意一种或多种：排队长度、通行时长、延误时长和停车次数。

6.一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真系统，其特征在于，包括：

模型构建模块，构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；

模型渲染模块，用于对所述城市级路网模型进行渲染；

交通仿真模块，用于根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模型构建模块用于：

构建城市级影像金字塔，对所述影像金字塔上的道路轮廓进行金字塔切割，得到金字塔瓦片影像；

使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以正投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像，形成城市级影像二维平面图；

使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以透视投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像、天空盒、相机和平行光，形成城市级三维场景；

按照自西向东、自南向北的优先级，在所述影像二维平面图上识别道路轮廓，并勾画每一条道路的中央线，形成中央线拓扑图；

使用贝叶斯算法对所述中央线拓扑图的每条中央线进行平滑处理，形成中央平滑线拓扑图；

根据中央平滑线的实际长度生成一条初始高程值为0的高程直线；

根据道路实际情况，调整所述高程直线中的高程值，形成高程线；

使用贝叶斯算法对每条高程线进行平滑处理，形成高程平滑线；

根据每条中央平滑线及对应的高程平滑线，形成中央路线，中央路线的每个点的平面值来自相同位置的中央平滑线，高程值来自相同位置的高程平滑线，形成中央路线拓扑图；

根据所述中央路线拓扑图构建三维道路样式库，包括不同形状的道路、隧道和桥梁；

根据三维道路样式库，构建三维道路模型；

检查三维道路当前样式的头部和上一个样式的尾部是否一致；

根据三维道路样式库中的行车道形成道路车道拓扑图，所述道路车道拓扑图为交通流中的车辆在道路上的行驶轨迹；

根据所述道路车道拓扑图编辑匝道；

构建三维道路交叉口模型，并根据所述三维道路交叉口模型构建交叉口车道拓扑图，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，并构建交叉口规则。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述模型构建模块用于：

当两条中央路线交汇时会形成交叉点，设置每条中央路线的每个交叉口的开始点和结束点，确定交叉口的范围，使用交叉点和每条道路边坡线构建三维道路交叉口模型，当有多条线交叉一个点或多个交叉点的距离均小于预设值时，对所述三维道路交叉口模型进行融合处理，形成一个大的交叉口；

根据行车道的入口和出口构建交叉口车道拓扑图，所述交叉口车道拓扑图为交通流中的车辆在交叉口上的行驶轨迹；

构建交叉口纹理编辑器，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，所述纹理包括人行道斑马线、导向标识、直行停车线、左转待步停车线；

构建所述三维道路交叉口模型的交叉口规则，所述交叉口规则包括信号相位、通行规则、停车位置和左转待步位置，信号相位包括红灯、黄灯和绿灯的持续时间，通行规则是每个相位绿灯时可以通行的车道。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述模型渲染模块用于：

对所述三维道路模型和所述三维道路交叉口模型上下边界各向上和向下延伸预设距离，创建道路透明包围盒和交叉口透明包围盒；

清除颜色缓存、深度缓存和模板缓存；

颜色缓存中记录的是颜色值，深度缓存中记录的是深度值，模板缓存中记录的是模板值，颜色值是渲染对象的颜色，由R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、A(透明度)组合而成，每个颜色的值区间为0到255，深度值是渲染对象到相机的距离长度的倒数，值区间为0到1，模板值无实际意义，区间为0到255；

第一次渲染所述三维场景中的金字塔影像，只记录渲染对象的深度值，丢弃颜色值和模板值；

渲染所述道路透明包围盒和所述交叉口透明包围盒，只记录模板值，不记录深度值，模板值初始设置为0，使用双面绘制技术，渲染包围盒正面时，深度测试成功则模板值+1，失败则模板值不变，渲染包围盒背面时，深度测试成功则模板值-1，失败则模板值不变；

清除深度值；

第二次渲染三维场景中的金字塔影像，当模板值为0时渲染对应位置的金字塔影像，当模板值大于或小于0时不渲染对应位置的金字塔影像；

渲染所述城市级路网模型。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的系统，其特征在于，所述交通仿真模块用于：

根据渲染后的城市级路网模型构建行驶轨迹拓扑图，组合所述道路车道拓扑图和所述交叉口车道拓扑图；

构建车辆参数模型，车辆参数包括车辆尺寸、重量、最大加速度、最大减速度、最高时速；

构建渲染模型，所述渲染模型用于实时计算每辆车的位置、方向、生命周期；

构建发车模型，所述发车模型用于控制车辆产生的时间、位置、方向和数量；

构建跟弛模型，所述跟弛模型用于根据前车、后车、左车或右车的距离、速度和加速度，控制车辆在道路或交叉口上的速度、加速度或换道；

构建换道模型，所述换道模型用于控制车辆从当前车道切换到相邻车道；

构建道路选道模型，所述道路选道模型用于当前方道路样式和当前道路样式不同时，车道数量发生变化，车辆需要从变化的车道中选择一条行驶；

构建道路规则模型，所述道路规则模型用于根据道路上的坡度、障碍物、车站、限速牌、转弯标志控制车辆的行驶速度或换道；

构建交叉口选道模型，所述交叉口选道模型用于控制车辆在交叉口选择左转、直行、右转或掉头；

构建交叉口规则模型，所述交叉口规则模型用于根据交叉口规则控制车辆的速度，所述交叉口规则包括信号、行人、左转待步、停车线；

构建行人模型，所述行人模型用于根据所述交叉口规则，控制行人在交叉口上的速度和加速度；

统计车辆的交通参数及特征，经过预设时间的运行，统计车辆在交叉口的交通参数及特征，所述交通参数及特征包括以下任意一种或多种：排队长度、通行时长、延误时长和停车次数。