CN107844635A - 实现bim信息与交通仿真信息集成系统及其集成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现BIM信息与交通仿真信息集成系统及其集成方法，将建筑信息平台上的BIM模型导入微观交通仿真器，在BIM模型的基础上进一步构建交通仿真模型，然后将微观交通仿真器的交通仿真信息导出至BIM平台，实现BIM信息与交通仿真信息的集成。本发明能够集成BIM信息与交通信息，实现不同软件之间的模型快速转换，充分发挥软件间的协同工作，实现优势互补，提高设计效率。
Description
技术领域
本发明属于建筑信息模型和交通仿真技术领域，更具体的说，本发明涉及一种实现BIM信息与交通仿真信息集成系统及其集成方法。
背景技术
近年来，政府大力推广建筑信息模型（BIM）技术，重视BIM技术在市政工程的应用及研发。BIM软件可构建各专业构件库，实现带属性BIM模型的智能化构建；可进行全寿命周期的数据共享，实现设计与施工、运维的应用衔接。但是，BIM软件交通评价功能较弱，缺少完善的交通流模块。交通仿真软件作为一种重要的虚拟交通实验工具，具备完善的车辆动力学模型；可基于交通评价系统测试道路设计参数、交通条件、交通管理与信号控制条件等对交通运行效率与安全的影响。然而，交通仿真软件的三维场景建模能力有限；缺少精确的建筑工程数据且设计数据无法共享，不能迅速有效地直接应用于道路交通设计领域。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种实现BIM信息与交通仿真信息集成系统，通过BIM与交通仿真的集成开发建立两者的联系通道，整合BIM信息与交通仿真信息，实现优势互补，弥补各自存在的弊端。BIM模型根据数据交换标准导入交通仿真模型；交通信息以数据属性形式完善BIM模型，为基于虚拟评价反馈的道路交通系统设计提供基础的平台支持。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种实现BIM信息与交通仿真信息集成系统，其特征在于所述系统包括
建筑模型数据读取模块，提取BIM模型中的三维结构模型及道路设计数据；
交通仿真文件写入模块，将BIM模型导入交通仿真器；
车辆仿真三维环境和车辆可行驶轨迹生成模块，基于路网数据自动识别BIM模型中车辆的行驶路径，所述车辆行驶路径数据包括道路中心线三维坐标、路段横断面数据以及是否属于路段渐变段和交叉口进出口道；然后，利用数据存储模块将其存储在数据文件中，初步构建交通仿真模型；
构建完整交通仿真模型模块，进一步完成交通仿真模型，包括添加交通流量数据、信号配时数据及OD矩阵数据，构建完整交通仿真模型；运行交通仿真，生成交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，存储在数据文件中；
建筑信息平台读入模块，提取交通仿真模型中的交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，写入BIM模型并进行可视化展示，根据交通评价结果对设计方案反馈优化；
虚拟现实平台读入模块，将优化后的BIM模型导入到VR平台并作相应处理，实现虚拟现实交互。
本发明的目的在于提出了一种实现BIM信息与交通仿真信息集成方法，通过BIM与交通仿真的集成开发建立两者的联系通道，整合BIM信息与交通仿真信息，实现优势互补，弥补各自存在的弊端。BIM模型根据数据交换标准导入交通仿真模型；交通信息以数据属性形式完善BIM模型，为基于虚拟评价反馈的道路交通系统设计提供基础的平台支持。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种实现BIM信息与交通仿真信息集成方法，通过BIM与交通仿真的集成开发建立两者的联系通道，整合BIM信息与交通仿真信息，实现优势互补，弥补各自存在的弊端。BIM模型根据数据交换标准导入交通仿真模型；交通信息以数据属性形式完善BIM模型，为基于虚拟评价反馈的道路交通系统设计提供基础的平台支持。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）利用BIM平台建立BIM模型；
（2）建筑模型数据读取模块提取建立交通仿真模型所需的路网数据；
（3）交通仿真文件写入模块将BIM模型导入交通仿真器；
（4）车辆仿真三维环境和车辆可行驶轨迹生成模块，基于路网数据自动识别BIM模型中车辆的行驶路径，所述车辆行驶路径数据包括道路中心线三维坐标、路段横断面数据以及是否属于路段渐变段和交叉口进出口道；然后，利用数据存储模块将其存储在数据文件中，初步构建交通仿真模型；
（5）构建完整交通仿真模型，进一步完成交通仿真模型，包括添加交通流量数据、信号配时数据及OD矩阵数据；
（6）利用完整交通仿真模型进行交通仿真评价，生成交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，存储在数据文件中；
（7）建筑信息平台读入模块提取交通仿真模型中的交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，写入BIM模型并进行可视化展示，根据交通评价结果对设计方案反馈优化；
（8）虚拟现实平台读入模块将优化后的BIM模型导入到VR平台并作相应处理，实现虚拟现实交互。
进一步地，步骤（2）的具体算法如下：
Step 2.1: BIM模型定位信息提取，提取BIM模型坐标、方位角、比例；
Step 2.2:对BIM路段进行遍历，判断是否存在变宽板块，若不存在，则为标准段，进行Step2.3；反之，则为渐变段，进行Step2.4；
Step 2.3:计算标准段车道总数、车道中心线及其各点坐标，判断所有BIM路段是否遍历，若否，则返回Step2.2，反之则进行Step2.5；
Step 2.4:计算渐变段连接起终点、连接车道数等连接信息，计算渐变段车道中心线及其各点坐标。判断所有BIM路段是否遍历，若否，则返回Step2.2，反之则进行Step2.5；
Step 2.5:记录所有BIM路段信息及BIM模型定位信息至外部文件。
进一步地，步骤（4）的具体算法如下：
Step 4.1: 车辆仿真三维环境生成，读取步骤（2）记录的BIM模型定位信息，写入交通仿真文件，定位步骤（3）导入的BIM模型；
Step 4.2:读取步骤（2）记录的BIM路段信息，依据是否存在渐变段，计算中心线三维坐标、路段横断面数据，生成路段车辆行驶路径；
Step 4.3：读取步骤（2）记录的BIM交叉口信息，依据是否存在进口道，计算车辆转弯中心线，生成交叉口车辆行驶路径；
Step 4.4: 记录Step 4.2和Step 4.3生成的车辆行驶路径数据，写入交通仿真文件。
步骤（7）的具体算法如下：
Step7.1：建筑信息平台数据读入，读取交通评价数据和车辆轨迹数据，附加属性文本到模型节点，计算生成可视化反馈数据，叠加可视化反馈数据到模型；
Step7.2：虚拟现实平台数据读入，读取车辆轨迹数据，动态绑定数据到模型，插值计算一帧数据，播放一帧仿真数据。
优选地，BIM模型包括交通设施、桥梁、立交、隧道、周边建筑物、景观绿化。
优选地，步骤（2）中三维结构模型数据包括三维模型坐标、坐标轴偏角；道路设计数据包括路段编号、路段中心线三维坐标、路段横断面布置、交叉口及立交布设形式。
优选地，步骤（4）具体包括以下步骤：A、建立空白交通仿真模型；B、载入三维模型；C、读取三维模型坐标数据；D、读取模型和坐标轴偏角；E、读取路段中心线数据；F、读取路段横断面数据；G、判断是否有进口道，如是则进入步骤H，如否则返回步骤F；H、写入车辆可运行路段；I、写入路段连接器；J、写入三维模型；K、连接服务器，初始化交通仿真路网模型；L、判断是否导入正确，如是则关闭服务器，保存交通仿真路网模型，如否则返回H。
优选地，步骤（7）中交通评价数据包括：车辆行程时间、行人出行时间、路网性能、路段交通量、车速、车辆排队长度、延误、信号配时以及交通安全评价指标，步骤（7）中有选择地提取上述交通评价数据中的一种或多种。
优选地，步骤（7）中车辆行驶轨迹数据包括：车辆运行时刻、车辆编号、车辆类型、车辆坐标、车辆加速度及瞬时速度，步骤（7）中有选择地提取上述车辆行驶轨迹数据中的一种或多种。
优选地，步骤（7）中，交通评价数据的提取和写入包括：a、读取交通评价，车辆轨迹数据；b、附加属性文本到模型节点；c、计算生成可视化反馈数据；d、叠加可视化反馈数据到模型；车辆行驶轨迹数据的提起和写入包括：e、读取车辆轨迹数据；f、动态绑定数据到模型；g、插值计算一帧数据；h、播放一帧仿真数据。
本发明提供了一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，将建筑信息平台上的BIM模型导入微观交通仿真器，在BIM模型的基础上进一步构建交通仿真模型，然后将微观交通仿真器的交通仿真信息导出至BIM平台，实现BIM信息与交通仿真信息的集成。具体而言，一方面，BIM模型的道路设计数据及建筑结构模型可分别通过数据读写模块和三维模型转换模块，转换为微观交通仿真器可识别的数据信息，生成微观交通仿真器的路网环境和车辆可行驶路径，结合交通流量、信号配时及OD矩阵数据等形成完整的交通仿真模型；另一方面，微观交通仿真器能够对道路设计信息进行评价，生成交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，通过数据读写模块，转换为建筑信息平台能够识别的外部反馈数据及车辆运行轨迹数据，从而根据评价结果进行设计方案再优化，以及更加逼真展现设计效果。本发明能够集成BIM信息与交通信息，实现不同软件之间的模型快速转换，充分发挥软件间的协同工作，实现优势互补，提高设计效率。
附图说明
图1是本发明实现BIM信息与交通仿真信息集成的实施流程图。
图2是BIM模型数据提取及写入交通仿真器模块框图。
图3是建筑信息平台和虚拟现实平台读取交通仿真数据模块框图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
实施例：本研究是在集成建筑信息软件与交通仿真软件的基础上，构建的建筑信息平台与交通仿真器一体化设计框架。下面结合附图1对本发明的具体实施步骤作详细说明，本实施实例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施实例，另外需要说明的是本发明中提到的建筑信息平台和交通仿真器并不限于某种特定的建筑信息软件和交通仿真软件。
本实施实例以CATIAV6 2015x建筑信息软件、VISSIM7.0版本交通仿真软件及Unity5.0版本虚拟现实软件为基础，以上海沿江隧道通道工程为路网对象，进行一体化设计实验。具体步骤如下：
（1）建立BIM模型
在CATIA软件平台上，自主开发道路交通BIM系统，根据实际工程要求，设计并生成道路、桥梁、立交、隧道、周边建筑物、景观绿化以及其他附属设施的BIM模型，并导出可用于数据交换的三维模型文件和道路设计数据文件，以便后续过程进一步处理使用。
（2）读取建立交通仿真模型所需的路网数据
运行数据读写模块，读取设计范围内的BIM模型路网数据(BIM模型中的三维结构模型及道路设计数据)。首先读取三维模型坐标、坐标轴偏角等基本位置数据，然后依次提取道路设计数据，包括路段编号、路段中心线三维坐标、路段横断面布置、交叉口及立交布设形式等。
（3）将BIM结构模型导入交通仿真软件
利用三维模型转换模块完成对BIM结构模型的提取。首先，将CATIA软件开发的BIM结构模型导成3ds格式模型，然后将3ds格式模型转换为交通仿真软件可识别的三维模型格式，接着读取三维模型的坐标、坐标轴偏角等基本位置数据，最后通过三维模型转换模块将交通设施、桥梁、立交、隧道、周边建筑物、景观绿化等三维实体模型导入到交通仿真模型中。
（4）交通仿真软件读取车辆行驶路径
通过数据读写模块，读取存储BIM模型路网数据的文件（该文件由步骤2的算法遍历生成），自动识别BIM模型中车辆的行驶路径，所述车辆行驶路径数据包括路段中心线三维坐标、路段横断面具体布置、是否为交叉口进口道、是否为路段渐变段等。对数据作相应处理，最后将反映道路设计信息的数据传输至交通仿真模型中，自动生成交通仿真路网。
如图2所示，根据本发明的一个具体实施例，其生产交通仿真路网模型的具体步骤包括：A、建立空白交通仿真模型；B、载入三维模型；C、读取三维模型坐标数据；D、读取模型和坐标轴偏角；E、读取路段中心线数据；F、读取路段横断面数据；G、判断是否有进口道，如是则进入步骤H，如否则返回步骤F；H、写入车辆可运行路段；I、写入路段连接器；J、写入三维模型；K、连接服务器，初始化交通仿真路网模型；L、判断是否导入正确，如是则关闭服务器，保存交通仿真路网模型，如否则返回H。
（5）构建完整交通仿真模型
结合交通流量数据、车辆出行矩阵数据、信号配时数据等，在已自动生成的交通仿真路网的基础上，构建VISSIM完整交通仿真模型。运行VISSIM交通仿真，生成交通评价文件和车辆行驶轨迹文件，交通评价数据包括：车辆行程时间、行人出行时间、路网性能、路段交通量、车速、车辆排队长度、延误、信号配时以及交通安全评价指标等；车辆行驶轨迹数据包括：车辆运行时刻、车辆编号、车辆类型、车辆坐标、车辆加速度及瞬时速度等。这里的交通流量数据、车辆出行矩阵数据、信号配时数据是外部数据，通过软件平台导入交通仿真模型中。
（6）交通信息写入CATIA模型及Unity模型
在CATIA软件平台上，利用交通信息读入模块，提取交通仿真过程中生成的交通评价数据及车辆行驶轨迹数据，并在已建BIM模型节点上附加关联的属性文本信息，还可以直接在模型上叠加交通评价及车辆运行轨迹的可视化反馈信息如带颜色网格、区域或线条等，根据交通评价结果对设计方案反馈优化，从而形成更加完善的BIM模型。
如图3所示，交通评价数据的提取和写入包括：a、读取交通评价，车辆轨迹数据；b、附加属性文本到模型节点；c、计算生成可视化反馈数据；d、叠加可视化反馈数据到模型；车辆行驶轨迹数据的提起和写入包括：e、读取车辆轨迹数据；f、动态绑定数据到模型；g、插值计算一帧数据；h、播放一帧仿真数据。
在Unity虚拟现实软件平台上，自主开发交通信息读入模块，用于自动提取交通仿真过程中生成的车辆行驶轨迹数据。利用该模块，结合导入完善后的BIM模型，进一步集成材质光照效果、动态特效和交互功能，最终可以合成为一个完整的三维道路交通工程项目模拟场景，提供沉浸式的真实感模拟体验，更加直观、立体、动态地展现工程项目设计成果。
Claims (9)
1.一种实现BIM信息与交通仿真信息集成系统，其特征在于所述系统包括
建筑模型数据读取模块，提取BIM模型中的三维结构模型及道路设计数据；
交通仿真文件写入模块，将BIM模型导入交通仿真器；
车辆仿真三维环境和车辆可行驶轨迹生成模块，基于路网数据自动识别BIM模型中车辆的行驶路径，所述车辆行驶路径数据包括道路中心线三维坐标、路段横断面数据以及是否属于路段渐变段和交叉口进出口道；然后，利用数据存储模块将其存储在数据文件中，初步构建交通仿真模型；
构建完整交通仿真模型模块，进一步完成交通仿真模型，包括添加交通流量数据、信号配时数据及OD矩阵数据，构建完整交通仿真模型；运行交通仿真，生成交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，存储在数据文件中；
建筑信息平台读入模块，提取交通仿真模型中的交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，写入BIM模型并进行可视化展示，根据交通评价结果对设计方案反馈优化；
虚拟现实平台读入模块，将优化后的BIM模型导入到VR平台并作相应处理，实现虚拟现实交互。
2.一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）利用BIM平台建立BIM模型；
（2）建筑模型数据读取模块提取BIM模型中的三维结构模型及道路设计数据；
（3）交通仿真文件写入模块将BIM模型导入交通仿真器；
（4）车辆仿真三维环境和车辆可行驶轨迹生成模块，基于路网数据自动识别BIM模型中车辆的行驶路径，所述车辆行驶路径数据包括道路中心线三维坐标、路段横断面数据以及是否属于路段渐变段和交叉口进出口道；然后，利用数据存储模块将其存储在数据文件中，初步构建交通仿真模型；
（5）构建完整交通仿真模型，进一步完成交通仿真模型，包括添加交通流量数据、信号配时数据及OD矩阵数据；
（6）利用完整交通仿真模型进行交通仿真评价，生成交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，存储在数据文件中；
（7）建筑信息平台读入模块提取交通仿真模型中的交通评价数据和车辆行驶轨迹数据，写入BIM模型并进行可视化展示，根据交通评价结果对设计方案反馈优化；
（8）虚拟现实平台读入模块将优化后的BIM模型导入到VR平台并作相应处理，实现虚拟现实交互。
3.如权利要求2所述的一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于，BIM模型包括交通设施、桥梁、立交、隧道、周边建筑物、景观绿化。
4.如权利要求2所述的一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于，步骤（2）中三维结构模型数据包括三维模型坐标、坐标轴偏角；道路设计数据包括路段编号、路段中心线三维坐标、路段横断面布置、交叉口及立交布设形式。
5.如权利要求2所述的一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于，步骤（2）包括：
Step 2.1: BIM模型定位信息提取，提取BIM模型坐标、方位角、比例；
Step 2.2:对BIM路段进行遍历，判断是否存在变宽板块，若不存在，则为标准段，进行Step2.3；反之，则为渐变段，进行Step2.4；
Step 2.3:计算标准段车道总数、车道中心线及其各点坐标，判断所有BIM路段是否遍历，若否，则返回Step2.2，反之则进行Step2.5；
Step 2.4:计算渐变段连接起终点、连接车道数等连接信息，计算渐变段车道中心线及其各点坐标；
判断所有BIM路段是否遍历，若否，则返回Step2.2，反之则进行Step2.5；
Step 2.5:记录所有BIM路段信息及BIM模型定位信息至外部文件。
6.如权利要求5所述的一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于，步骤（4）包括：
Step 4.1: 车辆仿真三维环境生成，读取步骤（2）记录的BIM模型定位信息，写入交通仿真文件，定位步骤（3）导入的BIM模型；
Step 4.2:读取步骤（2）记录的BIM路段信息，依据是否存在渐变段，计算中心线三维坐标、路段横断面数据，生成路段车辆行驶路径；
Step 4.3：读取步骤（2）记录的BIM交叉口信息，依据是否存在进口道，计算车辆转弯中心线，生成交叉口车辆行驶路径；
Step 4.4: 记录Step 4.2和Step 4.3生成的车辆行驶路径数据，写入交通仿真文件。
7.如权利要求2所述的一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于，步骤（7）中交通评价数据包括：车辆行程时间、行人出行时间、路网性能、路段交通量、车速、车辆排队长度、延误、信号配时以及交通安全评价指标，步骤（7）中有选择地提取上述交通评价数据中的一种或多种。
8.如权利要求2所述的一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于，步骤（7）中车辆行驶轨迹数据包括：车辆运行时刻、车辆编号、车辆类型、车辆坐标、车辆加速度及瞬时速度，步骤（7）中有选择地提取上述车辆行驶轨迹数据中的一种或多种。
9.如权利要求2所述的一种实现BIM信息与交通仿真信息集成的方法，其特征在于，步骤（7）中，交通评价数据的提取和写入包括：a、读取交通评价，车辆轨迹数据；b、附加属性文本到模型节点；c、计算生成可视化反馈数据；d、叠加可视化反馈数据到模型；车辆行驶轨迹数据的提起和写入包括：e、读取车辆轨迹数据；f、动态绑定数据到模型；g、插值计算一帧数据；h、播放一帧仿真数据。
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