CN112434412A - Sumo和unity联合仿真交通网络方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法及系统,其通过使用Unity搭建一个和SUMO仿真程序所用路网相对应的三维孪生场景,并在该场景中放置三维孪生车辆,然后在Unity场景中通过调用函数库TraCI.NET中的车辆位置、姿态及红绿灯状态的函数,利用SUMO仿真程序返回的信息更新三维孪生场景中红绿灯的相位以及三维孪生车辆的位置、姿态,从而实现SUMO交通仿真的三维效果。本发明选用Unity制作三维孪生仿真场景,弥补了SUMO在三维显示方面的不足;将Unity强大的三维图形功能与SUMO强大的微观交通仿真功能相结合,能够方便的对微观交通进行仿真,且能够形象直观的看到仿真效果。
Description
技术领域
本发明涉及交通仿真技术领域,尤其是涉及一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法及系统。
背景技术
SUMO是一款开源的微观交通仿真软件。使用该软件进行仿真需要编写三个文件:(1)道路网络文件——该文件可使用软件自带的路网编辑器生成,也可使用由OSM等其他地图转换而来;(2)车流信息文件——需要在该文件中定义车辆的出发时间以及车辆在道路网络文件中的行驶路线;(3)仿真配置文件——需要在该文件中指明仿真所用的道路网络文件以及车流信息文件。拥有上述三个文件之后,即可进行交通仿真,从而可查看当前交通流下道路网络的拥堵情况等交通状态。
TraCI是SUMO仿真程序的一个函数库,提供了一些获取路网中交通灯相位以及车辆位置等信息的函数。
Unity是一款三维游戏引擎,提供了强大的三维实时渲染类库,使用这些类库可以轻松开发出一款三维游戏。
虽然SUMO仿真程序能够很容易的对微观交通进行仿真,然而他并没有三维显示功能,仅仅是将道路网络、车辆、红路灯等用一些简单的二维图形表示,不够形象,缺乏直观。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足,提出一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法及系统,解决现有SUMO仿真程序无法进行三维显示的问题。
为达到上述技术目的,本发明的技术方案第一方面提供一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其包括如下步骤:
使用建模软件分别制作道路网络模型、交通灯模型、车辆模型;
创建一个Unity项目,将所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型导入Unity项目,使用所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型制作三维孪生场景;
建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新。
本发明第二方面提供一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络系统,其包括如下功能模块:
模型建立模块,用于使用建模软件分别制作道路网络模型、交通灯模型、车辆模型;
三维场景建立模块,用于创建一个Unity项目,将所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型导入Unity项目,使用所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型制作三维孪生场景;
状态更新模块,用于建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新。
本发明第三方面提供一种服务器,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法的步骤。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法的步骤。
与现有技术相比,本发明通过使用Unity搭建一个和SUMO仿真程序所用路网相对应的三维孪生场景,并在该场景中放置三维孪生车辆,然后在Unity场景中通过调用函数库TraCI.NET中的车辆位置、姿态及红绿灯状态的函数,利用SUMO仿真程序返回的信息更新三维孪生场景中红绿灯的相位以及三维孪生车辆的位置、姿态,从而实现SUMO交通仿真的三维效果。本发明选用Unity制作三维孪生仿真场景,弥补了SUMO在三维显示方面的不足;将Unity强大的三维图形功能与SUMO强大的微观交通仿真功能相结合,能够方便的对微观交通进行仿真,且能够形象直观的看到仿真效果。
附图说明
图1是本发明实施例所述的一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法的流程框图;
图2是本发明实施例所述的一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络系统的模块框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明实施例提供了一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其包括如下步骤:
S1、使用建模软件分别制作道路网络模型、交通灯模型、车辆模型;
S2、创建一个Unity项目,将所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型导入Unity项目,使用所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型制作三维孪生场景;
S3、建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新。
具体的,步骤S3中,所述建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,具体包括:
使用函数库TraCI.NET连接SUMO仿真程序,并建立一个字典用来记录所有的车辆,其中,字典的键为SUMO中车辆的id,值为三维孪生车辆的引用。
步骤S3中,所述定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新,包括:
通过函数库TraCI.NET中的位置信息获取函数定时查询SUMO仿真程序中所有车辆在道路网络上的位置,获取到位置后在三维孪生场景中分别生成一个对应的三维孪生车辆添加到道路网络模型中,并将该车辆添加到字典;
通过函数库TraCI.NET中的目的状态获取函数定时查询SUMO仿真程序中已经到达目的地将要被删除的所有车辆,在道路网络模型中销毁对应的三维孪生车辆,并从字典中移除;
遍历字典,使用字典的键通过函数库TraCI.NET中的运动状态获取函数定时查询SUMO仿真程序中对应车辆id的运动状态,根据查询得到的数据更新三维孪生场景中对应车辆id的运动状态;其中,所述对应车辆id的运动状态包括位置、姿态、速度;所述对应车辆id的运动状态还包括车轮的旋转角度,利用速度结合三维孪生车辆的车轮半径计算得到车轮的旋转角度;具体的,通过两帧之间的时间差与速度的乘积得到车在两帧之间走过的路程,这个路程与车轮在该时间差内的旋转角度的比值公式如下:
V*Δt/x=2πr/360
式中,V为车辆的速度,Δt为两帧之间的时间差,x为车轮在该时间差内的旋转角度,r为车轮半径。求解这个方程,就能够得到车轮的旋转角度。
通过函数库TraCI.NET中的相位获取函数定时查询每个交通灯的相位,查询到之后更新三维孪生场景中交通灯的颜色。
且在每一次三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新后,均通过函数库TraCI.NET中的步进控制函数控制控制SUMO仿真程序的步进,重启开始进行下一次迭代更新,如此循环。
本发明通过使用Unity搭建一个和SUMO仿真程序所用路网相对应的三维孪生场景,并在该场景中放置三维孪生车辆,然后在Unity场景中通过调用函数库TraCI.NET中的车辆位置、姿态及红绿灯状态的函数,利用SUMO仿真程序返回的信息更新三维孪生场景中红绿灯的相位以及三维孪生车辆的位置、姿态,从而实现SUMO交通仿真的三维效果。本发明选用Unity制作三维孪生仿真场景,弥补了SUMO在三维显示方面的不足;将Unity强大的三维图形功能与SUMO强大的微观交通仿真功能相结合,能够方便的对微观交通进行仿真,且能够形象直观的看到仿真效果。
如图2所示,本发明实施例还公开了一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络系统,其包括如下功能模块:
模型建立模块10,用于使用建模软件分别制作道路网络模型、交通灯模型、车辆模型;
三维场景建立模块20,用于创建一个Unity项目,将所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型导入Unity项目,使用所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型制作三维孪生场景;
状态更新模块30,用于建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新。
本实施例一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络系统的执行方式与上述SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法基本相同,故不作详细赘述。
本实施例服务器为提供计算服务的设备,通常指具有较高计算能力,通过网络提供给多个消费者使用的计算机。该实施例的服务器包括:存储器、处理器以及系统总线,所述存储器包括存储其上的可运行的程序,本领域技术人员可以理解,本实施例的终端设备结构并不构成对终端设备的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
存储器可用于存储软件程序以及模块,处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块,从而执行终端的各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等;存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
在存储器上包含一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法的可运行程序,所述可运行程序可以被分割成一个或多个模块/单元,所述一个或多个模块/单元被存储在所述存储器中,并由处理器执行,以完成信息的获取及实现过程,所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令段用于描述所述计算机程序在所述服务器中的执行过程。例如,所述计算机程序可以被分割为模型建立模块、三维场景建立模块以及状态更新模块。
处理器是服务器的控制中心,利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分,通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块,以及调用存储在存储器内的数据,执行终端的各种功能和处理数据,从而对终端进行整体监控。可选的,处理器可包括一个或多个处理单元;优选的,处理器可集成应用处理器和调制解调处理器,其中,应用处理器主要处理操作系统、应用程序等,调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是,上述调制解调处理器也可以不集成到处理器中。
系统总线是用来连接计算机内部各功能部件,可以传送数据信息、地址信息、控制信息,其种类可以是例如PCI总线、ISA总线、VESA总线等。处理器的指令通过总线传递至存储器,存储器反馈数据给处理器,系统总线负责处理器与存储器之间的数据、指令交互。当然系统总线还可以接入其他设备,例如网络接口、显示设备等。
所述服务器应至少包括CPU、芯片组、内存、磁盘系统等,其他构成部件在此不再赘述。
在本发明中,该终端所包括的处理器执行的可运行程序具体为:一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其包括如下步骤:
使用建模软件分别制作道路网络模型、交通灯模型、车辆模型;
创建一个Unity项目,将所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型导入Unity项目,使用所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型制作三维孪生场景;
建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各实施例的模块、单元和/或方法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其特征在于,包括如下步骤:
使用建模软件分别制作道路网络模型、交通灯模型、车辆模型;
创建一个Unity项目,将所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型导入Unity项目,使用所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型制作三维孪生场景;
建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新。
2.根据权利要求1所述SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其特征在于,所述建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,具体包括:
使用函数库TraCI.NET连接SUMO仿真程序,并建立一个字典用来记录所有的车辆,其中,字典的键为SUMO中车辆的id,值为三维孪生车辆的引用。
3.根据权利要求1所述SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其特征在于,所述定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新,具体包括:
通过函数库TraCI.NET中的位置信息获取函数定时查询SUMO仿真程序中所有车辆在道路网络上的位置,获取到位置后在三维孪生场景中分别生成一个对应的三维孪生车辆添加到道路网络模型中,并将该车辆添加到字典;
通过函数库TraCI.NET中的目的状态获取函数定时查询SUMO仿真程序中已经到达目的地将要被删除的所有车辆,在道路网络模型中销毁对应的三维孪生车辆,并从字典中移除;
遍历字典,使用字典的键通过函数库TraCI.NET中的运动状态获取函数定时查询SUMO仿真程序中对应车辆id的运动状态,根据查询得到的数据更新三维孪生场景中对应车辆id的运动状态;
通过函数库TraCI.NET中的相位获取函数定时查询每个交通灯的相位,查询到之后更新三维孪生场景中交通灯的颜色。
4.根据权利要求3所述SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其特征在于,所述对应车辆id的运动状态包括位置、姿态、速度。
5.根据权利要求4所述SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其特征在于,所述对应车辆id的运动状态还包括车轮的旋转角度,利用速度结合三维孪生车辆的车轮半径计算得到车轮的旋转角度。
6.根据权利要求1所述SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法,其特征在于,在每一次三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新后,均通过函数库TraCI.NET中的步进控制函数控制控制SUMO仿真程序的步进,重启开始进行下一次迭代更新,如此循环。
7.一种SUMO和UNITY联合仿真交通网络系统,其特征在于,包括如下功能模块:
模型建立模块,用于使用建模软件分别制作道路网络模型、交通灯模型、车辆模型;
三维场景建立模块,用于创建一个Unity项目,将所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型导入Unity项目,使用所述道路网络模型、交通灯模型、车辆模型制作三维孪生场景;
状态更新模块,用于建立Unity项目与SUMO仿真程序之间的连接,定时获取SUMO仿真程序中交通灯模型、车辆模型的各项状态信息,根据获取的状态信息对三维孪生场景中的交通灯模型、车辆模型进行状态迭代更新。
8.一种服务器,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述SUMO和UNITY联合仿真交通网络方法的步骤。
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