CN113361144B - 一种基于bim的道路驾驶模拟环境建立方法 - Google Patents

一种基于bim的道路驾驶模拟环境建立方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，包括：加载JSL‑路线专家系统道路设计软件的项目文件，形成路线设计数据；分解设计数据要素，并将分解的设计要素映射为LandXML格式的道路工程信息模型设计要素；将设计要素映射为PTV‑VISSIM支持的车道数据；解析FDB格式的道路工程信息模型数据，并转换为FBX/OBJ/DAE格式的三维模型；基于LandXML格式的道路工程信息设计要素，在驾驶模拟软件中构建驾驶道路和沿线地形；基于FBX/OBJ/DAE格式的三维模型，在驾驶模拟软件中布设场景对象模型；基于交通仿真分析软件PTV‑VISSIM与驾驶模拟系统数据交换模块，在驾驶模拟系统中创建仿真行车模型。本发明能快速构建驾驶模拟项目环境，构建道路仿真交通流，模拟道路建成后的工程环境和驾驶环境。

Description

一种基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法
技术领域
本发明涉及道路交通的技术领域，尤其涉及一种基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法。
背景技术
提高道路交通安全性是道路设计的重要目标之一，在设计阶段对道路进行有效的安全评价和预测道路安全对提升公路设计质量具有重要的意义。但是对于未建成道路，无法让人进行实际驾驶和评价。利用驾驶模拟技术，在对设计道路路线、构造物及沿线的地形、地物等元素三维建模的基础上，模拟公路建成后的整体环境和驾驶状态，从而对公路线形设计和其他要素进行检验和评价分析，是进行道路安全评价的重要技术手段。
真实的交通环境由“人”、“车”、“路”和“环境”共同构成，相互影响，驾驶模拟环境应当尽量还原这些影响因素。传统的驾驶模拟系统必须依靠使用者自行建立环境模型和工程模型，十分耗费时间资源和人力资源，且还原精度存在一定偏差；传统驾驶模拟只能随机生成仿真车流，与设计预测交通流存在一定差异，需要借助交通仿真软件生成预测值，并在驾驶模拟软件中进行三维还原，才能够进一步体现车流对驾驶的影响。
因此，如何将设计成果快速转化为驾驶模拟环境，并将仿真分析软件的预测交通流转化为驾驶模拟软件的车流，提供一种快速建立驾驶模拟环境的技术，成为本领域研究人员亟待解决的问题。
发明内容
基于上述现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，利用多源设计数据以及工程BIM模型，快速构建驾驶模拟项目环境，结合仿真分析软件，构建道路仿真交通流，模拟道路建成后的工程环境和驾驶环境，为后续基于道路驾驶模拟的安全评价提供基础。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
本发明的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，包括以下步骤：
S1、加载JSL-路线专家系统道路设计软件的项目文件，解析地形及路线关键信息，形成路线设计数据；
S2、解析满足驾驶模拟系统的道路信息数据结构，分解设计数据的要素，并将分解的线形数据和环境数据映射为LandXML格式的道路工程信息模型的要素；
S3、解析交通仿真分析软件PTV-VISSIM定义道路的数据结构，并将分解的线形数据和工程信息映射为PTV-VISSIM支持的车道数据；
S4、解析FDB格式的道路工程信息模型数据，利用关键信息筛选出交通工程设施模型、土建工程模型、沿线建筑模型和沿线景观模型，并转换为FBX/OBJ/DAE格式的道路工程信息模型；
S5、基于LandXML格式的道路工程信息模型的线形信息，在驾驶模拟软件中构建驾驶道路和沿线地形，完成道路工程和自然环境和的布设；
S6、基于FBX/OBJ/DAE格式的道路工程信息模型，通过空间位置转换，在驾驶模拟软件中布设场景对象模型；
S7、基于交通仿真分析软件PTV-VISSIM与驾驶模拟系统数据交换模块，在驾驶模拟系统中创建仿真行车模型。
进一步的，在步骤S2中，LandXML格式的道路工程信息模型的要素包含地形数据和路线数据；所述地形数据，用于描述路线沿线地面高程采样点，将道路设计文件记录的横断面地面线的采样点进行抽稀，剔除位置密集的点，并写入LandXML文件Surfaces元素下的Pnts子元素，包括采样点的坐标信息和高程信息。
进一步的，在步骤S2中，所述线形数据包括平曲线数据、竖曲线数据和横断面数据；平曲线数据指路线中心线线形数据，含直线段、缓和曲线段和圆曲线段；平曲线数据写入LandXML文件Alignment元素下的CoordGeom子元素；竖曲线数据含直线和圆曲线；竖曲线数据写入LandXML文件Alignment元素下的Profile子元素；横断面数据由JSL-路线专家系统道路设计软件横断面采样线得到，采样步距为20米，曲线段适当加密；横断面数据包括边坡、路肩、行车道、中央隔离带几个部件，按驾驶模拟软件UC-winRoad的规则命名，并写入LandXML文件Alignment元素下的CrossSects子元素。
进一步的，在步骤S3中，根据所述线形数据解析的横断面信息，确定道路的设计速度v，车道数量n、车道宽度w和各车道中心线相对路线中心线偏距d；沿路线中心线以t为步长计算车道中心线位置点的空间坐标，其中，步长t按以下算法确定：
Figure BDA0003163712910000031
式中：其中t为车道中线采样步长，L为路线直线长度；Ls为缓和曲线长度，R为曲线半径，v为设计速度。
进一步的，在步骤S4中，所述关键信息为描述BIM模型各部分构件的特征值，包括交通工程设施，如标志、标牌、标线、护栏、防眩板、机电设施；土建工程模型，如桥梁、隧道洞门、挡土墙；沿线建筑模型以及沿线景观模型，如行道树，根据关键句段从FDB模型中筛选出上述模型，输出为FBX/OBJ/DAE格式的三维模型，并记录模型的位置信息。
进一步的，在步骤S5中，所述自然环境是指利用LandXML格式的道路工程信息模型中的地形数据，构建道路走廊带的三维地形环境；所述道路工程指道路平面、纵面和横断面的布设。
进一步的，在步骤S6中，所述场景对象模型是指交通工程设施，如标志、标牌、标线、护栏、防眩板、机电设施；土建工程模型，如桥梁、隧道洞门、挡土墙；沿线建筑模型以及沿线景观模型，如行道树，所有模型的位置由设计指定和记录，实现快速布置。
与现有技术相比，本发明的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法的有益效果和优点在于：
(1)能够将路线设计软件的成果自动转换为驾驶模拟软件的模型，实现驾驶模拟环境快速搭建，提高了驾驶模拟道路的还原精度和制作效率。
(2)能够利用BIM模型快速搭建驾驶模拟环境增强模型，提高场景的真实度，从而进一步提升模拟的准确性。
(3)能够将路线设计成果自动转换为交通仿真所需的道路，并将仿真成果输出到驾驶模拟环境中，体现车流对驾驶的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法的流程框图；
图2为本发明的解析路线走廊带地面点图；
图3为本发明的基于设计数据LandXML的驾驶模拟道路图；
图4为本发明的基于BIM数据的构造物图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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的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。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
如图1至图4所示，本发明的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，包括以下步骤：
一、加载JSL-路线专家系统道路设计软件的项目文件，解析地形及路线关键信息，形成路线设计数据。
二、解析满足驾驶模拟系统的道路信息数据结构，分解设计数据的要素，并将分解的线形数据和环境数据映射为LandXML格式的道路工程信息模型的要素。
LandXML格式的道路工程信息模型的要素包含地形数据和路线数据；所述地形数据，用于描述路线沿线地面高程采样点，将道路设计文件记录的横断面地面线的采样点进行抽稀，剔除位置密集的点，并写入LandXML文件Surfaces元素下的Pnts子元素，包括采样点的坐标信息和高程信息。
线形数据包括平曲线数据、竖曲线数据和横断面数据；平曲线数据指路线中心线线形数据，含直线段、缓和曲线段和圆曲线段；平曲线数据写入LandXML文件Alignment元素下的CoordGeom子元素；竖曲线数据含直线和圆曲线；竖曲线数据写入LandXML文件Alignment元素下的Profile子元素；横断面数据由JSL-路线专家系统道路设计软件横断面采样线得到，采样步距为20米，曲线段适当加密；横断面数据包括边坡、路肩、行车道、中央隔离带几个部件，按驾驶模拟软件UC-winRoad的规则命名，并写入LandXML文件Alignment元素下的CrossSects子元素。
三、解析交通仿真分析软件PTV-VISSIM定义道路的数据结构，并将分解的线形数据和工程信息映射为PTV-VISSIM支持的车道数据。
根据所述线形数据解析的横断面信息，确定道路的设计速度v，车道数量n、车道宽度w和各车道中心线相对路线中心线偏距d；沿路线中心线以t为步长计算车道中心线位置点的空间坐标，其中，步长t按以下算法确定：
Figure BDA0003163712910000051
式中：其中t为车道中线采样步长，L为路线直线长度；Ls为缓和曲线长度，R为曲线半径，v为设计速度。
四、解析FDB格式的道路工程信息模型数据，利用关键信息筛选出交通工程设施模型、土建工程模型、沿线建筑模型和沿线景观模型，并转换为FBX/OBJ/DAE格式的道路工程信息模型。关键信息为描述BIM模型各部分构件的特征值，包括交通工程设施，如标志、标牌、标线、护栏、防眩板、机电设施；土建工程模型，如桥梁、隧道洞门、挡土墙；沿线建筑模型以及沿线景观模型，如行道树，根据关键句段从FDB模型中筛选出上述模型，输出为FBX/OBJ/DAE格式的三维模型，并记录模型的位置信息。
五、基于LandXML格式的道路工程信息模型的线形信息，在驾驶模拟软件中构建驾驶道路和沿线地形，完成道路工程和自然环境和的布设。自然环境是指利用LandXML格式的道路工程信息模型中的地形数据，构建道路走廊带的三维地形环境；所述道路工程指道路平面、纵面和横断面的布设。
六、基于FBX/OBJ/DAE格式的道路工程信息模型，通过空间位置转换，在驾驶模拟软件中布设场景对象模型。场景对象模型是指交通工程设施，如标志、标牌、标线、护栏、防眩板、机电设施；土建工程模型，如桥梁、隧道洞门、挡土墙；沿线建筑模型以及沿线景观模型，如行道树，所有模型的位置由设计指定和记录，实现快速布置。
七、基于交通仿真分析软件PTV-VISSIM与驾驶模拟系统数据交换模块，在驾驶模拟系统中创建仿真行车模型。
本发明的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法能够将路线设计软件的成果自动转换为驾驶模拟软件的模型，实现驾驶模拟环境快速搭建，提高了驾驶模拟道路的还原精度和制作效率；能够利用BIM模型快速搭建驾驶模拟环境增强模型，提高场景的真实度，从而进一步提升模拟的准确性；能够将路线设计成果自动转换为交通仿真所需的道路，并将仿真成果输出到驾驶模拟环境中，体现车流对驾驶的影响。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解得到的变换或者替换，都应该涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (7)

1.一种基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、加载JSL-路线专家系统道路设计软件的项目文件，解析地形及路线关键信息，形成路线设计数据；
S2、解析满足驾驶模拟系统的道路信息数据结构，分解设计数据的要素，并将分解的线形数据和环境数据映射为LandXML格式的道路工程信息模型的要素；
S3、解析交通仿真分析软件PTV-VISSIM定义道路的数据结构，并将分解的线形数据和工程信息映射为PTV-VISSIM支持的车道数据；
S4、解析FDB格式的道路工程信息模型数据，利用关键信息筛选出交通工程设施模型、土建工程模型、沿线建筑模型和沿线景观模型，并转换为FBX/OBJ/DAE格式的道路工程信息模型；
S5、基于LandXML格式的道路工程信息模型的线形信息，在驾驶模拟软件中构建驾驶道路和沿线地形，完成道路工程和自然环境和的布设；
S6、基于FBX/OBJ/DAE格式的道路工程信息模型，通过空间位置转换，在驾驶模拟软件中布设场景对象模型；
S7、基于交通仿真分析软件PTV-VISSIM与驾驶模拟系统数据交换模块，在驾驶模拟系统中创建仿真行车模型。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，其特征在于，在步骤S2中，LandXML格式的道路工程信息模型的要素包含地形数据和路线数据；所述地形数据，用于描述路线沿线地面高程采样点，将道路设计文件记录的横断面地面线的采样点进行抽稀，剔除位置密集的点，并写入LandXML文件Surfaces元素下的Pnts子元素，包括采样点的坐标信息和高程信息。
3.根据权利要求2所述的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，其特征在于，在步骤S2中，所述线形数据包括平曲线数据、竖曲线数据和横断面数据；平曲线数据指路线中心线线形数据，含直线段、缓和曲线段和圆曲线段；平曲线数据写入LandXML文件Alignment元素下的CoordGeom子元素；
竖曲线数据含直线和圆曲线；竖曲线数据写入LandXML文件Alignment元素下的Profile子元素；
横断面数据由JSL-路线专家系统道路设计软件横断面采样线得到，采样步距为20米，曲线段适当加密；横断面数据包括边坡、路肩、行车道、中央隔离带几个部件，按驾驶模拟软件UC-winRoad的规则命名，并写入LandXML文件Alignment元素下的CrossSects子元素。
4.根据权利要求3所述的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，其特征在于，在步骤S3中，根据所述线形数据解析的横断面信息，确定道路的设计速度v，车道数量n、车道宽度w和各车道中心线相对路线中心线偏距d；沿路线中心线以t为步长计算车道中心线位置点的空间坐标，其中，步长t按以下算法确定：
Figure FDA0003163712900000021
式中：其中t为车道中线采样步长，L为路线直线长度；Ls为缓和曲线长度，R为曲线半径，v为设计速度。
5.根据权利要求1所述的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，其特征在于，在步骤S4中，所述关键信息为描述BIM模型各部分构件的特征值，包括交通工程设施，如标志、标牌、标线、护栏、防眩板、机电设施；土建工程模型，如桥梁、隧道洞门、挡土墙；沿线建筑模型以及沿线景观模型，如行道树，根据关键句段从FDB模型中筛选出上述模型，输出为FBX/OBJ/DAE格式的三维模型，并记录模型的位置信息。
6.根据权利要求1所述的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，其特征在于，在步骤S5中，所述自然环境是指利用LandXML格式的道路工程信息模型中的地形数据，构建道路走廊带的三维地形环境；所述道路工程指道路平面、纵面和横断面的布设。
7.根据权利要求1所述的基于BIM的道路驾驶模拟环境建立方法，其特征在于，在步骤S6中，所述场景对象模型是指交通工程设施，如标志、标牌、标线、护栏、防眩板、机电设施；土建工程模型，如桥梁、隧道洞门、挡土墙；沿线建筑模型以及沿线景观模型，如行道树，所有模型的位置由设计指定和记录，实现快速布置。
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