CN113761618B - 一种基于实数据的3d仿真道路网自动化构建方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法及系统，其方法包括：获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取经纬度信息、坡度信息和道路标识信息；根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息；根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网。本发明利用真实的高精度道路网数据，构建的3D道路模型高度还原真实场景，无需人工手动对仿真场景进行调整，实现道路3D场景的自动化生成和优化。
Description
技术领域
本发明属于交通仿真领域，具体涉及一种基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法及系统。
背景技术
目前，关于道路仿真通常有两种途径：一种是利用高精度地图中的车道或道路信息，自动地生成目标地图范围内的交通仿真网；另一种是基于BIM(Building InformationModel，建筑信息模型)和VR(Virtual Reality，虚拟现实)的方式构建场景；前者侧重生成目标地图范围内的交通仿真网，后者侧重生成VR的场景构建，两种道路仿真方法虽然高度还原道路中的元素，但与真实道路仍有不少差距，而VR构建过程中需要人工进行建模和相关场景的优化，效率低，成本高，不利于自动化。
发明内容
为提高道路3D仿真的真实程度和自动化程度，在本发明的第一方面，提供了基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法，包括：获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取经纬度信息、坡度信息和道路标识信息；根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息；根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息包括：将经纬度信息转换为左手坐标系信息；将经纬度信息中的每个坐标点与其对应的坡度信息进行匹配；根据所述左手坐标系信息，以及匹配后的每个坐标点与其对应的坡度信息构建四维向量。
进一步的，所述根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网包括如下步骤：根据所述四维向量生成3D仿真道路网的样条线；利用道路标识信息将样条线插入预设的3D道路模型中；对所述3D道路模型构成的道路网进行衔接优化；构建3D仿真道路网的道路标识模型。
优选的，所述对所述3D道路模型构成的道路网进行衔接优化包括如下步骤：确定两段道路衔接点的切线一致；确定两段道路衔接点的高度一致；确定两段道路衔接点的旋转一致。
优选的，所述构建3D仿真道路网的道路标识模型包括如下步骤：根据道路标识信息以及对应的四维向量生成每个道路标识模型的样条线；将每个道路标识模型的样条线插入到对应的道路标识模型中。
在上述的实施例中，所述获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取道路标识信息包括：从高精度地图数据获取道路网构建信息；根据所述道路网构建信息对每段道路进行标识。
本发明的第二方面，提供了一种基于实数据的3D仿真道路网自动化构建系统，包括获取模块、确定模块、生成模块，所述获取模块，用于获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取经纬度信息、坡度信息和道路标识信息；所述确定模块，用于根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息；所述生成模块，用于根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网。
进一步的，所述确定模块包括转换单元、匹配单元、构建单元，所述转换单元，用于将经纬度信息转换为左手坐标系信息；所述匹配单元，用于将经纬度信息中的每个坐标点与其对应的坡度信息进行匹配；所述构建单元，用于根据所述左手坐标系信息，以及匹配后的每个坐标点与其对应的坡度信息构建四维向量。
本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明第一方面提供的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法。
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面提供的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过3D仿真软件(例如unreal engine4)强大的渲染能力，利用高精度道路数据，通过计算机自动生成3D模型，将道路以3D可视化的展现，其构建出来的道路网模型可以从各个角度进行查看(道路通行方向、位置、横坡、纵坡都和真实的道路相同)；
2.本发明通过真实道路数据中坡度、道路标识信息的导入和仿真，提高了道路网3D仿真的逼真程度；
3.通过道路网衔接的优化克服道路之间衔接的问题。
附图说明
图1为本发明的一些实施中的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法的基本流程示意图；
图2为本发明的一些实施中的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法的具体流程示意图；
图3为本发明的一些实施中的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建系统的结构示意图；
图4为本发明的一些实施中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参考图1与图2，在本发明的第一方面，提供了基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法，包括：S100.获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取经纬度信息、坡度信息和道路标识信息；S200.根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息；S300.根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网。
在本发明的一些实施例的步骤S200中，所述根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息包括如下步骤：S201.将经纬度信息转换为左手坐标系信息；S202.将经纬度信息中的每个坐标点与其对应的坡度信息进行匹配；S203.根据所述左手坐标系信息，以及匹配后的每个坐标点与其对应的坡度信息构建四维向量。
具体地，步骤S201包括：WGS84坐标信息转墨卡托坐标系；墨卡托坐标转换成UE4中的左手系；左手系坐标平移(使道路网中心与UE4世界中心坐标重合)；由经纬度转换出来的墨卡托坐标系的数值会很大，需要将其平移变换，才能在UE4的虚拟空间的世界中心显现，具体过程如下：寻找路网中心点；以路网中心点的墨卡托坐标系为差量，将路网中的所有点进行平移；右手系坐标转换为UE4中的左手系坐标。
上述WGS84基于UTM(Universal Transverse Mercator，通用横轴墨卡托投影)的地心坐标系，地心坐标系是以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系，通常分为地心空间直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和地心大地坐标系(以B，L，H为其坐标元素)。可选的，上述WGS84坐标可替换为CGCS2000等其他地心坐标系。
可以理解，高精度地图数据中的经纬度之间的差距很小，不能用来构建模型，因此必须将经纬度转换到直角坐标系中，上述实施例中选用的是墨卡托坐标系，该坐标系可以很好的在平面上还原出经纬度的位置；同样地，墨卡托坐标系可替换为可对经纬度转换为直角坐标系的坐标系。
步骤S202包括：(1)经纬度坐标点与横向坡度、纵向坡度的匹配；(2)横向坡度转换成旋转角度。
步骤S203包括：(1)经纬度作为X，Y坐标；(2)纵向坡度作为Z，横向坡度作为Rolls道路旋转偏量。在UE4的世界中构建3D道路网，使用四维向量能准确的还原出需要构建的模型，其四维向量模型为[X，Y，Z，Rolls]；其中，X：经线坐标＊100；Y：纬线坐标＊100；Z：(纵向坡度转换成实际高度)＊100；Rolls：(横向坡度转换成弧度)
进一步的，在步骤S300中，所述根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网包括如下步骤：S301.根据所述四维向量生成3D仿真道路网的样条线；S302.利用道路标识信息将样条线插入预设的3D道路模型中；S303.对所述3D道路模型构成的道路网进行衔接优化；S304.构建3D仿真道路网的道路标识模型。
具体的，在步骤S301中，样条线的生成包括：根据四维向量X，Y，Z生成三维空间中的样条点，然后样条点连接成为样条线；根据四维向量的Rolls赋值给样条点的旋转偏量。
具体的，在步骤S302中，样条线中插入模型包括：根据道路类别标识，查找出对应的模型；将模型插入到样条线的每两个样条点(这样就在UE4(unreal engine4)中创建出了3D的道路模型(包含真实道路的位置、横向坡度、纵向坡度))；相应地，根据每段道路的标识，将从模型库中选取模型，然后插入到对应的样条线中，至此一段道路的构建就完成了，这段道路的位置、纵向坡度以及横向坡度都和真实道路相同。
可以理解，道路网非常复杂且庞大，因此真实的道路数据都会对道路进行切割，所以使用真实数据构建3D仿真路网，是需要克服道路之间衔接的问题，因此，在步骤S303中，所述对所述3D道路模型构成的道路网进行衔接优化包括如下步骤：确定两段道路衔接点的切线一致(UE4中切线位置长短可以控制样条线的形状，进而就能调整道路的形状)；确定两段道路衔接点的高度一致(确保不会出现坑坑洼洼的情况，真实的道路分段也不会再有问题的地方进行分段，因此衔接点的高度必须一致)；确定两段道路衔接点的旋转一致(确保道路的横向坡度是一一对应，不然会使两段道路之间出现裂缝)。
具体的，在步骤S304中，所述构建3D仿真道路网的道路标识模型包括如下步骤：根据道路标识信息以及对应的四维向量生成每个道路标识模型的样条线；将每个道路标识模型的样条线插入到对应的道路标识模型中。
在上述的实施例中，所述获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取道路标识信息包括：从高精度地图数据获取道路网构建信息；根据所述道路网构建信息对每段道路进行标识。道路网构建信息包括一车道(单向或双向)、二车道(单向或双向)还是三车道(单向或双向)、四车道(单向或双向)或者分歧合流点等；标识数据是道路，还是区划线，或者路沿、红绿灯、标识牌等信息。
需要说明的是，上述道路网的3D仿真模型的自动生成均依赖于3D场景仿真构建软件，包括但不限于Epic公司的UE系列(unreal engine4或5)，Unity Technologies公司的Unity3D系列等。
实施例2
参考图3，本发明的第二方面，提供了一种基于实数据的3D仿真道路网自动化构建系统1，包括获取模块11、确定模块12、生成模块13，所述获取模块11，用于获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取经纬度信息、坡度信息和道路标识信息；所述确定模块12，用于根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息；所述生成模块13，用于根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网。
进一步的，所述确定模块12包括转换单元、匹配单元、构建单元，所述转换单元，用于将经纬度信息转换为左手坐标系信息；所述匹配单元，用于将经纬度信息中的每个坐标点与其对应的坡度信息进行匹配；所述构建单元，用于根据所述左手坐标系信息，以及匹配后的每个坐标点与其对应的坡度信息构建四维向量。
实施例3
本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明第一方面提供的方法。
参考图4，电子设备500可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
通常以下装置可以连接至I/O接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图4示出了具有各种装置的电子设备500，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图4中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所描述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD－ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个计算机程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++、Python，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法，其特征在于，包括：
获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取经纬度信息、坡度信息和道路标识信息；
根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息:将经纬度信息转换为左手坐标系信息；将经纬度信息中的每个坐标点与其对应的坡度信息进行匹配；根据所述左手坐标系信息，以及匹配后的每个坐标点与其对应的坡度信息构建四维向量;
根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网。
2.根据权利要求1所述的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法，其特征在于，所述根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网包括如下步骤：
根据所述四维向量生成3D仿真道路网的样条线；
利用道路标识信息将样条线插入预设的3D道路模型中；
对所述3D道路模型构成的道路网进行衔接优化；
构建3D仿真道路网的道路标识模型。
3.根据权利要求2所述的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法，其特征在于，所述对所述3D道路模型构成的道路网进行衔接优化包括如下步骤：
确定两段道路衔接点的切线一致；
确定两段道路衔接点的高度一致；
确定两段道路衔接点的旋转一致。
4.根据权利要求2所述的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法，其特征在于，所述构建3D仿真道路网的道路标识模型包括如下步骤：
根据道路标识信息以及对应的四维向量生成每个道路标识模型的样条线；
将每个道路标识模型的样条线插入到对应的道路标识模型中。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法，其特征在于，所述获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取道路标识信息包括：
从高精度地图数据获取道路网构建信息；
根据所述道路网构建信息对每段道路进行标识。
6.一种基于实数据的3D仿真道路网自动化构建系统，其特征在于，包括获取模块、确定模块、生成模块，
所述获取模块，用于获取待仿真道路网的高精度地图数据，从其中提取经纬度信息、坡度信息和道路标识信息；
所述确定模块，用于根据所述经纬度信息、坡度信息和道路标识信息确定待仿真道路网的3D仿真信息:将经纬度信息转换为左手坐标系信息；将经纬度信息中的每个坐标点与其对应的坡度信息进行匹配；根据所述左手坐标系信息，以及匹配后的每个坐标点与其对应的坡度信息构建四维向量;
所述生成模块，用于根据所述3D仿真信息自动生成3D仿真道路网。
7.一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至5中任一项所述的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法。
8.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的基于实数据的3D仿真道路网自动化构建方法。
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