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基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真

基于V issi m 的驾驶模拟系统交通流仿真3

高 晶 熊 坚 秦雅琴 万华森

(昆明理工大学 昆明650224)

摘 要 在道路交通驾驶模拟系统开发平台的基础上,加载动态车流,以实现交通流的真实性,利用V issi m 的交通流仿真功能,通过编程语言V C 对驾驶模拟系统与V issi m 的接口进行了研究,实现了道路交通驾驶模拟系统的交通流仿真,并通过实例验证了这一方法的有效性和实用性。

关键词 微观交通流;仿真;V issi m ;接口中图法分类号:U 491.1 文献标识码:A

收稿日期:2006211217;修改稿收到日期:2007204203 3云南省交通建设科技项目资助(批准号:[T ST (2003)

811203C ])

0 引 言

驾驶模拟系统研究的一个关键技术是虚拟视

景的生成,而视景又可分为静态和动态视景。静态视景包括山体、房屋、树木等;动态视景包括交通流、行人等。对驾驶模拟系统加载动态交通流可以采用加载固定路径的车流,即事先确定各车的行驶轨迹。这种方法具有一定的方便性和可操作性,但缺乏动态交通流的真实性。本文利用现有的微观交通流仿真软件V issi m 的交通流仿真模型,通过接口研究,将该软件的交通流数据输入到驾驶模拟系统上,实现了驾驶模拟系统的交通流仿真。

1 驾驶模拟器的视景系统

笔者研制的驾驶模拟系统主要由驾驶舱、主计算机控制系统、驾驶员视景模拟系统和多媒体声响模拟系统组成,可对真实路段的交通状况进行实时模拟,还可以对设计中的道路交通环境进行模拟。研究内容包括:道路交通安全性评价、交通流动态模拟控制、驾驶员行为特性、交通事故再现、汽车性能的改善等交通问题。驾驶员视景是驾驶模拟系统的重要组成部分,因为人们对事物的感知有80%来自于视觉。所以驾驶模拟系统的关键技术之一是道路交通视景的生成。驾驶模拟系统的视景系统通过建模、纹理和光照等图像技术处理,给驾驶员提供了1个包括道路、交通设施、建筑、车辆、自然景观等的虚拟驾驶场景,使操纵者产生“沉浸”感和“交互”感,有

一种“身临其境”的实车驾驶的体验。为了满足这种真实感,动态视景的生成显得格外重要,特别在研究交通流动态特征、驾驶员行为特性和道路交通安全性评价等方面更具客观性。而动态视景的主体是交通流。在系统开放的环境下,如果将动态视景的数据从外部接口输入,就实现驾驶模拟系统交通流的仿真。

2 驾驶模拟系统交通流仿真接口研究

2.1 V issi m 的交通流仿真模型

V issi m 是由德国PTV 公司开发的微观交通

流仿真系统。交通流仿真一般应包括3个方面,即:仿真车辆的选择、仿真交通流模型及仿真评价结果。V issi m 的交通流仿真主要从以下3个方面来实现。

首先,V issi m 中有丰富的车辆类型,除了默认的车辆类型(car ,H GV ,bu s ,tram ,b ike ,p edestrian ),还可以创建新的或修改已有的车辆

类型,可以和驾驶模拟系统中的车辆模型相对应。对应关系见表1。

表1 V issi m 车辆类型和驾驶模拟系统

车辆模型号m odelI D 对应关系表

车辆类型

modelI D

Car 501,502,503,505,510,511

H GV 560Bu s 520Pedestrian 216B ike

580

其次,V issi m 描述交通行为的模型采用威德曼的基于驾驶员生理2心理过程的行为阈值模型。迄今为止,在众多交通行为模型中,它是最贴近实

际也是应用最成功的。德国卡尔斯鲁厄技术大学

在许多的领域中对这个模型进行了校验。

最后,V issi m提供了多种类型的评价功能,评价数据既可以在仿真和测试运行中实时显示,也可以输出文本文件。在仿真运行过程中,被激活的评价类型将根据用户的定义和配置,生成相应的评价数据输出文件,这为研究交通流的特性提供了精确的数据。

V issi m是世界上少有的几个同时综合了城市道路和高速公路、常规交通和公交等一系列交通情形的微观仿真模型,拥有全面的车辆驾驶行为,并且能对仿真结果进行全面分析和有效展示[3],基于这样的特点,选择V issi m作为交通流仿真接口研究的工具。

2.2 驾驶模拟系统的交通流仿真接口研究

交通流仿真的接口设计可以分2步来实现:①道路转换。将驾驶模拟系统中生成的道路视景数据通过1个接口转换到V issi m中;②交通流转换。在V issi m微观仿真环境下,在已经转换好的道路上加载车流,将交通流实时仿真的各项参数记录下来,再通过1个接口转换成驾驶模拟系统动态视景文件,使驾驶模拟系统生成交通流。

2.2.1 道路转换

由于驾驶模拟系统中道路视景是根据公路勘测设计院提供道路数据库计算生成的,因此通过读取数据库中的相关数据,例如中桩点的坐标值(E坐标、N坐标、改正高程)、方位角、路宽等参数,找到转换关系,计算出V issi m生成道路所需要的参数。

V issi m中的道路特点是由路段L ink和连接器Connecto r连接而成的,且通过确定道路的中点坐标值便可生成1条道路,基于这样的特点,根据数据库中给出的中桩点的参数,通过以下计算便可求出V issi m中道路的中点坐标。

图1中Y1Y2、Z1Z2之间距离代表以行进方向为准的驾驶模拟系统右侧、左侧路块宽度,路块宽度是左侧路缘带、车道宽和右侧硬路肩宽度之和,并且规定,中桩线右侧的路宽为正,左侧的路宽为负;Z1Y1之间距离代表中央隔离带宽度;P、Q分别为右、左车道中点;方位角Α为中桩切线与N轴的夹角;?Z2、?Y2分别为左、右路块边缘点与中桩点的高程差;?h为车道中点与中桩点的高程差。以计算右侧道路中点P为例,公式如下:

x Y i=x i-X+l co s Α

y Y i=y i-Y-l sin Α

z Y i=z i-Z+?h,其中:?h=

Y1P

基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真

Y1Y2

基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真

?Y2

式中:X,Y,Z为道路的坐标原点;l为路块宽度,当计算左侧车道中点Q坐标值时,l取负值即可。图2为道路转换接口程序的流程图。通过道路数据转换接口,与驾驶模拟系统中完全相同道路——包括道路线形及坐标,就可以在V issi m中自动生成了。

图1 计算道路中点坐标

图2 道路转换流程图

2.2.2 交通流转换

通过道路转换接口程序,在V issi m中就以路网的形式生成了转换的道路,在V issi m微观仿真的环境下加载车流进行仿真,交通流的实时变化参数便被保存到V issi m的车辆记录评价文件中。根据驾驶模拟系统加载动态视景所需参数,在V issi m评价文件中选择输出车辆编号、类型、开始加载时间、仿真步长点坐标、速度和停留时间等参数。

由于驾驶模拟系统加载动态视景需要1个动

态视景文件和1个路径文件夹,因此分2步进行数据转换。

动态视景数据文件所需参数如下:

tex I D ,modelI D ,startT i m e ,pathfile

-1,车辆模型号,起动时间,动态视景运行路径文件

驾驶模拟器中有丰富的车辆模型,轿车、吉

普、客车、货车、出租车、摩托车和自行车等。V issi m 与驾驶模拟器车辆模型对应关系见表1。

生成动态视景数据文件流程图如图3

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基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真

基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真

图3

 生成动态视景文件流程图

基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真

路径文件夹记录各个车辆的行驶路径,即记录每个仿真步长各个车辆的位置坐标x ,y ,z 及相应参数。路径文件夹下为文本文件,如:car 1.tx t ,H GV 2.tx t ...car 和H GV 均为V issi m 交通流仿真结果里的车辆类型,数字1、2则为车辆编号,文本文件car 1.tx t 记录了类型为car 编号为1

的车辆在仿真过程中的行驶路径,文本文件2.tx t 记录了类型为H GV 编号为2的车辆在仿真过程中的行驶路径。生成路径文件夹流程图如图4所示。

基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真

基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真

图4 生成路径文件夹流程图

3 应用实例

作为应用实例,作者选择安楚高速公路三合

同路段作为研究对象进行交通流仿真。安楚高速公路起于安宁市和平村,止于楚雄市达连坝,主线全长129.93km ,为双向6车道。基于V issi m 3.70版本限定道路坐标范围是10km ×10km ,因此对于超过此范围的路段采取分段转换。在昆明理工大学道路交通模拟系统平台上生成的该路段的三维视景,如图5所示。首先,应

用本文研

究的V issi m 与模拟器的道路数据转换接口,读入该路

段的数据库,进行位置标定;通过数据自动转换,

在V issi m 中重现该路段,如图6所示。

图5 驾驶模拟系统中道路三维视景

图6 V issi m 中生成的道路

当该路段的数据转换完成之后,再进行交通

流的参数设置,如交通流组成、相应车流百分比及车速分布,确定相关交通流模型,完成标定后,在V issi m 上进行交通流仿真,

如图7所示,得到仿真结果即V issi m 车辆记录文件。最后,通过上述交通流数据转换接口,将V issi m 中的得到的交通流仿真结果转换到驾驶模拟系统平台上,如图8所示。

应用该方法实现了道路交通驾驶模拟器中动

图7 V issi m 中交通流仿真结果

图8 驾驶模拟系统生成交通流

态交通流的生成,为驾驶模拟系统的应用提供了更为真实的虚拟实验场景,同时也为利用驾驶模拟系统研究道路交通的拥堵、安全提供了可行性。

4 结 论

本文利用了V issi m软件的交通流模型及仿真优势,通过道路数据转换接口及交通流数据转换接口的研究,实现了在驾驶模拟系统上的动态交通流仿真,使驾驶模拟系统具有更接近真实的道路交通动态环境,为该模拟系统作为科学工具的应用奠定了基础。

参考文献

[1] 熊 坚,曾纪国,丁 力,等.面向道路交通的汽车

驾驶模拟器的开发及应用.中国公路学报,2002,15

(2):1172119

[2] 史其信.智能交通系统评价技术与方法.北京:中国

铁道出版社,2005

[3] 刘运通.交通系统仿真技术.北京:人民交通出版

社,2002

[4] 吴娇蓉.交通系统仿真及应用.上海:同济大学出版

社,2004

[5] 罗 霞.高等级公路交通流理论.成都:西南交通大

学出版社,1999

[6] 王殿海.交通流理论.北京:人民交通出版社,2002

Traff ic Flow Si m ula tion of D r iv i ng Si m ula tion System Ba sed on V issi m

GAO J i ng X I ONG J i an QIN Yaq i n W AN Hua sen

(K unm ing U n iversity of S cience and T echnology,K unm ing650224,Ch ina)

Abstract:Based on the exp lo itati on p latfo rm of road traffic driving si m u lati on system,the traffic flow si m u lati on functi on of V issi m w as u sed to load dynam ic traffic flow in the road traffic scene.T he in terface betw een driving si m u lati on system and V issi m w as researched on by p rogramm ing language V C,w h ich realized the traffic flow si m u lati on on road traffic driving si m u lati on system.A n examp le w as p resen ted to verify the validity and p racticab ility of th is m ethod.

Key words:m icroco s m ic traffic flow;si m u lati on;V issi m;in terface

(上接第125页)

Quan tita tive Ana lysis of Tran sporta tion Externa l Cost i n Harb i n C ity

GAO T i ngti ng X ING Yanyun

(T ianj in U n iversity of T echnology and E d uca tion,T ianj in300222,Ch ina)

Abstract:F irst,the ex ternal co sts of several common tri p modes in the cities,including w alk ing,b icycle, mo to rcycle,bu s,car and tax i w ere researched on quan titatively.T hen,the u rban traffic tri p co st calcu lati on m ethods and models w ere estab lished respectively.T he investigati on in H arb in C ity p rovided the scien tific basis fo r the traffic and tran spo rtati on po licy2m ak ing and the rati onal u tilizati on of resou rces in o rder to p romo te the su stainab le developm en t of u rban areas.

Key words:u rban traffic;ex ternal co st;quan tizati on

基于Vissim的驾驶模拟系统交通流仿真