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

Y1Y2

∃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