法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2017-08-11
授权
授权
2017-08-04
著录事项变更 IPC(主分类):G08G1/00 变更前: 变更后: 申请日:20150612
著录事项变更
2015-12-09
实质审查的生效 IPC(主分类):G08G1/00 申请日:20150612
实质审查的生效
2015-11-11
公开
公开
技术领域
本发明涉及交通仿真和计算机图形学的技术领域，具体涉及一种车辆运动模 拟中交通故障的建模方法。
背景技术
车辆运动模拟是城市场景建模中的一项重要组成部分。大量三维虚拟仿真中 都需要融入逼真的车辆运动模拟效果，如virtualearth,cityengine,citylife等应用 软件及游戏。因此，随着计算机图形学技术的迅速发展，车辆运动模拟技术吸引 了越来越多学者的研究。
车辆运动中会产生各种类型的交通故障，如线路设施受到破坏造成线路封 闭等一些由线路引发的交通故障；还如车辆抛锚、连环相撞等一些由车辆引发的 交通故障。现有的车辆运动模拟技术中，尚无一种对这些故障的统一建模方式， 即需要针对不同的故障采用不同的方法，并且各种方法都存在一定的弊端。首先， 对于由线路引发的交通故障，现有方法一般通过关闭街道、设置信号灯等线路属 性控制生成。这种方法适合用于持续时间较长的故障，对于临时故障，需要在模 拟过程中频繁地修改静态路网线路数据，这样不仅不利于线路数据的维护，也会 降低模拟效率。另外，对于由车辆引发的交通故障，现有方法一般采用单独控制 的手段实现事故车辆运动状态的控制，这种方法需要每帧都要对事故车辆单独进 行控制，繁琐且不利于交互编辑。
如何采用一种统一的方法来建模各种交通故障，从而方便车辆运动模拟过程 中对各种交通故障的各种编辑和修改，这一问题一直没有得到很好的解决。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术在车辆运动模拟中缺乏统一的方便用户编辑 的交通故障建模方法，提供了一种车辆运动模拟中交通故障的建模方法，通过对 各种交通故障的分析，采用影子交通车辆建模各种交通故障，应用时，通过修改 影子车辆的属性，实现了各种交通故障的编辑和修改。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种车辆运动模拟中交通故障的 建模方法，其步骤如下：
1.交通故障强度建模：采用空间强度、时间强度和状态强度来刻画交通故障 属性，将交通故障属性转化为可以度量的值来刻画；
2.交通故障强度与影子车辆状态关系建模：将交通故障强度转化为影子车辆 的数目、位置、生命周期和速度，从而借用影子车辆的生成和消亡来刻画故障的 产生和清除；
3.基于影子车辆的车辆运动模拟：将影子车辆的运动和现有车辆运动模拟模 型模拟的车辆运动相结合，使得影子车辆参与到整个路网内车辆运动模拟中。
所述空间强度、时间强度和状态强度的建模方法是：
1)空间强度由交通故障涉及到的路网车道数目以及所涉及车道上占据的里 程范围决定，空间强度α为：
其中，n表示交通故障涉及到的路网内车道总数目，Ni表示第i条故障车道 的车道编号，0<＝i<＝n；表示编号为Ni的车道上的交通故障空间强度；和分别表示交通故障在第Ni条车道上占据的区域起点、终点里程值；
2)时间强度由交通故障的持续时长决定，时间强度β为：
β＝μT(2)
其中，T表示交通故障持续的时长，μ表示故障结束后交通恢复时长的参数， 为不小于1的常数；
3)状态强度由交通故障发生前后道路通行能力的比值决定；由于同一交通故 障会对不同车道造成不同的影响，一起交通故障的状态强度定义为该交通故障涉 及的所有车道Ni，0<＝i<＝n上状态强度的并集，则状态强度γ为：
其中，表示编号为Ni的车道上的交通故障状态强度，表示事故发 生后车道Ni上的通行速度，表示交通畅行时车道Ni上的通行速度。
所述影子车辆的数目、位置、生命周期和速度与交通故障强度的关系分别为：
1)影子车辆的数目M由交通故障的空间强度α决定，令影子车辆数目M为 交通故障占据的里程值和最小安全车间距的比值：
其中，φ1为空间强度α和影子车辆的数目M之间的映射关系，L表示交通 最小安全车距，表示向下取整；
2)影子车辆位置指的是M辆影子车辆中每辆车的具体位置信息，由交通故 障的空间强度决定：在所有故障发生的车道Ni，0<＝i<＝n上从交通故障占据区域 的起点里程至终点里程之间以最小安全车距L为间隔均匀放置影子 车辆；若当前间隔内已有车辆，则将该车辆标识为带标记的影子车辆并计入影子 车辆总数目中；
3)影子车辆的生命周期指的是车辆运动模拟中影子车辆参与或被干预的时 长，由交通故障时间强度β决定：令影子车辆生命周期τ和交通故障时间强度β 之间的映射关系为φ2，通常影子车辆的生命周期τ等于当前交通故障时间强度β 值：
τ＝φ2(β)＝β(5)
4)影子车辆的速度v指的是影子车辆在生命周期τ内的运行速度，由交通故 障的状态强度γ决定；令交通故障的状态强度和车辆速度之间的映射关系为φ3， 则
v＝φ3(γ)＝vj_free*γj(6)
其中，j表示当前影子车辆所在的车道编号，即影子车辆位于 事故车道上；vj_free表示交通畅行时，在编号为j的车道上交通通行速度，γj表 示该车道上的交通状态强度。
所述车辆运动模拟中对非影子车辆和影子车辆的状态进行更新的方法如下：
1)非影子车辆根据当前选用的车辆运动模拟为跟车模型，计算得出的速度 进行位置状态更新；
2)位于生命周期内的影子车辆根据v＝φ3(γ)＝vj_free*γj进行速度、位置更 新；
3)生命周期结束的影子车辆：
a)若为带标记的影子车辆，则将该影子车辆变为非影子车辆继续进行位置 状态更新；
b)若为不带标记的影子车辆，则删除该影子车辆，影子车辆个数随之减少。
所述交通最小安全车距L的取值为5m。
本发明的有益效果在于：
1.将对交通故障的刻画转化为对影子车辆状态的刻画，使得任何形式的交通 故障都可以统一、方便的建模。
2.将影子车辆的运动和整个路网内车辆的运动相结合，通过修改影子车辆的 各种属性来编辑各种交通故障，提高了模拟过程中的交互性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
图1为本发明的流程图。
图2为本发明交通故障强度和影子车辆的状态关系示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种车辆运动模拟中交通故障的建模方法，包括交通故障强度 建模、交通故障强度与影子车辆状态关系建模以及基于影子车辆的车辆运动模拟 三部分。
1.交通故障强度建模
交通故障强度建模主要采用空间强度、时间强度和状态强度来刻画交通故障 属性，将交通故障属性转化为可以度量的值来刻画。
1)空间强度指的是交通故障影响的空间位置范围，由交通故障涉及到的路 网车道数目以及所涉及车道上占据的里程范围决定，即空间强度α为：
其中，n表示交通故障涉及到的路网内车道总数目，Ni表示第i条故障车道 的车道编号，0<＝i<＝n。表示编号为Ni的车道上的交通故障空间强度， 和分别表示交通故障在第Ni条车道上占据区域的起点、终点里程值，此处 占据的区域即交通故障的发生区域。
2)时间强度指的是交通故障影响的时间范围，由交通故障的持续时长决定， 时间强度β为：
β＝μT(2)
其中，T表示交通故障持续的时长，μ表示故障结束后交通恢复时长的参数， 为不小于1的常数。若故障结束后交通立即恢复正常，则μ≡1。
3)状态强度指的是交通故障对道路通行能力的影响力度，由交通故障发生 前后道路通行能力的比值决定。由于同一交通故障会对不同车道造成不同的影 响，所以本发明中，一起交通故障的状态强度定义为该交通故障涉及的所有车道 上状态强度的并集，则状态强度γ为：
其中，表示编号为Ni的车道上的交通故障状态强度，表示事故发 生后车道Ni上的通行速度，表示交通畅行时车道Ni上的交通通行速度。
2.交通故障强度与影子车辆状态关系建模
交通故障强度与影子车辆状态关系建模主要实现了将交通故障强度转化为 影子车辆的状态，从而借用影子车辆的生成和消亡来刻画故障的产生和清除。如 图2所示，将交通故障强度映射为影子车辆的数目、位置、生命周期以及速度四 项。各项与交通故障强度的关系分别为：
1)影子车辆的数目M由交通故障的空间强度α决定。设α和M之间的映 射关系为φ1，本发明中令影子车辆数目为交通故障涉及到的里程值和最小安全车 间距的比值，即
其中，L表示交通最小安全车距，实际操作中，L一般取值为5m。表示 向下取整。
影子车辆位置指的是上述M辆影子车辆中每辆车的具体位置信息。影子车 辆位置同样由交通故障的空间强度决定。本发明中，我们根据故障的空间强度， 在所有故障发生的车道上从故障占据起点里程至终点里程之间以最小安全车距 L为间隔均匀放置影子车辆。需要指出的是，若当前间隔内已有车辆，则将该车 辆标识为带标记的影子车辆并计入影子车辆总数目中。此处带标记的意义仅用来 做后续将该影子车辆恢复为非影子车辆的标记。
2)影子车辆的生命周期指的是车辆运动模拟中影子车辆参与或被干预的时 长，也可理解为交通故障对影子车辆状态影响的持续时长，由交通故障时间强度 β决定。令影子车辆生命周期为τ，β和τ之间的映射关系为φ2。本发明中认为 影子车辆的生命周期等于当前交通故障的时间强度值，即
τ＝φ2(β)＝β(5)
3)影子车辆的速度指的是上述影子车辆在生命周期内的运行速度，由交通 故障的状态强度γ决定。令交通故障的状态强度和车辆速度之间的映射关系为 φ3，则
v＝φ3(γ)＝vj_free*γj(6)
其中，v表示当前车辆速度，j表示当前影子车辆所在的车道编号， 即影子车辆位于事故车道上，vj_free表示编号为j的车道上在交通畅 行时的通行速度，γj表示该车道上的交通状态强度。
3.基于影子车辆的车辆运动模拟
基于影子车辆的车辆运动模拟实现了将影子车辆的运动和现有的车辆运动 模拟模型模拟的车辆运动相结合，使得影子车辆参与到整个路网内车辆运动模拟 中。具体实现方法如下：
车辆运动模拟中，若有交通故障产生，根据步骤1和2生成影子车辆的数目、 位置、生命周期和速度。每个仿真步长内对包括非影子车辆和影子车辆的所有车 辆速度、位置等状态进行更新。根据不同的精度需求仿真步长可以选取不同的值， 用于三维虚拟交通仿真中时为了保证更好的可视化效果一般取值为40ms。各类 车辆状态的更新方法如下：
1)非影子车辆根据当前选用的车辆运动模拟模型，通常为跟车模型，计算 得出的速度，将该值和仿真步长相乘得出单个步长内的行驶距离，从而 对非影子车辆位置进行更新；
2)位于生命周期内的影子车辆根据交通故障强度与影子车辆状态关系建模 过程中对影子车辆的速度、位置进行更新；
3)生命周期结束的影子车辆：
a)若为带标记的影子车辆，则将该影子车辆变为非影子车辆继续根据1)进 行位置状态更新；
b)若为不带标记的影子车辆，则删除该影子车辆，影子车辆个数随之减少。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
机译： 在交通网络中引导车辆交通的方法，包括协调交通网络中的交通，以使选定路线上的交通量流量不超过交通故障概率的可确定值。
机译： 通过人体运动建模设备进行工作计划的方法，包括执行真实人体运动，确定真实人体运动的图像，然后在运动模拟模型中传递图像
机译： 用于无线电网络，业务流分析和模拟中对象运动的无线电网络模拟方法，涉及覆盖蜂窝无线电网络，该网络由模拟区域中的voronoi-cell多边形建模
