道路交通科技大賽作品申報(bào)書-文庫吧
2025-07-19 07:09 本頁面
【正文】 塊、道路模型構(gòu)建模塊、線形方案評價(jià)模塊等構(gòu)成，其中虛擬環(huán)境構(gòu)建模塊基于數(shù)字地面高程和數(shù)字影像構(gòu)建道路設(shè)計(jì)虛擬環(huán)境，是完成道路線形仿真設(shè)計(jì)的信息來源和基礎(chǔ)；線形計(jì)算模塊基于群體智能算法實(shí)現(xiàn)線形方案的自動(dòng)生成，以導(dǎo)線法和積本法為核心算法，保證設(shè)計(jì)過程中線形方案三維模型的準(zhǔn)確性；人機(jī)交互模塊基于OpenGL圖像驅(qū)動(dòng)技術(shù)的拾取與反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)線形控制交點(diǎn)的交互式編輯。道路模型構(gòu)建模塊基于OpenFlight類庫，實(shí)現(xiàn)道路仿真模型的快速構(gòu)建，與線形計(jì)算模塊、人機(jī)交互模塊協(xié)同工作以保障線形設(shè)計(jì)過程中，人機(jī)交互及設(shè)計(jì)效果的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確呈現(xiàn)；通過各模塊間的協(xié)同工作構(gòu)建的原型系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。 系統(tǒng)中主要模塊的實(shí)現(xiàn)原理如下：1）三維虛擬選線環(huán)境構(gòu)建①基于DEM和衛(wèi)片紋理構(gòu)建虛擬地形環(huán)境，基于公路勘測理論，準(zhǔn)確計(jì)算公路各組成部分的三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)公路與地形模型的準(zhǔn)確銜接。②基于OPENGL視景驅(qū)動(dòng)技術(shù)，采用多線程和視圖分割編程方法，開設(shè)四個(gè)線程，實(shí)現(xiàn)公路二維和三維線形方案的實(shí)時(shí)顯示。三維虛擬選線環(huán)境是線形方案的呈現(xiàn)平臺，同時(shí)也是線形方案的交互編輯和評價(jià)入口，三維虛擬選線環(huán)境實(shí)現(xiàn)原理如圖2圖2. 虛擬選線平臺構(gòu)建原理2） 線形方案生成基于上述構(gòu)建的虛擬選線平臺，通過線形方案自動(dòng)生成和人機(jī)交互相結(jié)合的方式確定線形方案。 基于DTM，綜合運(yùn)用最優(yōu)路徑算法，蟻群算法，遺傳算法，自動(dòng)快速生成公路的平、縱、橫線形，實(shí)現(xiàn)原理如圖2。 基于上述構(gòu)建的虛擬選線平臺，選線人員通過定量與定性，宏觀與微觀相結(jié)合的方式編輯線形方案。圖3. 線形方案自動(dòng)生成3） 線形方案評價(jià)為提高線形方案設(shè)計(jì)質(zhì)量，改變傳統(tǒng)線形方案評價(jià)指標(biāo)單一等缺陷，本系統(tǒng)在保留原有經(jīng)濟(jì)性評價(jià)基礎(chǔ)上，新增線形方案的仿真評價(jià)功能，如圖4。圖4 線形方案仿真評價(jià)基于DTM及上述生成的線形方案，系統(tǒng)快速計(jì)算線形方案的填挖方總量，橋隧量和用地范圍等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。將生成的線形方案生成VISSIM仿真系統(tǒng)可識別的INP數(shù)據(jù)庫格式文件，通過VISSIM仿真提取延誤，燃油經(jīng)濟(jì)性等評價(jià)指標(biāo)。將線形方案的道路和地形模型輸出為OpenFlight仿真模型數(shù)據(jù)庫格式。為駕駛模擬系統(tǒng)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，并進(jìn)一步提取軌跡偏差和速度變化率等評價(jià)指標(biāo)。三、創(chuàng)新點(diǎn)1）三維虛擬環(huán)境下的選線公路選線中，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)環(huán)境不易發(fā)現(xiàn)各種潛在沖突,設(shè)計(jì)效率偏低,且易造成設(shè)計(jì)缺陷，難以滿足公路選線設(shè)計(jì)需求。目前，國內(nèi)外軟成熟的軟件系統(tǒng)（如國內(nèi)的緯地，澳大利亞的曠達(dá)）能實(shí)現(xiàn)二維環(huán)境下的線形設(shè)計(jì)及線形方案的三維效果展示，并未實(shí)現(xiàn)真正意義上的三維選線。本系統(tǒng)綜合運(yùn)用三維建模技術(shù)、地理信息技術(shù)、圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維虛擬環(huán)境下，基于人機(jī)交互的線形方案的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，將真正實(shí)現(xiàn)三維虛擬環(huán)境下的路線平、縱、橫的自動(dòng)化、交互式設(shè)計(jì)。2）自動(dòng)生成和人機(jī)交互相結(jié)合的線形方案設(shè)計(jì)方式盡管我國交通部門已開發(fā)了若干公路路線CAD系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)大多在原有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用CAD系統(tǒng)來提高人工擬定路線后的計(jì)算和繪圖的效率，而對于原始參數(shù)的獲取、線形方案的選擇、設(shè)計(jì)結(jié)果的優(yōu)化和比選，缺乏與選線人員人機(jī)交互式的交流。在傳統(tǒng)選線方法的基礎(chǔ)上，引進(jìn)群體智能算法，既可實(shí)現(xiàn)線形方案的自動(dòng)生成，提高線形方案的設(shè)計(jì)效率，又可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的交互編輯，支持選線人員可視化的線形交互設(shè)計(jì)。3）經(jīng)濟(jì)性和仿真評價(jià)相結(jié)合的線形方案綜合評價(jià)方法傳統(tǒng)選線過程中，選線人員將更多的精力集中在提高線形方案的經(jīng)濟(jì)性，但事實(shí)說明，滿足公路設(shè)計(jì)規(guī)范且經(jīng)濟(jì)性達(dá)標(biāo)的線形方案在實(shí)際運(yùn)行過程中仍然存在較多安全隱患。本系統(tǒng)將在線形方案的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)基礎(chǔ)上，基于Vissim仿真平臺與駕駛模擬系統(tǒng)，提取與交通運(yùn)行相關(guān)的安全性和運(yùn)行評價(jià)參數(shù)，對線形方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真評價(jià)，為設(shè)計(jì)人員的線形方案決策提供可靠依據(jù)，從而提高線形方案的經(jīng)濟(jì)性和安全性。四、技術(shù)關(guān)鍵1）視景驅(qū)動(dòng)技術(shù)及大地形實(shí)時(shí)調(diào)度和渲染技術(shù)本系統(tǒng)基于OPENGL圖形庫，基于Visual C++和OpenGL設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了三維場景渲染系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性好、延遲性低、圖像質(zhì)量穩(wěn)定，逼真度高的場景效果。為可視化道路選線提供逼真的三維環(huán)境。2）基于群體智能算法的公路最優(yōu)線形方案生成①本系統(tǒng)利用具有全局大范圍的搜索能力遺的傳算法，優(yōu)化道路平面線形，通過優(yōu)勝劣汰的方式獲得道路平面線形的最優(yōu)解。②本系統(tǒng)采用基于蟻群算法的縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在初始縱斷面方案基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蟻群算法在縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，解決了縱斷面連續(xù)優(yōu)化的問題。3）線形方案的VISSIM和OpenFlight數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)道路模型構(gòu)建模塊基于OpenFlight類庫，實(shí)現(xiàn)道路仿真模型的快速構(gòu)建，系統(tǒng)將線形方案轉(zhuǎn)換成VISSIM仿真道路，為后續(xù)公路仿真評價(jià)奠定基礎(chǔ)。五、技術(shù)指標(biāo)1）交互實(shí)時(shí)
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