道路交通科技大賽作品申報書-文庫吧
2025-07-19 07:09 本頁面
【正文】 塊、道路模型構建模塊、線形方案評價模塊等構成，其中虛擬環(huán)境構建模塊基于數(shù)字地面高程和數(shù)字影像構建道路設計虛擬環(huán)境，是完成道路線形仿真設計的信息來源和基礎；線形計算模塊基于群體智能算法實現(xiàn)線形方案的自動生成，以導線法和積本法為核心算法，保證設計過程中線形方案三維模型的準確性；人機交互模塊基于OpenGL圖像驅動技術的拾取與反饋機制，實現(xiàn)線形控制交點的交互式編輯。道路模型構建模塊基于OpenFlight類庫，實現(xiàn)道路仿真模型的快速構建，與線形計算模塊、人機交互模塊協(xié)同工作以保障線形設計過程中，人機交互及設計效果的實時準確呈現(xiàn)；通過各模塊間的協(xié)同工作構建的原型系統(tǒng)功能架構如圖1所示。 系統(tǒng)中主要模塊的實現(xiàn)原理如下：1）三維虛擬選線環(huán)境構建①基于DEM和衛(wèi)片紋理構建虛擬地形環(huán)境，基于公路勘測理論，準確計算公路各組成部分的三維坐標，實現(xiàn)公路與地形模型的準確銜接。②基于OPENGL視景驅動技術，采用多線程和視圖分割編程方法，開設四個線程，實現(xiàn)公路二維和三維線形方案的實時顯示。三維虛擬選線環(huán)境是線形方案的呈現(xiàn)平臺，同時也是線形方案的交互編輯和評價入口，三維虛擬選線環(huán)境實現(xiàn)原理如圖2圖2. 虛擬選線平臺構建原理2） 線形方案生成基于上述構建的虛擬選線平臺，通過線形方案自動生成和人機交互相結合的方式確定線形方案。 基于DTM，綜合運用最優(yōu)路徑算法，蟻群算法，遺傳算法，自動快速生成公路的平、縱、橫線形，實現(xiàn)原理如圖2。 基于上述構建的虛擬選線平臺，選線人員通過定量與定性，宏觀與微觀相結合的方式編輯線形方案。圖3. 線形方案自動生成3） 線形方案評價為提高線形方案設計質量，改變傳統(tǒng)線形方案評價指標單一等缺陷，本系統(tǒng)在保留原有經(jīng)濟性評價基礎上，新增線形方案的仿真評價功能，如圖4。圖4 線形方案仿真評價基于DTM及上述生成的線形方案，系統(tǒng)快速計算線形方案的填挖方總量，橋隧量和用地范圍等主要經(jīng)濟指標。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)濟性等評價指標。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)應用奠定基礎，并進一步提取軌跡偏差和速度變化率等評價指標。三、創(chuàng)新點1）三維虛擬環(huán)境下的選線公路選線中，傳統(tǒng)的二維設計環(huán)境不易發(fā)現(xiàn)各種潛在沖突,設計效率偏低,且易造成設計缺陷，難以滿足公路選線設計需求。目前，國內外軟成熟的軟件系統(tǒng)（如國內的緯地，澳大利亞的曠達）能實現(xiàn)二維環(huán)境下的線形設計及線形方案的三維效果展示，并未實現(xiàn)真正意義上的三維選線。本系統(tǒng)綜合運用三維建模技術、地理信息技術、圖像處理技術，實現(xiàn)三維虛擬環(huán)境下，基于人機交互的線形方案的實時動態(tài)顯示，將真正實現(xiàn)三維虛擬環(huán)境下的路線平、縱、橫的自動化、交互式設計。2）自動生成和人機交互相結合的線形方案設計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)基礎上，利用CAD系統(tǒng)來提高人工擬定路線后的計算和繪圖的效率，而對于原始參數(shù)的獲取、線形方案的選擇、設計結果的優(yōu)化和比選，缺乏與選線人員人機交互式的交流。在傳統(tǒng)選線方法的基礎上，引進群體智能算法，既可實現(xiàn)線形方案的自動生成，提高線形方案的設計效率，又可實現(xiàn)參數(shù)的交互編輯，支持選線人員可視化的線形交互設計。3）經(jīng)濟性和仿真評價相結合的線形方案綜合評價方法傳統(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)濟性，但事實說明，滿足公路設計規(guī)范且經(jīng)濟性達標的線形方案在實際運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)濟性評價基礎上，基于Vissim仿真平臺與駕駛模擬系統(tǒng)，提取與交通運行相關的安全性和運行評價參數(shù)，對線形方案進行動態(tài)仿真評價，為設計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)濟性和安全性。四、技術關鍵1）視景驅動技術及大地形實時調度和渲染技術本系統(tǒng)基于OPENGL圖形庫，基于Visual C++和OpenGL設計并實現(xiàn)了三維場景渲染系統(tǒng)。實現(xiàn)了實時性好、延遲性低、圖像質量穩(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)化設計方法，在初始縱斷面方案基礎上，實現(xiàn)了蟻群算法在縱斷面優(yōu)化設計中的應用，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)結構表達道路模型構建模塊基于OpenFlight類庫，實現(xiàn)道路仿真模型的快速構建，系統(tǒng)將線形方案轉換成VISSIM仿真道路，為后續(xù)公路仿真評價奠定基礎。五、技術指標1）交互實時
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