一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统，该方法包括：构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；对所述城市级路网模型进行渲染；根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。该方法及系统解决了三维城市级路网创建慢、路网模型单一，不符合实际情况等问题，而渲染三维城市级路网算法可以使路网模型和金字塔影像进行无缝连接，直观逼真的再现复杂立体交通网络。微观交通流仿真能计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可为合理利用道路资源提供解决方案。

Method and system for constructing three-dimensional urban road network and microscopic traffic flow simulation

The invention relates to a method for construction of three-dimensional city network and the microscopic traffic flow simulation method and system, the method includes: constructing the city image of Pyramid, according to the outline of the image of Pyramid road construction of the city level road network model; to render to the city level road network model; according to the city level road network model rendering after construction microscopic traffic flow simulation, traffic parameters and characteristics of city road network access level. The method and system to solve the three-dimensional city network create slow, network model is single, do not conform to the actual situation and other issues, and rendering of 3D city network algorithm can make the network model and the Pyramid image seamless connection, lifelike reproduction of complex three-dimensional traffic network. Microscopic traffic flow simulation can calculate the traffic parameters and characteristics of each vehicle. It can clearly describe the dynamic process of traffic state change, and can provide a solution for the rational use of road resources.

【技术实现步骤摘要】
一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统
本专利技术涉及计算机建模和仿真
，尤其涉及一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统。
技术介绍
随着城市化进程的不断发展，交通网络日益发达，高架桥、地铁、地下通道与地面道路交织在一起，呈现出错综复杂的立体交通网络，二维平面图已经很难直观的表现出如此复杂的交通特性，因此，三维可视化技术应运而生。交通是城市发展的产物，交通工具的快速发展，造成道路负荷越来越重。因此，如何减轻道路压力、提高运输效率成为交通发展中的重中之重。常用解决方法有两种，一是大力加强道路建设，但需要大量的人力、物力和资金，且土地资源是其最大的制约；二是建设一个高度信息化的交通管理系统，并使该系统成为一套可合理利用道路资源、可实现物流与人流最佳流动的交通解决方案。微观交通仿真模型以跟车模型为基础，追踪每个车辆的移动过程，需要考虑道路横纵断面的变化，交通控制与管理特点的变化，各个车辆的随机性影响，从而计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可以为合理利用道路资源提供解决方案。目前，创建三维城市级路网有两种方式，第一种是使用3DMax软件建模，这种方式需要大量的人力及时间，一旦道路发生变化，则需要重新建模，无法实现道路的动态性变化，且静态模型不具有车辆行驶路径，很难实现逼真的交通流仿真；第二种是使用程序构建路网模型，但是，当前很多软件创建的道路模型，都统一设置成单行道或多行道，这种方式很难实现道路和交叉口的多样行，并在其上实现逼真的交通流仿真。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是，如何提供一种快速创建三维城市级路网及展示道路交通运行状态的方法。为解决以上技术问题，本专利技术提供一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法，包括：构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；对所述城市级路网模型进行渲染；根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。为解决以上技术问题，本专利技术还提供一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真系统，包括：模型构建模块，构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；模型渲染模块，用于对所述城市级路网模型进行渲染；交通仿真模块，用于根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。本专利技术提出的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法及系统，能够加载城市级影像，构建城市级路网模型，并在该路网特定区域实现逼真的微观交通流仿真。该方法及系统解决了三维城市级路网创建慢、路网模型单一，不符合实际情况等问题，而渲染三维城市级路网算法可以使路网模型和金字塔影像进行无缝连接，直观逼真的再现复杂立体交通网络。微观交通流仿真能计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可为合理利用道路资源提供解决方案。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本专利技术的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本专利技术的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本专利技术的原理。图1示出本专利技术实施例1提供一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法的流程图。图2示出本专利技术实施例2提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤101的流程图。图3示出本专利技术实施例3提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤214的流程图。图4示出本专利技术实施例4提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤102的流程图。图5示出本专利技术实施例5提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤103的流程图。图6示出本专利技术实施例6提供的一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本专利技术，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本专利技术同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本专利技术的主旨。实施例1图1示出本专利技术实施例提供的一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法的流程图，如图1所示，该方法包括：步骤101：构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；步骤102：对所述城市级路网模型进行渲染；步骤103：根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。本专利技术提出的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法，能够加载城市级路网影像，构建城市级路网模型，并在该路网特定区域实现逼真的微观交通流仿真。该方法及系统解决了三维城市级路网创建慢、路网模型单一，不符合实际情况等问题，而渲染三维城市级路网算法可以使路网模型和金字塔影像进行无缝连接，直观逼真的再现复杂立体交通网络。微观交通流仿真能计算出各个车辆的交通参数及特征，清晰描述了交通状态变化的动态过程，可为合理利用道路资源提供解决方案。实施例2图2示出本专利技术实施例提供的构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法中步骤101的流程图，包括以下步骤：步骤201：构建城市级影像金字塔，对所述影像金字塔上的道路轮廓进行金字塔切割，得到金字塔瓦片影像；构建影像金字塔，对城市级影像.gif文件进行金字塔切割，例如最底层像元大小为每像素1米，金字塔每层的像元大小从下往上以2的倍数依次递增，每层切割的单元瓦片大小为1024像素*1024像素；影像金字塔是由原始影像按一定规则生成的由细到粗不同分辨率的影像集，属于现有技术，在此不再赘述。步骤202：使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以正投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像，形成城市级影像二维平面图；构建影像二维平面图，使用多线程技术异步加载需要的金字塔影像瓦片资源，以正投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像，形成城市级影像的平面图。步骤203：使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以透视投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像、天空盒、相机和平行光，形成城市级三维场景；构建三维场景，使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像,以透视投影方式渲染金字塔瓦片影像、天空盒、相机和平行光，形成城市级三维场景，其中使用基于GPU的Ge本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法，其特征在于，包括：构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；对所述城市级路网模型进行渲染；根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。

【技术特征摘要】
1.一种构建三维城市级路网及微观交通流仿真方法，其特征在于，包括：构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型；对所述城市级路网模型进行渲染；根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建城市级影像金字塔，根据所述影像金字塔上的道路轮廓构建城市级路网模型包括：构建城市级影像金字塔，对所述影像金字塔上的道路轮廓进行金字塔切割，得到金字塔瓦片影像；使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以正投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像，形成城市级影像二维平面图；使用多线程技术异步加载金字塔瓦片影像，以透视投影方式渲染加载的金字塔瓦片影像、天空盒、相机和平行光，形成城市级三维场景；按照自西向东、自南向北的优先级，在所述影像二维平面图上识别道路轮廓，并勾画每一条道路的中央线，形成中央线拓扑图；使用贝叶斯算法对所述中央线拓扑图的每条中央线进行平滑处理，形成中央平滑线拓扑图；根据中央平滑线的实际长度生成一条初始高程值为0的高程直线；根据道路实际情况，调整所述高程直线中的高程值，形成高程线；使用贝叶斯算法对每条高程线进行平滑处理，形成高程平滑线；根据每条中央平滑线及对应的高程平滑线，形成中央路线，中央路线的每个点的平面值来自相同位置的中央平滑线，高程值来自相同位置的高程平滑线，形成中央路线拓扑图；根据所述中央路线拓扑图构建三维道路样式库，包括不同形状的道路、隧道和桥梁；根据三维道路样式库构建三维道路模型；检查三维道路当前样式的头部和上一个样式的尾部是否一致；根据三维道路样式库中的行车道形成道路车道拓扑图，所述道路车道拓扑图为交通流中的车辆在道路上的行驶轨迹；根据所述道路车道拓扑图编辑匝道；构建三维道路交叉口模型，并根据所述三维道路交叉口模型构建交叉口车道拓扑图，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，并构建交叉口规则。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建三维道路交叉口模型，并根据所述三维道路交叉口模型构建交叉口车道拓扑图，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，并构建交叉口规则包括：当两条中央路线交汇时会形成交叉点，设置每条中央路线的每个交叉口的开始点和结束点，确定交叉口的范围，使用交叉点和每条道路边坡线构建三维道路交叉口模型，当有多条线交叉一个点或多个交叉点的距离均小于预设值时，对所述三维道路交叉口模型进行融合处理，形成一个大的交叉口；根据行车道的入口和出口构建交叉口车道拓扑图，所述交叉口车道拓扑图为交通流中的车辆在交叉口上的行驶轨迹；构建交叉口纹理编辑器，编辑所述三维道路交叉口模型的纹理，所述纹理包括人行道斑马线、导向标识、直行停车线、左转待步停车线；构建所述三维道路交叉口模型的交叉口规则，所述交叉口规则包括信号相位、通行规则、停车位置和左转待步位置，信号相位包括红灯、黄灯和绿灯的持续时间，通行规则是每个相位绿灯时可以通行的车道。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述城市级路网模型进行渲染包括：对所述三维道路模型和所述三维道路交叉口模型上下边界各向上和向下延伸预设距离，创建道路透明包围盒和交叉口透明包围盒；清除颜色缓存、深度缓存和模板缓存；颜色缓存中记录的是颜色值，深度缓存中记录的是深度值，模板缓存中记录的是模板值，颜色值是渲染对象的颜色，由R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、A(透明度)组合而成，每个颜色的值区间为0到255，深度值是渲染对象到相机的距离长度的倒数，值区间为0到1，模板值无实际意义，区间为0到255；第一次渲染所述三维场景中的金字塔影像，只记录渲染对象的深度值，丢弃颜色值和模板值；渲染所述道路透明包围盒和所述交叉口透明包围盒，只记录模板值，不记录深度值，模板值初始设置为0，使用双面绘制技术，渲染包围盒正面时，深度测试成功则模板值+1，失败则模板值不变，渲染包围盒背面时，深度测试成功则模板值-1，失败则模板值不变；清除深度值；第二次渲染三维场景中的金字塔影像，当模板值为0时渲染对应位置的金字塔影像，当模板值大于或小于0时不渲染对应位置的金字塔影像；渲染所述城市级路网模型。5.根据权利要求2-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据渲染后的城市级路网模型构建微观交通流仿真，获取城市级路网的交通参数及特征包括：根据渲染后的城市级路网模型构建行驶轨迹拓扑图，组合所述道路车道拓扑图和所述交叉口车道拓扑图；构建车辆参数模型，车辆参数包括车辆尺寸、重量、最大加速度、最大减速度、最高时速；构建渲染模型，所述渲染模型用于实时计算每辆车的位置、方向、生命周期；构建发车模型，所述发车模型用于控制车辆产生的时间、位置、方向和数量；构建跟弛模型，所述跟弛模型用于根据前车、后车、左车或右车的距离、速度和加速度，控制车辆在道路或交叉口上的速度、加速度或换道；构建换道模型，所述换道模型用于控制车辆从当前车道切换到相邻车道；构建道路选道模型，所述道路选道模型用于当前方道路样式和当前道路样式不同时，车道数量发生变化，车辆需要从变化的车道中选择一条行驶；构建道路规则模型，所述道路规则模型用于根据道路上的坡度、障碍物、车站、限速牌、转弯标志控制车辆的行驶速度或换道；构建交叉口选道模型，所述交叉口选道模型用于控制车辆在交叉口选择左转、直行、右转或掉头；构建交叉口规则模型，所述交叉口规则模型用于根据交叉口规则控制车辆的速度，所述交叉口规则包括信号、行人、左转待步、停车线；构建行人模型，所述行人模型用于根据所述交叉口规则，控制行人在交叉口上的速度和加速度；统计车辆的交通参数及特征，经过预设时间的运行，统计车辆在交叉口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁松，姚增利，
申请(专利权)人：北京图安世纪科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11