基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统技术方案

本发明专利技术属于道路交通技术领域，公开了一种基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统，包括：BIM仿真环境模块、多自主体交通流模拟模块、驾驶模拟平台及其控制模块、车辆控制与风险预警模块、车辆碰撞与风险识别模块和驾驶员心生理数据采集模块；所有模块分别接入高性能图形工作站进行相应的数据处理，驾驶员心生理数据采集模块和多自主体交通流模拟模块还分别与数据运算服务器连接，用于存储传感器实时采集的数据和真实交通流数据。本发明专利技术通过多自主体交通流模拟模块实现了多自主体的复杂交通流的精确仿真，还实现对本车驾驶行为与交通流车辆运行状态的分析，最终实现路段以及路网的交通安全状况的综合评估。

【技术实现步骤摘要】
基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统
本专利技术属于道路交通
，尤其涉及基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统。
技术介绍
随着我国机动车数量与新增驾驶员的数量激增，交通事故率一直处于居高不下的状态，交通安全受到了全社会广泛的关注。通过对交通事故统计发现，绝大多数的交通事故是由于人、车、路、环境多因素共同作用的结果，是系统因素不协调运行导致的结果，因此研究人车路环境多因素运行状态显得至关重要。传统的交通安全分析，主要从交通事故发生形态、事故致因以及道路条件等方面进行入手，通过数据分析，发现事故黑点，从而采取相关的改善措施。但这种方法无法真实获取驾驶员在特定情况下的驾驶操作特征，以及车辆在不同道路环境下的运行状态数据。随着城市的发展，城市的道路高速公路的逐渐拓宽，单位路段的车辆数目增多，交通情况变得越来越复杂。交通流中车辆的超车、停车、换道等复杂驾驶行为，会因为规避前方的障碍物、提高行车效率、节省行车的时间等目的使微观交通流内的车辆之间进行相互影响与干扰，无论是强制性的换道还是自主性的换道，都需要车辆偏移；在偏移过程中，由于车辆自身状况、车辆自身的速度、前后车辆的速度、前后车辆的行车间距、道路状况、天气状况、周围环境、驾驶员身体和心理状况等一系列的不确定因素的存在，使得车辆在复杂驾驶行为条件下，增加了交通事故发生的几率。通过调查发现，复杂交通流中车辆在车道变换过程中发生的交通事故约占事故总数的4％，交通事故总死亡人数中约有0.5％是由换道引起；而由碰撞引起的交通延迟中，此类碰撞事故占10％。同时根据统计，超车引发的交通事故占公路事故总数的近20％，其中由于人为因素造成的事故占70％以上。相较于普通公路，高速公路上发生的事故中有60％以上是与车辆换道有关。现有的驾驶模拟系统，不仅场景搭建简单，且对于复杂交通流中多自主体的模拟仅仅局限在可观测功能范围内，交通流内除模拟驾驶者车辆以外，其他车辆的行驶都控制在固定车道上行驶，以模拟交通流的基本外观。在道路环境构建过程中，也只是对道路的基本信息进行了简单的模拟，例如建立街道模型、路面模型、道路标牌标线等，整体系统仅作为演示使用，并不能进行精确严格的道路技术指标分析与多自主体交通流驾驶行为的数据分析。对于六自由度平台仿真效果的模拟，传统的模拟姿态仅对车辆的加减速、侧倾、转向等信息进行模拟，而道路环境信息中的路况信息、雨雪天气等环境信息、车辆预警与碰撞信息无法反馈至运动平台进行响应，例如，如果路面出现雨雪天气引起的水滑等现象无法体现给驾驶人员。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统，通过多自主体交通流模拟模块实现了多自主体的复杂交通流的精确仿真，还实现对本车驾驶行为与交通流车辆运行状态的分析，最终实现路段以及路网的交通安全状况的综合评估。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以解决。基于多自主体交通环境的驾驶模拟仿真系统，包括：BIM仿真环境模块、多自主体交通流模拟模块、驾驶模拟平台及其控制模块、车辆控制与风险预警模块、车辆碰撞与风险识别模块和驾驶员心生理数据采集模块；所有模块分别接入高性能图形工作站进行相应的数据处理，所述驾驶员心生理数据采集模块和多自主体交通流模拟模块还分别与数据运算服务器连接，用于存储传感器实时采集的数据和真实交通流数据；所述BIM仿真环境模块用于生成不同环境下的虚拟道路、天气环境及非自控车辆，并将生成的虚拟交通环境通过环形屏幕显示；所述多自主体交通流模拟模块用于模拟真实交通流状态下的非自控车辆的行驶路径与行驶参数，形成模拟交通流，并将模拟交通流与真实交通流进行对比，通过两者的误差对模拟交通流进行递归修正，得到修正后的模拟交通流，并将其加入所述虚拟交通环境中，通过环形屏幕显示虚拟的交通环境和交通流，形成模拟交通环境和交通流的仿真环境全景显示；所述驾驶模拟平台及其控制模块包含驾驶操作平台和六自由度控制平台，所述驾驶操作平台用于供驾驶员进行自控车辆的模拟驾驶，同时通过安装传感器采集驾驶员的操作信号；所述六自由度控制平台用于控制自控车辆进行模拟车辆行驶过程中的偏移、转向、升降、振动的动作；通过仿真环境与自控车辆姿态相结合，由六自由度控制平台统一输出运动信号，驾驶员在感受车辆姿态的同时，相应的对自控车辆的驾驶轨迹进行调整，以达到真实的驾驶感受；所述车辆控制与风险预警模块通过读取自控车辆采集的驾驶员的操作信号和车辆行驶信息，计算修正后的模拟交通流内自控车辆与周围车辆之间的交互面积，并据此对自控车辆的驾驶员进行相应预警；所述车辆碰撞与风险识别模块用于根据当前模拟交通流和交通环境，计算自控车辆与交通流内车辆之间发生碰撞的风险等级，当模拟交通流内车辆与自控车辆之间的风险等级达到警戒阈值时，提醒驾驶员注意避让，并记录驾驶员操作行为；所述驾驶员心生理数据采集模块通过连接于驾驶员身上的心生理数据检测仪器，实时获取驾驶员的脑电、肌电、眼电、皮电、呼吸、心跳和视点位置，作为驾驶员的心生理信息，并将不同设备检测仪器之间的信号进行时序统一，生成驾驶员在仿真环境中不同位置、不同时间段、不同路况状态下的全生理数据，并将其传输给数据运算服务器进行数据存储。进一步地，所述BIM仿真环境模块用于在虚拟交通环境中模拟大气温度、降雨、风阻、降雪、大雾的极端天气，控制不同天气条件下的空气能见度；同时生成虚拟交通环境中的路面、护栏、交通标志、标线以及道路两侧的植物和建筑物；还用于根据输入的交通量信息生成相应的非自控车辆；其中，所述交通量信息为虚拟交通环境中的车辆总数。进一步地，所述多自主体交通流模拟模块用于模拟真实交通流状态下的非自控车辆的行驶路径与行驶参数，具体为：制定模拟交通流中车辆的换道和跟驰规则，并据此生成每个非自控车辆的行驶路径与行驶参数；所述换道和跟驰规则具体为：对于目标车辆的换道过程分为三个阶段：换道意图产生、换道决策、换道执行；首先，当目标车辆在当前车道的行驶速度达不到期望速度且临近车道行驶条件优于当前车道时，判断目标车辆产生换道需求，进入下一步；当目标车辆没有产生换道需求时，保持跟驰行驶；其次，判断目标车辆是否满足以下双车道换道条件，若满足，则执行换道，否则，放弃换道，保持跟驰行驶；所述双车道换道条件为：换道动机：安全条件：di,j>dsafe；其中，di,i-1为目标车辆与前方车辆之间的距离，单位为m；di,j-1为目标车辆与目标换道车道的前方车辆之间的距离，单位为m；di,j为目标车辆与目标换道车道的同位置车辆之间的距离，单位为m；dsafe为目标车辆与目标换道车道的同位置车辆在下一时刻不发生碰撞的安全间距，单位为m；vi为目标车辆的速度，单位为m/s；vj为目标换道车道的同位置车辆的速度，单位为m/s；vmax为目标车辆的最大速度，单位为m/s；ai为目标车辆的加速度，单位为m/s2；aj为目标换道车道的同位置车辆的加速度，单位为m/s2。进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统，其特征在于，包括：BIM仿真环境模块、多自主体交通流模拟模块、驾驶模拟平台及其控制模块、车辆控制与风险预警模块、车辆碰撞与风险识别模块和驾驶员心生理数据采集模块；所有模块分别接入高性能图形工作站进行相应的数据处理，所述驾驶员心生理数据采集模块和多自主体交通流模拟模块还分别与数据运算服务器连接，用于存储传感器实时采集的数据和真实交通流数据；/n所述BIM仿真环境模块用于生成不同环境下的虚拟道路、天气环境及非自控车辆，并将生成的虚拟交通环境通过环形屏幕显示；/n所述多自主体交通流模拟模块用于模拟真实交通流状态下的非自控车辆的行驶路径与行驶参数，形成模拟交通流，并将模拟交通流与真实交通流进行对比，通过两者的误差对模拟交通流进行递归修正，得到修正后的模拟交通流，并将其加入所述虚拟交通环境中，通过环形屏幕显示虚拟的交通环境和交通流，形成模拟交通环境和交通流的仿真环境全景显示；/n所述驾驶模拟平台及其控制模块包含驾驶操作平台和六自由度控制平台，所述驾驶操作平台用于供驾驶员进行自控车辆的模拟驾驶，同时通过安装传感器采集驾驶员的操作信号；所述六自由度控制平台用于控制自控车辆进行模拟车辆行驶过程中的偏移、转向、升降、振动的动作；通过仿真环境与自控车辆姿态相结合，由六自由度控制平台统一输出运动信号，驾驶员在感受车辆姿态的同时，相应的对自控车辆的驾驶轨迹进行调整，以达到真实的驾驶感受；/n所述车辆控制与风险预警模块通过读取自控车辆采集的驾驶员的操作信号和车辆行驶信息，计算修正后的模拟交通流内自控车辆与周围车辆之间的交互面积，并据此对自控车辆的驾驶员进行相应预警；/n所述车辆碰撞与风险识别模块用于根据当前模拟交通流和交通环境，计算自控车辆与交通流内车辆之间发生碰撞的风险等级，当模拟交通流内车辆与自控车辆之间的风险等级达到警戒阈值时，提醒驾驶员注意避让，并记录驾驶员操作行为；/n所述驾驶员心生理数据采集模块通过连接于驾驶员身上的心生理数据检测仪器，实时获取驾驶员的脑电、肌电、眼电、皮电、呼吸、心跳和视点位置，作为驾驶员的心生理信息，并将不同设备检测仪器之间的信号进行时序统一，生成驾驶员在仿真环境中不同位置、不同时间段、不同路况状态下的全生理数据，并将其传输给数据运算服务器进行数据存储。/n...

【技术特征摘要】
1.基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统，其特征在于，包括：BIM仿真环境模块、多自主体交通流模拟模块、驾驶模拟平台及其控制模块、车辆控制与风险预警模块、车辆碰撞与风险识别模块和驾驶员心生理数据采集模块；所有模块分别接入高性能图形工作站进行相应的数据处理，所述驾驶员心生理数据采集模块和多自主体交通流模拟模块还分别与数据运算服务器连接，用于存储传感器实时采集的数据和真实交通流数据；
所述BIM仿真环境模块用于生成不同环境下的虚拟道路、天气环境及非自控车辆，并将生成的虚拟交通环境通过环形屏幕显示；
所述多自主体交通流模拟模块用于模拟真实交通流状态下的非自控车辆的行驶路径与行驶参数，形成模拟交通流，并将模拟交通流与真实交通流进行对比，通过两者的误差对模拟交通流进行递归修正，得到修正后的模拟交通流，并将其加入所述虚拟交通环境中，通过环形屏幕显示虚拟的交通环境和交通流，形成模拟交通环境和交通流的仿真环境全景显示；
所述驾驶模拟平台及其控制模块包含驾驶操作平台和六自由度控制平台，所述驾驶操作平台用于供驾驶员进行自控车辆的模拟驾驶，同时通过安装传感器采集驾驶员的操作信号；所述六自由度控制平台用于控制自控车辆进行模拟车辆行驶过程中的偏移、转向、升降、振动的动作；通过仿真环境与自控车辆姿态相结合，由六自由度控制平台统一输出运动信号，驾驶员在感受车辆姿态的同时，相应的对自控车辆的驾驶轨迹进行调整，以达到真实的驾驶感受；
所述车辆控制与风险预警模块通过读取自控车辆采集的驾驶员的操作信号和车辆行驶信息，计算修正后的模拟交通流内自控车辆与周围车辆之间的交互面积，并据此对自控车辆的驾驶员进行相应预警；
所述车辆碰撞与风险识别模块用于根据当前模拟交通流和交通环境，计算自控车辆与交通流内车辆之间发生碰撞的风险等级，当模拟交通流内车辆与自控车辆之间的风险等级达到警戒阈值时，提醒驾驶员注意避让，并记录驾驶员操作行为；
所述驾驶员心生理数据采集模块通过连接于驾驶员身上的心生理数据检测仪器，实时获取驾驶员的脑电、肌电、眼电、皮电、呼吸、心跳和视点位置，作为驾驶员的心生理信息，并将不同设备检测仪器之间的信号进行时序统一，生成驾驶员在仿真环境中不同位置、不同时间段、不同路况状态下的全生理数据，并将其传输给数据运算服务器进行数据存储。


2.根据权利要求1所述的基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统，其特征在于，所述BIM仿真环境模块用于在虚拟交通环境中模拟大气温度、降雨、风阻、降雪、大雾的极端天气，控制不同天气条件下的空气能见度；同时生成虚拟交通环境中的路面、护栏、交通标志、标线以及道路两侧的植物和建筑物；还用于根据输入的交通量信息生成相应的非自控车辆；其中，所述交通量信息为虚拟交通环境中的车辆总数。


3.根据权利要求1所述的基于多自主体交通流的驾驶模拟仿真系统，其特征在于，所述多自主体交通流模拟模块用于模拟真实交通流状态下的非自控车辆的行驶路径与行驶参数，具体为：制定模拟交通流中车辆的换道和跟驰规则，并据此生成每个非自控车辆的行驶路径与行驶参数；
所述换道和跟驰规则具体为：对于目标车辆的换道过程分为三个阶段：换道意图产生、换道决策、换道执行；
首先，当目标车辆在当前车道的行驶速度达不到期望速度且临近车道行驶条件优于当前车道时，判断目标车辆产生换道需求，进入下一步；当目标车辆没有产生换道需求时，保持跟驰行驶；
其次，判断目标车辆是否满足以下双车道换道条件，若满足，则执行换道，否则，放弃换道，保持跟驰行驶；
所述双车道换道条件为：
换道动机：



安全条件：
di，j＞dsafe；
其中，di，i-1为目标车辆与前方车辆之间的距离，单位为m；di，j-1为目标车辆与目标换道车道的前方车辆之间的距离，单位为m；di，j为目标车辆与目标换道车道的同位置车辆之间的距离，单位为m；dsafe为目标车辆与目标换道车道的同位置车辆在下一时刻不发生碰撞的安全间距，单位为m；vi为目标车辆的速度，单位为m/s；vj为目标换道车道的同位置车辆的速度，单位为m/s；vmax为目标车辆的最大速度，单位为m/s；ai为目标车辆的加速度，单位为m/s2；aj为目标换道车道的同位置车辆的加速度，单位为m/s2。


4.根据权利要求3所述的基于多自主体交通流的驾驶模...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建蓓，郭腾峰，邱磊，张志伟，叱干都，王路明，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61