一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台及方法技术

本发明专利技术涉及一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台及方法，所述模拟实验平台包括：交通仿真软件及控制台、数据中心和数字化沙盘及控制台；数据中心通过Client/Server结构分别与交通仿真软件及控制台以及数字化沙盘及控制台进行连接，其中数据中心包含服务器，交通仿真软件及控制台与数字化沙盘及控制台包含客户端；Client/Server结构用于传输包括车辆状态信息以及基础设施信息的信息流。与现有技术相比，本发明专利技术通过数字孪生技术实现了交通仿真软件与数字化交通沙盘之间的虚实融合映射交互，可实现交通场景仿真增强，提高测试结果可信度。试结果可信度。试结果可信度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台及方法


[0001]本专利技术涉及智能交通系统和数字孪生领域，尤其是涉及一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台。

技术介绍

[0002]智能交通道路系统是将先进的信息技术、数据通信技术等综合运用于整个道路交通体系，并通过人工智能、大数据等方法对交通系统进行控制，从而实现安全、高效、绿色等一系列目标。对交通系统进行研究的传统方法主要包括数学模型、虚拟仿真、沙盘实验、场地测试等。数学建模与虚拟仿真往往忽略现实中硬件造成的问题；沙盘实验在数据监测、高密度交通流生成方面存在困难；场地测试则由于安全成本等难以大规模开展，而数字孪生映射技术的发展为智能交通系统实验提供了新的思路。
[0003]交通仿真软件以交通工程相关模型为基础，可以在虚拟环境下构建交通场景并展现交通运行特征。交通仿真软件的输入为交通场景信息(交通流量、速度分布、信号灯参数等)和交通个体特征(跟驰模型、目标轨迹等)，通过连续化仿真计算，交通仿真软件可以展示道路交通系统的演变，进而揭示道路交通系统各要素间的相互作用关系。
[0004]数字化沙盘是通过声、光、电、图像技术实现动态视觉效果的一种展示手段。传统的交通沙盘可以按比例缩放现实交通场景，并在沙盘上行驶同样比例的智能小车；而投影数字化交通沙盘可以在路面屏上添加数字化内容，设置多媒体交互软件、中控系统等，具有更强的交互性与可拓展性。
[0005]数字孪生映射是以数学模型和历史数据为依据，建立虚拟仿真环境与现实环境的映射，从而在物理世界与网络世界中展现全生命周期过程；在数字孪生技术上诞生的数字伴生则建立了虚拟环境和现实环境之间的双向连接，将物理世界中的问题映射到网络世界中去优化解决，再将解决方案部署于物理世界，进而促进、加速现实问题解决。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台及方法。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]作为本专利技术的第一方面，提供一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台，所述模拟实验平台包括：交通仿真软件及控制台、数据中心和数字化沙盘及控制台；
[0009]所述数据中心通过Client/Server结构分别与交通仿真软件及控制台以及数字化沙盘及控制台进行连接，其中数据中心包含服务器，交通仿真软件及控制台与数字化沙盘及控制台包含客户端；所述Client/Server结构用于传输包括车辆状态信息以及基础设施信息的信息流；
[0010]所述交通仿真软件及控制台用于采集仿真环境中的信息流，并发送至数据中心；
[0011]所述数据中心用于接受交通仿真软件及控制台发送的信息流，并将接受信息流发
送至数字化沙盘及控制台；
[0012]所述数字化沙盘及控制台用于接受数据中心发送的信息流，生成并显示信息流映射画面。
[0013]进一步的，所述的交通仿真软件及控制台的工作流程如下：
[0014]S11在所述交通仿真软件中搭建仿真环境，设定仿真信息；
[0015]S12开启交通仿真软件及控制台中的客户端，向数据中心服务器发送连接请求并建立连接；
[0016]S13所述交通仿真软件及控制台环境初始化后，运行仿真；
[0017]S14所述交通仿真软件及控制台通过程序接口监测交通仿真软件环境，收集仿真车辆状态信息与基础设施信息，经过标准化处理后按照一定频率发送至数据中心服务器；
[0018]S15仿真进行中，重复执行步骤S14直至实验结束。
[0019]进一步的，所述的数据中心包括两个服务器控制台、公共数据区、线程管理模块和数据存储模块：
[0020]服务器控制台：数据中心共包含两个服务器控制台，分别与所述交通仿真软件及控制台、数字化沙盘及控制台中的客户端进行通信，用于传输仿真环境中车辆状态信息和基础设施信息；
[0021]公共数据区：公共数据区独立于数据传输过程，是数据中心各个服务器均可访问的数据存储单元；公共数据区存储着下一时刻的仿真环境中的车辆信息和基础设施信息；
[0022]线程管理模块：用于统一调度对公共数据区的访问顺序；
[0023]数据存储模块：数据存储模块包括用于存储包括车辆运行状态信息和基础设施信息数据的物理结构；公共数据区的数据在被调用结束后，以时序数据形式存入数据存储模块。
[0024]进一步的，所述的数据中心的工作流程如下：
[0025]S21开启所述数据中心的服务器，监听来自上述交通仿真软件及控制台与数字化沙盘及控制台的连接请求，并建立连接；
[0026]S22实验过程中，所述数据中心监听交通仿真软件及控制台发送的数据；
[0027]S23所述数据中心线程管理模块检测公共数据区，如公共数据区未被访问，则接收到的数据被放置于公共数据区，缓存等待发送；
[0028]S24所述数据中心线程管理模块检测公共数据区，如公共数据区未被访问，数据中心控制台发送该数据至所述的数字化沙盘及控制台，数据发送后从公共数据区清除，并被存入数据存储模块；
[0029]S25返回步骤S22。
[0030]进一步的，所述的数字化沙盘及控制台的工作流程如下：
[0031]S31运行所述数字化沙盘及其控制台向所述数据中心对应的服务器发送连接请求并建立连接，等待数据中心发送数据；
[0032]S32所述数字化沙盘及控制台接收来自数据中心信息，对信息进行解析，生成数字化沙盘调整指令；
[0033]S33所述数字化沙盘及控制台根据指令调整路面屏显示画面，调整附属硬件状态，完成沙盘展示工作；
[0034]S34返回步骤S32。
[0035]进一步的，所述信息流包括交通仿真软件及控制台采集到的仿真环境中正在行驶的车辆状态信息，该信息由交通仿真软件负责采集，通过交通仿真软件的控制台中的客户端发送至数据中心，数据中心中匹配的服务器接受该数据后，将该数据发送至数字化沙盘及控制台用于生成运行车辆投屏。
[0036]进一步的，所述信息流包括交通仿真软件控制交通基础设施的相关信息，所述基础设施信息由交通仿真软件及控制台负责采集，通过交通仿真软件控制台中的客户端发送至数据中心，数据中心中匹配的服务器接受该数据后，将该数据发送至数字化沙盘及控制台用于更新沙盘配套硬件设施。
[0037]进一步的，所述Client/Server结构采用网络通信协议实现。
[0038]作为本专利技术的第二方面，提供一种实验方法，所述方法采用如权利要求1
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8任一所述的一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台，具体方法步骤包括：
[0039]制作数字化沙盘并搭建仿真环境；
[0040]开启所述交通仿真软件及控制台、数据中心、数字化沙盘及控制台，完成交通仿真软件环境、数字化沙盘环境的初始化；
[0041]开启所述数据中心的服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台，其特征在于，所述模拟实验平台包括：交通仿真软件及控制台(1)、数据中心(2)和数字化沙盘及控制台(3)；所述数据中心(2)通过Client/Server结构分别与交通仿真软件及控制台(1)以及数字化沙盘及控制台(3)进行连接，其中数据中心(2)包含服务器，交通仿真软件及控制台(1)与数字化沙盘及控制台(3)包含客户端；所述Client/Server结构用于传输包括车辆状态信息以及基础设施信息的信息流；所述交通仿真软件及控制台(1)用于采集仿真环境中的信息流，并发送至数据中心(2)；所述数据中心(2)用于接受交通仿真软件及控制台(1)发送的信息流，并将接受信息流发送至数字化沙盘及控制台(3)；所述数字化沙盘及控制台(3)用于接受数据中心(2)发送的信息流，生成并显示信息流映射画面。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台，其特征在于，所述的交通仿真软件及控制台(1)的工作流程如下：S11在所述交通仿真软件中搭建仿真环境，设定仿真信息；S12开启交通仿真软件及控制台(1)中的客户端，向数据中心服务器发送连接请求并建立连接；S13所述交通仿真软件及控制台(1)环境初始化后，运行仿真；S14所述交通仿真软件及控制台(1)通过程序接口监测交通仿真软件环境，收集仿真车辆状态信息与基础设施信息，经过标准化处理后按照一定频率发送至数据中心(2)服务器；S15仿真进行中，重复执行步骤S14直至实验结束。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台，其特征在于，所述的数据中心(2)包括两个服务器控制台、公共数据区、线程管理模块和数据存储模块：服务器控制台：数据中心共包含两个服务器控制台，分别与所述交通仿真软件及控制台、数字化沙盘及控制台中的客户端进行通信，用于传输仿真环境中车辆状态信息和基础设施信息；公共数据区：公共数据区独立于数据传输过程，是数据中心(2)各个服务器均可访问的数据存储单元；公共数据区存储着下一时刻的仿真环境中的车辆信息和基础设施信息；线程管理模块：用于统一调度对公共数据区的访问顺序；数据存储模块：数据存储模块包括用于存储包括车辆运行状态信息和基础设施信息数据的物理结构；公共数据区的数据在被调用结束后，以时序数据形式存入数据存储模块。4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的虚实融合交通模拟实验平台，其特征在于所述的数据中心(2)的工作流程如下：S21开启所述数据中心(2)的服务器，监听来自上述交通仿真软件及控制台(1)与数字化沙盘及控制台(3)的连接请求，并建立连接；S22实验过程中，所述数据中心(2)监听交通仿真软件及控制台(1)发送的数据；S23所述数据中心(2)线程管理模块检测公共数据区，如公共数据区未被访问，则接收到的数据被放置于公共数据区，缓存等待发送；
S24所述数据中心(2)线程管理模块检测公共数据区，如公共数据区未被访问，数据中心控制台发送该数据至所述的数字化沙盘及控制台(3)，数据发送后从公共数据区清除，并被存入数据存储模块；S25返回步骤S22。5.根据权利要求1所述的一种基于数...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙剑，杭鹏，刘学凯，崔一鸣，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：