一种基于数字孪生的病害路面交通场景建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的病害路面交通场景建模方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的病害路面交通场景建模方法


[0001]本专利技术涉及交通场景建模方法
，具体涉及一种基于数字孪生的病害路面交通场景建模方法，利用
Umity3D
引擎提出了一种构建“人
—
车
—
路
—
环境”四要素共融的病害路面交通场景建模方法
。

技术介绍

[0002]城市道路交通是一个城市发展和运转的根本命脉，但随着交通量的增大，道路使用的强度也随之增加，高强度的道路使用会导致严重的道路病害
。
道路病害是指道路表层或者结构层的损坏或者变形，例如裂缝
、
凹槽和错台等
。
道路病害会对交通运输造成一些影响，主要包括以下几个方面：
[0003]1、
路病害会影响车辆行驶的稳定性和牵引力，增加了行车的风险，容易导致车辆失控
、
翻车
、
侧翻等交通事故；
[0004]2、
道路病害会导致车辆行驶时速度降低，尤其是在高速公路等需要交通工具快速行驶的路段上，这将影响交通的流畅性；
[0005]3、
道路病害会加快车辆的磨损，增加车辆维修和保养的成本；
[0006]4、
道路病害会加速道路表面结构的磨损，导致道路使用寿命的缩短
。
[0007]因此，道路病害的存在对交通运行造成了很大的危害
。
随着信息技术在交通管理中的广泛应用，搭建逼真的虚拟交通场景，用数字化方法对交通问题成因进行分析，研究交通的运行规律，对未来交通运行发展趋势进行预测，最后把它应用到交通运输管理中，进而减少道路病害对交通运行的危害
。
[0008]目前研究人员提出了一些病害道路建模方法，但建模过程存在数据采集设备昂贵和建模效果较差等缺点，同时未将构建的仿真病害道路与交通场景中的其他要素结合
。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术为解决交通场景模型的构建很少考虑病害路面建模导致真实与虚拟交通场景之间存在差异的问题，提出了一种基于数字孪生的病害路面交通场景建模方法，使得虚拟交通场景有更高的还原度
。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于数字孪生的病害路面交通场景建模方法，包括如下步骤为：
[0011]步骤1，使用单目相机对病害路面进行拍摄，每处病害拍摄
10
‑
15
张图像，利用基于尺度不变特征变换
(Scale Invariant Feature Transform
，
SIFT)
进行特征匹配；
[0012]步骤2，利用
SFM
生成病害路面点云；
[0013]步骤3，利用泊松表面重建生成病害路面三维模型；
[0014]步骤4，依据
Google Earth
中获取到的卫星影像和
OpenStreetMap
获取到的众源矢量数据在
SketchUp
软件完成路面三维模型的构建和病害路面交通场景建筑物模型构建；
[0015]步骤5，将步骤3和步骤4生成的病害路面模型在
Unity3D
软件中进行融合；
[0016]步骤6，基于
Unity3D
实时
3D
渲染技术快速构建病害路面交通场景物理模型，实现病害路面交通场景“人
—
车
—
路
—
环境”4
要素构建与共融；
[0017]步骤7，利用
TCP
通信协议实现
ROS
小车在虚拟病害路面交通场景的数据交互
。
[0018]进一步，步骤4的具体方法为：
[0019]路面三维模型的构建：
[0020]利用
OpenStreetMap
开源平台获取到的众源矢量数据和
Google Earth
中获取的高清影像在
SketchUp
软件，使用建模软件绘画工具确定病害路面交通场景范围并绘制道路分布，针对不同类型的道路应用不同的道路宽度参数及纹理，并且对交通标线进行创建，场景中的道路被视为单独的平面，覆盖在整体地形上，在实际应用中，将道路面片的高度设为一个小于
0.05m
的值
。
[0021]病害路面交通场景建筑物模型构建：
[0022]首先，在
SketchUp
中，将建筑物底图利用拉伸功能将其拉伸一定高度即可完成建筑模型从二维到三维的转换；
[0023]其次，根据建筑物的外表，通过拉伸和挤压构造建筑入口
、
屋顶
、
窗口；在窗户的构建中，删除贴窗图片和被贴边框位置两个平面内的隔断线，生成
FBX
文件三维模型并且导入
Unity
相应位置中
。
[0024]进一步，步骤5的具体方法为：
[0025]将步骤3生成的病害路面
FBX
格式模型和步骤4在
SketchUp
软件中构建的道路模型和病害路面交通场景建筑物模型共同导入到
Unity3D
中的病害路面交通场景模型中，完成病害路面交通场景的构建
。
[0026]进一步，步骤6的具体方法为
[0027]根据知心天气提供的免费
API
接口实现虚拟世界病害路面交通场景与真实世界交通场景天气的实时映射，在构建的病害路面交通场景模型基础上，实现
AI
车辆行驶控制
、AI
行人行走控制，在行驶与行走的过程中对路线和避障功能进行设计
。
[0028]进一步，步骤7的具体方法为：
[0029]首先，将
ROS
虚拟小车三维模型导入到病害路面交通场景中；
[0030]然后，采用
TCP
协议，完成虚拟小车在病害路面交通场景中与现实小车的通信连接，在
Unity
端和
ROS
端之间数据传输时使用套接字方式，将
ROS
移动小车作为服务器端，
Unity3D
虚拟小车作为客户端，客户端向服务器端发送请求，经过服务器确认后，即可建立连接，该连接为双向连接，双方可以相互发送数据信息；
ROS
端通过激光雷达地图构建技术定位获取移动小车的位姿，
zed2
拍摄病害路面图像，并发布相应的话题；
[0031]最后，完成现实小车与虚拟小车的位姿在虚拟病害路面交通场景中的映射和病害路面图像的传输
。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和效果：
[0033]1)
本专利技术利用
SFM
方法对病害本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于数字孪生的病害路面交通场景建模方法，其特征在于：包括如下步骤为：步骤1，使用单目相机对病害路面进行拍摄，每处病害拍摄
10
‑
15
张图像，利用基于尺度不变特征变换（
Scale Invariant Feature Transform
，
SIFT
）进行特征匹配；步骤2，利用
SFM
生成病害路面点云；步骤3，利用泊松表面重建生成病害路面三维模型；步骤4，依据
Google Earth
中获取到的卫星影像和
OpenStreetMap
获取到的众源矢量数据在
SketchUp
软件完成路面三维模型的构建和病害路面交通场景建筑物模型构建；步骤5，将步骤3和步骤4生成的病害路面模型在
Unity3D
软件中进行融合；步骤6，基于
Unity3D
实时
3D
渲染技术快速构建病害路面交通场景物理模型，实现病害路面交通场景“人
—
车
—
路
—
环境”4
要素构建与共融；步骤7，利用
TCP
通信协议实现
ROS
小车在虚拟病害路面交通场景的数据交互
。2.
根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的病害路面交通场景建模方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：路面三维模型的构建：利用
OpenStreetMap
开源平台获取到的众源矢量数据和
Google Earth
中获取的高清影像在
SketchUp
软件，使用建模软件绘画工具确定病害路面交通场景范围并绘制道路分布，针对不同类型的道路应用不同的道路宽度参数及纹理，并且对交通标线进行创建，场景中的道路被视为单独的平面，覆盖在整体地形上，在实际应用中，将道路面片的高度设为一个小于
0.05m
的值
。3.
病害路面交通场景建筑物模型构建：首先，在
SketchUp
中，将建筑物底图利用拉伸功能将...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄姣茹，李献雯，高嵩，陈超波，钱富才，宋晓茹，李继超，魏舒骐，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：