基于uc-winssh的城市高架路模拟仿真

基于uc-winssh的城市高架路模拟仿真

1城市高架路建模及模拟驾驶研究现状随着城市的快速发展和道路基础设施的完善，越来越多的城市选择了基础设施建设中的高架道路形式来解决城市交通问题。高架路是采用连续高架形式的快速路,是保证机动车交通快速、连续通行的道路系统,是城市中的汽车专用道。建设城市高架路已成为国内外城市解决城市交通问题的重要手段之一。然而,我国道路交通安全形势却不容乐观,大力推动智能驾驶模拟技术在我国的应用,可有效减少道路交通事故的发生。城市高架路作为目前主要的城市快速路之一,对于拟建的城市高架路,有必要对其进行虚拟的行车试验来验证拟建高架路合理与否;对于建成的高架路,可以评价现有的高架路。因此,对城市高架路建模及模拟驾驶有着重要的意义。目前,国外在高架路建模及模拟驾驶方面的研究要领先于国内,其中以日本开发的UC-win/Road软件及模拟器最具有代表性。且其在高架建设和安全性评价方面已经有很完善成熟的理论体系。相比而言,国内在汽车驾驶模拟器方面的研究起步较晚,技术和理论都还不是很完善,有待进一步加强研究,不过总体发展趋势迅速,前景良好。2基于同功能的驾驶模拟软件UC-win/Road软件作为日本Forum8公司研制开发的全新的驾驶模拟软件,在与同功能的其他软件的比较下,凸显出其强大的优越性和操作性。2.1进行空间大、可实现的小波设计、点大于小方小UC-win/Road是利用计算机三维虚拟实现的表现原理,进行公路、城市规划、园林规划、小区规划设计的有效工具。设计者通过简单的操作可以快速做成三维虚拟表示的各种方案。通过对各种方案的不同角度的观赏,进行空间移动模拟(步行,开车行,飞行)以及动画显示等。本程序能够沟通设计人员和投资方之间就各方案的交流,成为项目协议达成的通用语言工具。与传统的动画制作程序相比,程序具有建模速度快(道路自动形成),成本低,方案变更容易,可制作静止画面,动画录像等特点。程序还备有丰富的二维模型数据库(交通路标,标识和,树木等),三维模型数据库(建筑物,过街天桥,桥梁,桥台,树木,人体三维行走模型,施工机械等),各种材质数据库(路面,墙面等)。程序还支持3DStudioMax,3DStudioVIZ,AutoCAD等产品数据交换。2.2uc-table3软件简介UC-win/Road实体结合OEM生产的实车型驾驶的真正意义上的驾驶模拟器,同以往的驾驶模拟器相比大幅度降低了生产成本,最大的特点是用户可以自由制作模拟数据。选项画面可以设置和确认方向盘、刹车踏板和应答性以及驾驶模拟传送至UC-win/Road的信息、UC-win/Road传送至驾驶模拟器的信息。UC-win/Road,通过简单的PC操作,作成等同亲临真实环境感受和体验的三维虚拟现实,是方便实用的实时VR软件。它不仅能在三维空间内进行实时互动操作,而且能在道路规划、设计等各种公共事业项目中,作为达成协议的共同语言,便于方案讨论和决策。相比较而言,DICAD在建模方面比较简单易操作,能导出软件的路线数据,但是将数据导入驾驶模拟器进行虚拟驾驶并且录制视频则工作量巨大,较为繁琐。UC-win/Road具备一定的交通仿真能力,在实现城市规划,高速路建设,大区域建筑的方案虚拟对比等方面可以说是佼佼者。需要具备一定交通和土木专业知识的人员才能轻易上手。它与其他一些虚拟现实软件相比,其很多特点有独到之处。例如,交通流量的直观仿真,信号灯对交通的控制,模型的阵列摆放,无需编程基础就可以编辑脚本路径,支持地形数据的导入,单机最大支持24×24km范围,模型可动编辑(有别于骨骼动作),卫星图的精确粘贴,二次开发与第三方软件的接口等等。3建模和模拟驾驶3.1试验高架道路段的选择3.1.1当地城市高架建设是城市发展的重要作用所选取的高架路应具有代表性和普遍性,即既对当地城市发展起到重要作用,同时又符合高架建设规范的一般性。本文选取高架的主线部分加上一段进口匝道和一段出口匝道进行建模及模拟驾驶。3.1.2主要技术指标经过比较和筛选,选取南京市宁溧高架作为实验高架路进行建模和模拟驾驶。宁溧高架(主城段)快速化改造工程位于南京市主城东南部,是南京市“井字外环”快速路网的重要组成部分,是实现东山新市区与主城无缝对接的主要通道之一,具有减轻城市中心路网压力、均衡路网流量、沟通江宁新市区与主城联系、完善快速路网等功能。宁溧高架与双桥门通过一个内环匝道与1个右转匝道连接,匝道指标较低(见图1)。土城头路至主城的匝道合流点,到双桥门立交南端分合流处的交织段长度为80m;双桥门立交南端的渐变段长度为50m。土城头路上机场路的匝道与机场路下到雨花东路的匝道之间的交织段长度为40m。以下是宁溧高架的相关资料,其中建模所需的主要技术指标有:(1)桥梁宽度。M线八车道:标准断面宽33m=0.5m(防撞护栏)+15.75m(机动车道)+0.5m(中央隔离墩)+15.75m(机动车道)+0.5m(防撞护栏);M线四车道:标准断面宽18m=0.5m(防撞护栏)+8.25m(车行道)+0.5m(中央隔离墩)+8.25m(车行道)+0.5m(防撞护栏);A、B匝道:标准断面宽12.75m=0.5m(防撞护栏)+11.75m(车行道)+0.5m(防撞护栏);A、B匝道加宽段:标准断面宽14m=0.5m(防撞护栏)+13m(车行道)+0.5m(防撞护栏)。(2)桥面横坡。M线桥标准段双向2%横坡,超高段最大单向2%横坡;A匝道桥标准段单向2%横坡,最大超高4%;B匝道桥标准段单向2%横坡,最大超高4%。(3)桥梁纵坡。M线最大纵坡4.5%;A匝道最大纵坡3.97%;B匝道最大纵坡3.42%。(4)桥下净空:不小于4.5m。M线:缓和曲线半径为220m,圆曲线半径为600m;A匝道:圆曲线半径为130m;B匝道:渐变段长度为26.48m和24m,圆曲线半径为140m。本文针对宁溧高架主线及各匝道建模,拟建主线M、N及匝道A、B。其中,主线M起终点为江宁区和雨花区,主线N起终点为禄口机场和南京市区,匝道A、B、D、F中线线形如图所示。建模主线以M线为主,N线为辅;匝道以A、B为主,其他匝道从略。3.2亚病毒建模指南3.2.1缓慢段的布置本文主要所需的高架参数指标有主线及各匝道的平、纵、横参数,包括平曲线中的缓和曲线渐变段长度、圆曲线半径,竖曲线的断面标高(高程),横断面布置等等,还有沿途所设置的标志标线(指路标志、警示标志、道路信息LED屏等),以及交通量、照明、防护设施、管线布置等。3.2.2合理的单面高程UC-win/Road的基本操作流程如图2所示。整个建模过程侧重于主线M以及匝道A、B的平、纵、横参数的标定及设置:平曲线按照实际路线的CAD图的相对坐标进行设置;纵断面的高程根据已有的纵断面设计图确定,并遵循规范对高架路上方净空的要求;横断面也是根据宁溧路高架设计道路总说明中的规格尺寸进行制作,主要设计的是高架上部结构的道路断面,桥梁的下部结构断面设计从简制作,桥墩的设计则以现有的模板进行配置(见图3~图5)。3.3驾驶视角下模拟驾驶建设实例建模完成后,UC-win/Road支持其驾驶模拟器模拟驾驶,并可同时录制AVI视频资料以保存。本文录制了模拟车辆在主线M、匝道A、匝道B上全程行驶的主视角视频,在驾驶视角下的模拟驾驶视频截图,见图6。通过UC-win/Road【驾驶仿真】功能,设定合适的车辆模型、初始位置、初始速度、行驶车道等参数以及编辑交通流后,就可以进行模拟驾驶。可用于交通设施前期方案设计与设计成果3维演示;也可结合眼动议、脑电仪等检测仪器分析驾驶员微观驾驶行为;同时结合驾驶模拟器,在道路线形合理性、视距验算、运行车速仿真等驾驶仿真分析等