人—車—路（環(huán)境）聯(lián)合運行虛擬仿真理論與實現(xiàn)技術研究.pdf

1、大多數(shù)道路交通事故是由于人-車-路(環(huán)境)綜合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性失衡造成的，因此如何從人-車-路(環(huán)境)系統(tǒng)聯(lián)合運行協(xié)調(diào)性方面入手研究交通安全問題以及如何從技術層面在公路工程和安保工程中落實“以人為本、以車為本”的設計理念成為目前我國公路交通科技發(fā)展中急需解決的問題之一。論文首次提出以人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真技術的研究和應用作為在公路工程和安保工程中落實“以人為本、以車為本”理念的切入點這一嶄新思路，即在所建立的人-車-路(環(huán)境)聯(lián)

2、合運行虛擬仿真平臺上進行面向公路線形、景觀、交通工程設施、安保工程等設計方案的仿真試驗，研究和評價設計方案的人-車-路(環(huán)境)綜合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，從而為公路交通相關問題的研究提供高科技的技術手段。 論文針對用于人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行協(xié)調(diào)性評價的虛擬仿真技術體系，圍繞虛擬仿真系統(tǒng)中人、車、路(環(huán)境)三要素的建模理論及實現(xiàn)技術，研究了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真理論及實現(xiàn)技術，研究的主要內(nèi)容有： 1.提出并論述了人-

3、車-路(環(huán)境)系統(tǒng)聯(lián)合運行的自行模式和互動模式仿真的概念。并在分析目前道路安全評價方法的基礎上，提出了基于該虛擬仿真平臺的道路安全評價模型。 2.在系統(tǒng)、定量地研究道路和交通環(huán)境對行車速度誘導特性的基礎上，建立了自行仿真模式中駕駛?cè)说能囁倏刂朴嬎隳Ｐ?。對公路典型路段進行了現(xiàn)場認知評價試驗，研究了基于認知評語數(shù)據(jù)的汽車駕駛?cè)藢Φ缆窏l件安全性認知因素的模糊評價方法，進而以實測的公路典型路段上的平均行車速度統(tǒng)計值和道路結(jié)構數(shù)據(jù)為樣本，

4、研究了描述駕駛?cè)诵熊嚂r基于安全性考量的車速模糊控制規(guī)則建模技術，最后，結(jié)合加/減速度控制模型，建立了車輛駕駛?cè)说能囁倏刂七壿嬐评砟Ｐ汀?3.研究了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真技術平臺中的車輛動力學建模技術以及實現(xiàn)車輛動力學網(wǎng)絡實時解算的關鍵技術，并論述了車輛三維模型數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)技術和視景驅(qū)動技術。針對車輛動力學解算實時性的特點，研究了用于虛擬仿真的十一自由度車輛動力學三維模型，該模型主要包括整車操縱穩(wěn)定性模型、輪胎模型、轉(zhuǎn)

5、向系模型、發(fā)動機模型、制動系模型等。在該模型基礎上，利用Winsock網(wǎng)絡通信技術建立了車輛動力學網(wǎng)絡實時解算軟件系統(tǒng)。通過對車輛三維幾何建模技術的研究，建立了基于MultigenCreator的轎車、貨車、越野車和客車的三維模型數(shù)據(jù)庫。此外，還利用LOD模型簡化技術研究了提高車輛三維模型運行實時性的技術手段，利用光照模型、紋理映射等真實感圖形處理技術研究了提高車輛三維模型真實感的技術方法。 4.研究了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行

6、虛擬仿真平臺中地形、道路和環(huán)境的三維模型生成技術以及提高模型逼真度和運行實時性的技術手段。研究了基于分形理論和真實地形數(shù)據(jù)的三維地形生成技術，探討了Choptexture(分割紋理)和Cliptexture(裁剪紋理)技術在地形的優(yōu)化顯示技術方面的應用，并研究了繪制優(yōu)先級技術、外部引用和實例化技術在道路和環(huán)境模型數(shù)據(jù)庫加速顯示方面的應用。 5.研究了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真平臺中的硬件實現(xiàn)技術，成功設計并搭建了虛擬仿真

7、試驗系統(tǒng)的硬件平臺，研究了互動模式中基于半實物模型的交互信號采集技術。硬件平臺的實現(xiàn)主要包括三部分的工作：一是RC系統(tǒng)的方案設計；二是模擬駕駛操作臺的幾何設計;三是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)，即利用單片機技術、計算機串行通信技術實現(xiàn)對模擬操作信號(加速踏板、制動踏板、離合器、變速器、方向盤等信號)的數(shù)據(jù)采集和標定。此外，為了實現(xiàn)系統(tǒng)平臺的通用性，還利用DirectX8.0SDK研究了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真系統(tǒng)中模擬器的數(shù)據(jù)采集接口技

8、術。 6.系統(tǒng)地研究了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行仿真系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)技術，開發(fā)了虛擬仿真軟件系統(tǒng)，并在人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真平臺上進行了包括駕駛?cè)?、車輛、一級公路和環(huán)境在內(nèi)的虛擬仿真試驗。利用MFC和VegaAPI實現(xiàn)了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行系統(tǒng)中視景仿真模塊的開發(fā)，在Multi-Agent理論的基礎上實現(xiàn)了交通環(huán)境中自由行駛車輛的行為模擬；利用碰撞檢測算法解決了車輛與道路或環(huán)境物體的碰撞問題，利用OpenGLpe

9、rformer研究了仿真狀態(tài)信息的動態(tài)顯示技術，利用Winsock和DR算法研究了多通道視景同步顯示技術，還研究了仿真過程的AVI錄制和回放技術。 綜上所述，本研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1.首次提出以人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真技術的研究和應用作為在公路工程和安保工程中落實“以人為本、以車為本”理念的切入點這一嶄新思路； 2.首次提出并論述了人-車-路(環(huán)境)系統(tǒng)聯(lián)合運行的自行模式和互動模式仿真

10、的概念； 3.首次系統(tǒng)和定量地研究了道路和交通環(huán)境對行車速度的誘導特性，建立了駕駛?cè)说能囁倏刂朴嬎隳Ｐ停?4.應用十一自由度車輛動力學模型開發(fā)了C/S結(jié)構的車輛動力學網(wǎng)絡實時解算軟件系統(tǒng)； 5.首次系統(tǒng)論述了基于Creator的三維道路模型的構造原理和實現(xiàn)技術； 6.首次系統(tǒng)研究了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)技術，開發(fā)了人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真平臺。 主題詞：虛擬現(xiàn)實，人-車