人—車(chē)—路（環(huán)境）聯(lián)合運(yùn)行虛擬仿真理論與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、大多數(shù)道路交通事故是由于人-車(chē)-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(chē)-路(環(huán)境)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行協(xié)調(diào)性方面入手研究交通安全問(wèn)題以及如何從技術(shù)層面在公路工程和安保工程中落實(shí)“以人為本、以車(chē)為本”的設(shè)計(jì)理念成為目前我國(guó)公路交通科技發(fā)展中急需解決的問(wèn)題之一。論文首次提出以人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行虛擬仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用作為在公路工程和安保工程中落實(shí)“以人為本、以車(chē)為本”理念的切入點(diǎn)這一嶄新思路，即在所建立的人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)

2、合運(yùn)行虛擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行面向公路線(xiàn)形、景觀、交通工程設(shè)施、安保工程等設(shè)計(jì)方案的仿真試驗(yàn)，研究和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的人-車(chē)-路(環(huán)境)綜合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，從而為公路交通相關(guān)問(wèn)題的研究提供高科技的技術(shù)手段。 論文針對(duì)用于人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)的虛擬仿真技術(shù)體系，圍繞虛擬仿真系統(tǒng)中人、車(chē)、路(環(huán)境)三要素的建模理論及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，研究了人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行虛擬仿真理論及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，研究的主要內(nèi)容有： 1.提出并論述了人-

3、車(chē)-路(環(huán)境)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的自行模式和互動(dòng)模式仿真的概念。并在分析目前道路安全評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，提出了基于該虛擬仿真平臺(tái)的道路安全評(píng)價(jià)模型。 2.在系統(tǒng)、定量地研究道路和交通環(huán)境對(duì)行車(chē)速度誘導(dǎo)特性的基礎(chǔ)上，建立了自行仿真模式中駕駛?cè)说能?chē)速控制計(jì)算模型。對(duì)公路典型路段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)知評(píng)價(jià)試驗(yàn)，研究了基于認(rèn)知評(píng)語(yǔ)數(shù)據(jù)的汽車(chē)駕駛?cè)藢?duì)道路條件安全性認(rèn)知因素的模糊評(píng)價(jià)方法，進(jìn)而以實(shí)測(cè)的公路典型路段上的平均行車(chē)速度統(tǒng)計(jì)值和道路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為樣本，

4、研究了描述駕駛?cè)诵熊?chē)時(shí)基于安全性考量的車(chē)速模糊控制規(guī)則建模技術(shù)，最后，結(jié)合加/減速度控制模型，建立了車(chē)輛駕駛?cè)说能?chē)速控制邏輯推理模型。 3.研究了人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行虛擬仿真技術(shù)平臺(tái)中的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)建模技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算的關(guān)鍵技術(shù)，并論述了車(chē)輛三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和視景驅(qū)動(dòng)技術(shù)。針對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)解算實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，研究了用于虛擬仿真的十一自由度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)三維模型，該模型主要包括整車(chē)操縱穩(wěn)定性模型、輪胎模型、轉(zhuǎn)

5、向系模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、制動(dòng)系模型等。在該模型基礎(chǔ)上，利用Winsock網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)建立了車(chē)輛動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算軟件系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)車(chē)輛三維幾何建模技術(shù)的研究，建立了基于MultigenCreator的轎車(chē)、貨車(chē)、越野車(chē)和客車(chē)的三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，還利用LOD模型簡(jiǎn)化技術(shù)研究了提高車(chē)輛三維模型運(yùn)行實(shí)時(shí)性的技術(shù)手段，利用光照模型、紋理映射等真實(shí)感圖形處理技術(shù)研究了提高車(chē)輛三維模型真實(shí)感的技術(shù)方法。 4.研究了人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行

6、虛擬仿真平臺(tái)中地形、道路和環(huán)境的三維模型生成技術(shù)以及提高模型逼真度和運(yùn)行實(shí)時(shí)性的技術(shù)手段。研究了基于分形理論和真實(shí)地形數(shù)據(jù)的三維地形生成技術(shù)，探討了Choptexture(分割紋理)和Cliptexture(裁剪紋理)技術(shù)在地形的優(yōu)化顯示技術(shù)方面的應(yīng)用，并研究了繪制優(yōu)先級(jí)技術(shù)、外部引用和實(shí)例化技術(shù)在道路和環(huán)境模型數(shù)據(jù)庫(kù)加速顯示方面的應(yīng)用。 5.研究了人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行虛擬仿真平臺(tái)中的硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)，成功設(shè)計(jì)并搭建了虛擬仿真

7、試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，研究了互動(dòng)模式中基于半實(shí)物模型的交互信號(hào)采集技術(shù)。硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)主要包括三部分的工作：一是RC系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；二是模擬駕駛操作臺(tái)的幾何設(shè)計(jì);三是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，即利用單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)串行通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬操作信號(hào)(加速踏板、制動(dòng)踏板、離合器、變速器、方向盤(pán)等信號(hào))的數(shù)據(jù)采集和標(biāo)定。此外，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)的通用性，還利用DirectX8.0SDK研究了人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行虛擬仿真系統(tǒng)中模擬器的數(shù)據(jù)采集接口技

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

9、rformer研究了仿真狀態(tài)信息的動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，利用Winsock和DR算法研究了多通道視景同步顯示技術(shù)，還研究了仿真過(guò)程的AVI錄制和回放技術(shù)。 綜上所述，本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.首次提出以人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行虛擬仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用作為在公路工程和安保工程中落實(shí)“以人為本、以車(chē)為本”理念的切入點(diǎn)這一嶄新思路； 2.首次提出并論述了人-車(chē)-路(環(huán)境)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的自行模式和互動(dòng)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(duì)行車(chē)速度的誘導(dǎo)特性，建立了駕駛?cè)说能?chē)速控制計(jì)算模型； 4.應(yīng)用十一自由度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型開(kāi)發(fā)了C/S結(jié)構(gòu)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(gòu)造原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)； 6.首次系統(tǒng)研究了人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了人-車(chē)-路(環(huán)境)聯(lián)合運(yùn)行虛擬仿真平臺(tái)。 主題詞：虛擬現(xiàn)實(shí)，人-車(chē)