基于縮微智能車的交通流仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能交通控制技術(shù)領(lǐng)域的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，具體地，涉及一種基于縮微智能車的交通流仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車保有量的迅速增加為當(dāng)今的交通系統(tǒng)帶來了環(huán)境污染、交通擁堵、交通安全降低等一系列問題，這些問題引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。其中，交通擁堵問題源于缺乏有效的交通流控制。通過科學(xué)的交通流管理和控制，不僅能有效提高城市道路交通的運(yùn)行效率，而且能夠合理分配城市交通設(shè)施資源，提高城市自身利用率。因此，交通流研宄具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用意義。
[0003]現(xiàn)有的交通流研宄手段主要包括軟件仿真、實(shí)車交通流實(shí)驗(yàn)和縮微交通流仿真實(shí)驗(yàn)。軟件仿真是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)上模擬真實(shí)的交通環(huán)境和交通流。軟件仿真方法被廣泛用于交通系統(tǒng)的分析和評(píng)估。盡管軟件仿真是一種重要的交通流研宄手段，但是軟件仿真虛擬的環(huán)境是理想環(huán)境，車輛模型是簡(jiǎn)化的模型，同時(shí)無法完全模擬人的駕駛行為。
[0004]實(shí)車交通流實(shí)驗(yàn)是讓真實(shí)的車輛行駛在真實(shí)的場(chǎng)景中，車輛和場(chǎng)景周邊配備有相關(guān)的傳感器和測(cè)量設(shè)備，實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中的交通流信息。日本和美國(guó)都做過小規(guī)模的可控交通流實(shí)驗(yàn)。中國(guó)也有專門的交通系統(tǒng)試驗(yàn)場(chǎng)地。實(shí)車交通流實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃畲蟪潭鹊啬M真實(shí)場(chǎng)景，但是實(shí)車實(shí)驗(yàn)成本高昂，實(shí)驗(yàn)難度大，實(shí)驗(yàn)規(guī)模有限，實(shí)驗(yàn)成功率低。同時(shí)，實(shí)車交通流實(shí)驗(yàn)缺少全局觀測(cè)視角。
[0005]縮微交通流仿真實(shí)驗(yàn)是將典型交通環(huán)境和車輛按比例縮小，模擬城市交通流。縮微交通流仿真實(shí)驗(yàn)不僅能在一定程度上彌補(bǔ)軟件仿真方法的不足，而且可以進(jìn)行大規(guī)模、可重復(fù)、多場(chǎng)景的交通流實(shí)驗(yàn)。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)有重慶科學(xué)院、清華大學(xué)、武漢理工大學(xué)、上海交通大學(xué)搭建了縮微交通場(chǎng)景，這些場(chǎng)景涉及多車道、立交、十字路口等復(fù)雜元素。但是上述縮微場(chǎng)景缺乏全局信息反饋，車輛的感知范圍有限；縮微車上需要安裝必要的傳感器來感知周邊環(huán)境，因此車載硬件計(jì)算平臺(tái)的性能一定要保證實(shí)時(shí)性。
[0006]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?201310320830.8，公開號(hào)為103345165A，該發(fā)明涉及一種縮微智能車群的智能交通硬件在線仿真系統(tǒng)，其特征是:包括可重構(gòu)縮微道路環(huán)境實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、多臺(tái)縮微智能車、無線通信網(wǎng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控指揮終端服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，所述縮微智能車通過無線通信網(wǎng)分別與監(jiān)控指揮終端服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器無線連接，所述縮微智能車之間通過電子標(biāo)簽及無線通信網(wǎng)無線連接，所述可重構(gòu)縮微道路環(huán)境實(shí)驗(yàn)平臺(tái)周邊設(shè)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控指揮終端服務(wù)器連接。
[0007]但上述專利中車輛之間的相互感知依賴于車輛自身的傳感器，包括視覺傳感器、激光傳感器和超聲波傳感器，增加了車輛的成本。因?yàn)橐揽寇囕v自身傳感器，所以車輛只能感知自身周邊車輛，也即缺乏全局定位信息。這樣無法進(jìn)行全局的路徑規(guī)劃。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于縮微智能車的交通流仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能有效仿真各種交通場(chǎng)景下的交通流，反饋全局信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。
[0009]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種基于縮微智能車的交通流仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、縮微車群和動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)，其中:
[0010]所述運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，用于捕捉場(chǎng)景中縮微車群的圖像數(shù)據(jù)并將圖像數(shù)據(jù)傳輸給中央控制系統(tǒng)；
[0011]所述中央控制系統(tǒng)，接收所述運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)，解算出場(chǎng)景內(nèi)每一輛縮微車的位姿信息，并以該位姿信息作為控制算法的輸入，經(jīng)過計(jì)算得出縮微車的控制命令；所述位姿信息發(fā)送給所述動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)，所述控制命令發(fā)送給所述縮微車群；
[0012]所述縮微車群，接收所述中央控制系統(tǒng)發(fā)送的控制命令并執(zhí)行，可以在不同的交通場(chǎng)景下形成交通流；
[0013]所述動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)接收所述中央控制系統(tǒng)發(fā)送的縮微車的位姿信息，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上動(dòng)態(tài)地顯示實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中交通流的運(yùn)行情況，以觀察實(shí)驗(yàn)過程和記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0014]優(yōu)選地，所述的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)包括攝像頭和數(shù)據(jù)線，其中:攝像頭向場(chǎng)地內(nèi)主動(dòng)發(fā)射紅外線，捕捉經(jīng)過縮微智能車的車載反光標(biāo)簽反射光以得到圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)線傳送至所述中央控制系統(tǒng)。
[0015]更優(yōu)選地，所述的攝像頭選用能夠發(fā)射某頻段紅外光的攝像頭，并通過合理地分布多個(gè)攝像頭的安裝位置，使得實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中每一個(gè)區(qū)域都有至少三個(gè)攝像頭的視場(chǎng)進(jìn)行覆至
ΠΠ O
[0016]更優(yōu)選地，所述的攝像頭安裝方式可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的實(shí)際情況選擇安裝在墻體上或固定支架上。
[0017]優(yōu)選地，所述的中央控制系統(tǒng)包括場(chǎng)景和地圖數(shù)據(jù)庫模塊、位姿解算模塊、控制模塊、無線通信模塊，其中:場(chǎng)景和地圖數(shù)據(jù)庫模塊用于存儲(chǔ)各種不同場(chǎng)景的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)一方面用于動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)的場(chǎng)景建模，另一方面用于控制模塊的控制命令計(jì)算；位姿解算模塊用于從圖像數(shù)據(jù)解算出縮微車在場(chǎng)景中的全局坐標(biāo)和姿態(tài)；控制模塊以位姿解算模塊的輸出為輸入，計(jì)算每一輛縮微車需要的控制命令，包括轉(zhuǎn)向和加減速；控制命令由串口協(xié)議轉(zhuǎn)換成串口數(shù)據(jù)流，無線通信模塊接收計(jì)算機(jī)串口傳來的串口數(shù)據(jù)流，經(jīng)由發(fā)射端廣播式發(fā)送串口數(shù)據(jù)流給縮微車，縮微車上的車載無線通信模塊接收該數(shù)據(jù)流。
[0018]更優(yōu)選地，所述的場(chǎng)景和地圖數(shù)據(jù)庫模塊的地圖數(shù)據(jù)可以根據(jù)實(shí)際布置的場(chǎng)景方便地進(jìn)行更改。
[0019]優(yōu)選地，所述的縮微車群通過設(shè)置車載無線通信模塊接收中央控制系統(tǒng)發(fā)送的串口數(shù)據(jù)流，通過設(shè)置車載微處理器對(duì)串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行協(xié)議解析，以得到速度控制命令和轉(zhuǎn)向控制命令并執(zhí)行，在場(chǎng)景內(nèi)運(yùn)行形成交通流。
[0020]更優(yōu)選地，所述的縮微車群硬件包括縮微智能車、反光標(biāo)簽、控制電路，其中:反光標(biāo)簽安裝于縮微智能車的車頂，用于反射運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中攝像頭發(fā)射的紅外光；控制電路用于完成定時(shí)、中斷、主控循環(huán)功能和異步通信功能、縮微智能車橫向控制以及電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)。
[0021]優(yōu)選地，所述的動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)輸入是中央控制系統(tǒng)中場(chǎng)景和地圖數(shù)據(jù)庫模塊、位姿解算模塊輸出，具體的:動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)首先使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的路況信息在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行三維重構(gòu)，然后實(shí)時(shí)更新車輛位姿信息，達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的功能。
[0022]更優(yōu)選地，所述的動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)使用中央控制系統(tǒng)中場(chǎng)景和地圖數(shù)據(jù)庫模塊對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景進(jìn)行建模。
[0023]更優(yōu)選地，所述的動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)接收中央控制系統(tǒng)中位姿解算模塊發(fā)送的縮微車群位姿信息用來更新虛擬場(chǎng)景中車輛的狀態(tài)。
[0024]本發(fā)明適用于室內(nèi)環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具體大小可以根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地大小進(jìn)行調(diào)整。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0026]1、本發(fā)明是一種具有全局信息反饋功能的縮微交通流仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，場(chǎng)景中的縮微車群共享信息，為研宄如何高效地控制交通流提供了便利；
[0027]2、本發(fā)明提出了“中央控制系統(tǒng)——多智能體”的控制結(jié)構(gòu)，能夠有效