一種車輛運動模擬中交通故障的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通仿真和計算機圖形學的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車輛運動模擬中 交通故障的建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輛運動模擬是城市場景建模中的一項重要組成部分。大量三維虛擬仿真中都需 要融入逼真的車輛運動模擬效果，如virtual earth, city engine, city life等應用軟件 及游戲。因此，隨著計算機圖形學技術(shù)的迅速發(fā)展，車輛運動模擬技術(shù)吸引了越來越多學者 的研究。
[0003] 車輛運動中會產(chǎn)生各種類型的交通故障，如線路設(shè)施受到破壞造成線路封閉等一 些由線路引發(fā)的交通故障；還如車輛拋錨、連環(huán)相撞等一些由車輛引發(fā)的交通故障?，F(xiàn)有的 車輛運動模擬技術(shù)中，尚無一種對這些故障的統(tǒng)一建模方式，即需要針對不同的故障采用 不同的方法，并且各種方法都存在一定的弊端。首先，對于由線路引發(fā)的交通故障，現(xiàn)有方 法一般通過關(guān)閉街道、設(shè)置信號燈等線路屬性控制生成。這種方法適合用于持續(xù)時間較長 的故障，對于臨時故障，需要在模擬過程中頻繁地修改靜態(tài)路網(wǎng)線路數(shù)據(jù)，這樣不僅不利于 線路數(shù)據(jù)的維護，也會降低模擬效率。另外，對于由車輛引發(fā)的交通故障，現(xiàn)有方法一般采 用單獨控制的手段實現(xiàn)事故車輛運動狀態(tài)的控制，這種方法需要每幀都要對事故車輛單獨 進行控制，繁瑣且不利于交互編輯。
[0004] 如何米用一種統(tǒng)一的方法來建模各種交通故障，從而方便車輛運動模擬過程中對 各種交通故障的各種編輯和修改，這一問題一直沒有得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)在車輛運動模擬中缺乏統(tǒng)一的方便用戶編輯的交 通故障建模方法，提供了一種車輛運動模擬中交通故障的建模方法，通過對各種交通故障 的分析，采用影子交通車輛建模各種交通故障，應用時，通過修改影子車輛的屬性，實現(xiàn)了 各種交通故障的編輯和修改。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種車輛運動模擬中交通故障的建模 方法，其步驟如下：
[0007] 1.交通故障強度建模：采用空間強度、時間強度和狀態(tài)強度來刻畫交通故障屬 性，將交通故障屬性轉(zhuǎn)化為可以度量的值來刻畫；
[0008] 2.交通故障強度與影子車輛狀態(tài)關(guān)系建模：將交通故障強度轉(zhuǎn)化為影子車輛的 數(shù)目、位置、生命周期和速度，從而借用影子車輛的生成和消亡來刻畫故障的產(chǎn)生和清除；
[0009] 3.基于影子車輛的車輛運動模擬：將影子車輛的運動和現(xiàn)有車輛運動模擬模型 模擬的車輛運動相結(jié)合，使得影子車輛參與到整個路網(wǎng)內(nèi)車輛運動模擬中。
[0010] 所述空間強度、時間強度和狀態(tài)強度的建模方法是：
[0011] 1)空間強度由交通故障涉及到的路網(wǎng)車道數(shù)目以及所涉及車道上占據(jù)的里程范 圍決定，空間強度α為：
[0013] 其中，η表示交通故障涉及到的路網(wǎng)內(nèi)車道總數(shù)目，N1表示第i條故障車道的車道 編號，〇〈 = i〈 = η 表示編號為N1的車道上的交通故障空間強度；分別 表示交通故障在第N1條車道上占據(jù)的區(qū)域起點、終點里程值；
[0014] 2)時間強度由交通故障的持續(xù)時長決定，時間強度β為：
[0015] β = μΤ (2)
[0016] 其中，T表示交通故障持續(xù)的時長，μ表示故障結(jié)束后交通恢復時長的參數(shù)，為不 小于1的常數(shù)；
[0017] 3)狀態(tài)強度由交通故障發(fā)生前后道路通行能力的比值決定；由于同一交通故障 會對不同車道造成不同的影響，一起交通故障的狀態(tài)強度定義為該交通故障涉及的所有車 道N1,0〈 = i〈 = η上狀態(tài)強度的并集，則狀態(tài)強度γ為：
[0019] 其中，心;.表示編號為N1的車道上的交通故障狀態(tài)強度，'表示事故發(fā)生后車 道隊上的通行速度，表示交通暢行時車道隊上的通行速度。
[0020] 所述影子車輛的數(shù)目、位置、生命周期和速度與交通故障強度的關(guān)系分別為：
[0021] 1)影子車輛的數(shù)目M由交通故障的空間強度α決定，令影子車輛數(shù)目M為交通故 障占據(jù)的里程值和最小安全車間距的比值：
[0022]
[0023] 其中，(J)1為空間強度α和影子車輛的數(shù)目M之間的映射關(guān)系，L表示交通最小安 全車距，L」表示向下取整；
[0024] 2)影子車輛位置指的是M輛影子車輛中每輛車的具體位置信息，由交通故障的空 間強度決定：在所有故障發(fā)生的車道N1,0〈 = i〈 = η上從交通故障占據(jù)區(qū)域的起點里程 至終點里程％^^之間以最小安全車距L為間隔均勻放置影子車輛；若當前間隔內(nèi) 已有車輛，則將該車輛標識為帶標記的影子車輛并計入影子車輛總數(shù)目中；
[0025] 3)影子車輛的生命周期指的是車輛運動模擬中影子車輛參與或被干預的時長，由 交通故障時間強度β決定：令影子車輛生命周期τ和交通故障時間強度β之間的映射關(guān) 系為Φ2，通常影子車輛的生命周期τ等于當前交通故障時間強度β值：
[0026] τ = φ 2 (β ) = β (5)
[0027] 4)影子車輛的速度ν指的是影子車輛在生命周期τ內(nèi)的運行速度，由交通故障的 狀態(tài)強度γ決定；令交通故障的狀態(tài)強度和車輛速度之間的映射關(guān)系為Φ3，則
[0028] V= Φ 3 (γ) = Vj free* γ j (6)
[0029] 其中，j表示當前影子車輛所在的車道編號，
，即影子車輛位于事故車 道上；\_表示交通暢行時，在編號為j的車道上交通通行速度，γ 表示該車道上的交通 狀態(tài)強度。
[0030] 所述車輛運動模擬中對非影子車輛和影子車輛的狀態(tài)進行更新的方法如下：
[0031] 1)非影子車輛根據(jù)當前選用的車輛運動模擬為跟車模型，計算得出的速度進行位 置狀態(tài)更新；
[0032] 2)位于生命周期內(nèi)的影子車輛根據(jù)V = Φ3(γ) = 行速度、位置更 新；
[0033] 3)生命周期結(jié)束的影子車輛：
[0034] a)若為帶標記的影子車輛，則將該影子車輛變?yōu)榉怯白榆囕v繼續(xù)進行位置狀態(tài)更 新；
[0035] b)若為不帶標記的影子車輛，則刪除該影子車輛，影子車輛個數(shù)隨之減少。
[0036] 所述交通最小安全車距L的取值為5m。
[0037] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0038] 1.將對交通故障的刻畫轉(zhuǎn)化為對影子車輛狀態(tài)的刻畫，使得任何形式的交通故障 都可以統(tǒng)一、方便的建模。
[0039] 2.將影子車輛的運動和整個路網(wǎng)內(nèi)車輛的運動相結(jié)合，通過修改影子車輛的各種 屬性來編輯各種交通故障，提高了模擬過程中的交互性。
【附圖說明】
[0040] 以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限 定。
[0041 ] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0042] 圖2為本發(fā)明交通故障強度和影子車輛的狀態(tài)關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0043] 如圖1所不，一種車輛運動模擬中交通故障的建模方法，包括交通故障強度建模、 交通故障強度與影子車輛狀態(tài)關(guān)系建模以及基于影子車輛的車輛運動模擬三部分。
[0044] 1.交通故障強度建模
[0045] 交通故障強度建模主要采用空間強度、時間強度和狀態(tài)強度來刻畫交通故障屬 性，將交通故障屬性轉(zhuǎn)化為可以度量的值來刻畫。
[0046] 1)空間強度指的是交通故障影響的空間位置范圍，由交通故障涉及到的路網(wǎng)車道 數(shù)目以及所涉及車道上占據(jù)的里程范圍決定，即空間強度α為：
[0048] 其中，η表示交通故障涉及到的路網(wǎng)內(nèi)車道總數(shù)目，N1表示第i條故障車道的車道 編號，0〈 = i〈 = η。,表示編號為N1的車道上的交通故障空間強度，分別 表示交通故障在第N1條車道上占據(jù)區(qū)域的起點、終點里程值，此處占據(jù)的區(qū)域即交通故障 的發(fā)生區(qū)域。
[0049] 2)時間強度指的是交通故障影響的時間范圍，由交通故障的持續(xù)時長決定，時間 強度β為：
[0050] β = μΤ (2)
[0051] 其中，T表示交通故障持續(xù)的時長，μ表示故障結(jié)束后交通恢復時長的參數(shù)，為不 小于1的常數(shù)。若故障結(jié)束后交通立即恢復正常，則μ = 1。
[0052] 3)狀態(tài)強度指的是交通故障對道路通行能力的影響力度，由交通故障發(fā)生前后道 路通行能力的比值決定。由于同一交通故障會對不同車道造成不同的影響，所以本發(fā)明中， 一起交通故障的狀態(tài)強度定義為該交通故障涉及的所有車道上狀態(tài)強度的并集，則狀態(tài)強 度γ為：
[0054] 其中，心，表示編號為N1的車道上的交通故障狀態(tài)強度，表示事故發(fā)生后車 道N1上的通行速度，表示交通暢行時車道N1上的交通通行速度。
[0055]