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2024年5月31日发(作者:)
ISSN
1002-4956
CN11-2034/T
实验技术与管理
第
38
卷第
1
期
2021
年
1
月
Experimental
Technology
and
Management
Vol.38
No.l
Jan.
2021
DOI:
10.1679
l/.202
1.01.010
基于
SCANeR
快速道路建模的程序化方法
杨烁
,
王雪松
,
王艳丽
,
毋妙丽
(同济大学
道路与交通工程教育部重点实验室
,
上海
201804
)
摘
要
:
在
SCANeR
Studio
中搭建道路模型是使用驾驶模拟器进行科学研究的重要环节
,
如何快速准确地建模是
实现良好实验效果的关键
与以往手动设置道路线型
、
纵断面等数据不同
,
为实现将道路
CAD
设计参数虫接导
入仿真软件中获得道路模型的目的
,
使用
tion
支持的开源程序
RoadXML
解析器
,
编写程序读取包含
道路设计参数的数据.生成
SCANeR
软件能打开的相应
RoadXML
格式道路文件
该方法可以提高建模效率
,
力口
快实验研究速度
,
关键词
:
驾驶模拟器
;
道路建模
;
RoadXML
中图分类号
:
U412.6
;
U495
文献标识码
:
A
文章编号
:
1002-4956(2021
)01
-0044-04
Programming
method
for
rapid
road
modeling
based
on
SCANeR
YANG
Shuo,
WANG
Xuesong,
WANG
Yanli,
WU
Miaoli
(Key
Laboratory
of
Road
and
Traffic
Engineering
of
Ministry
of
Education,
Tongji
University,
Shanghai
201804,
China)
Abstract:
Building
a
road
model
in
SCANeR
Studio
is
an
important
part
of
using
a
driving
simulator
for
scientific
research.
How
to
model
quickly
and
accurately
is
the
key
to
achieve
good
experimental
results.
Apart
from
the
previous
manual
setting
of
road
line
type,
profile
and
other
data,
and
in
order
to
achieve
the
purpose
of
directly
importing
Road
CAD
design
parameters
into
simulation
software
to
obtain
road
model,
the
open
source
program
RoadXML
parser
supported
by
tion
is
used
to
write
a
program
to
read
the
data
containing
road
design
parameters,
and
generate
the
corresponding
RoadXML
format
road
file
that
SCANeR
software
can
open.
This
method
can
improve
the
modeling
efficiency
and
speed
up
the
experimental
research.
Key
words:
driving
simulator;
road
modeling;
RoadXML
驾驶模拟器具有安全
、
准确
、
可重复的实验环境
碰撞预警算法
。
驾驶模拟平台在实验教学中的应用也
越来越广泛
,
但作为一种大型仪器设备
,
同样存在专
等突出优势
,
可以支持交通安全研究
,
交通心理与行
为
,
智能交通系统
(ITS)
中的人车路系统
,
基于安全因
素的交通设施设计与维护
,
汽车的设计
、
研发与测试
等领域的研究与开发
》
2
】
。
基于驾驶模拟器的研究成果
非常丰富
,
如道路设计有与安全评估方面
,
文献
[3
—
4]
研究了高速公路组合路段设计与车速和车道偏移的关
业性强
、
使用率低
、
软件专用
、
不易获取信息等问题
,
如何提高其使用率和增加效益
,
是实验室管理者面临
的共同问题冋
。
道路场景建模是驾驶模拟实验进行的根本基础
,
会耗费研究者大量的时间精力
,
场景对实验结果具有
决定性影响
。
关于如何搭建模型的相关研究比较少
,
一般情况下
,
场景搭建工作都采取手工方式
〔
⑼
,
但实
系
,
评估设计安全性
;
环境影响驾驶行为方面
,
时恒
等闵利用驾驶模拟器可改变驾驶环境的特点
,
研究了
雾霾天气对车辆跟驰行为的影响
;
黄晓翔等伺研究了
际使用中存在学习成本高
、
工作烦琐
、
错误率高等缺
点
。
陈鹏等使用移动测量技术快速搭建城市道路虚
在城市道路场景下
,
驾驶员对应激场景的驾驶反应
;
Wang
等⑺研究了在模拟环境下
,
安全地获取驾驶员在
拟场景
,
可以达到良好的建模效果
,
但需要移动测量
车等特殊设备
,
不具有推广性
。
碰撞风险下安全停止所需的最小距离
,
用于研究前向
收稿日期
:
2020-04-16
本文从分析
RoadXML
的道路数据格式开始
,
用
程序化的方法导入设计参数
,
快速生成场景
,
用于解
作者简介
:
杨烁
(
1993
—
),
男.河南许昌
,
硕士
,工程师
,主要
从事虚拟驾驶平台仿真及实验管理工作
。
决高速公路一类的建模问题
。
E-mail:
*******************.cn
杨烁.等
:
基于
SCANeR
快速道路建模的程序化方法
45
1
RoadXML
及开源解析器
模拟器的体感模拟等都依赖于逻辑层道路周边环境
SCANeR
Studio
是为驾驶模拟器设计的软件工
具.能够实时记录仿真数据.采集车辆动力学参数
、
交通参数
、
环境参数
、
驾驶员操作参数等也可以添加
辅助设备采集驾驶员眼动
、
心率和面部表情等数据
:
可以使用3DSMAX
编辑或者添加
SCANeR
的原生
对象
。
本文的研究基于
2.4.1
版本的RoadXML
数据格
式
,
在开源网站
Github
上可以获取解析器的全部源
其原生地图格式为
RoadXML
,
同
OpenDrive
、
码问
,
在
Windows
系统下编译源代码得到
VS
项目.
利用
Visual
Studio
打开此项目
,
可以阅读其文档对象
模型.并在此基础上编写读写
RoadXML
格式的程序
,
OpenStreetMap
等地图格式相同
,
都是一种开源道路
数据格式
,
遵循
XML
语法.在企业和科研院所近
20年的研究历史.被普遍应用于驾驶模拟器和交通研
究中
。
同济大学建设了世界先进的八自由度运动系统的
2.4.1
版本的
RoadXML
格式说明中包含了
80
个标签
,
以及相应的属性和元素
,
部分结构如图
2
所示
驾驶模拟器
,
横
、
纵范围
5mx20m,
驾驶舱内置一辆
真实车辆.具有先进的视景和声响系统
,
高逼真地模
拟驾驶环境
,
使用
SCANeR
作为软件平台.实物如
图
I
所示
。
在软件的
Terrain
模式可以直观地编辑路网
,
路
网的全部信息以
RoadXML
格式的文件存储
,
逻辑层
的信息关键决定了车辆行驶逻辑和仿真数据
,
车辆动
力学数据
、
交通流仿真
、
路面摩擦系数控制
、
自动驾
驶车辆路径控制
、
环境声音
、
生成三维路网和驾驶
图
1
同济大学驾驶模拟器实物
图
2
RoadXML
数据结构
2
程序设计
通常情况下
CAD
设计图中的竖曲线表和直曲线
表包含了道路设计的全部参数
,
需要设计合适的表格
表
1
平面线型数据表字段名及含义
字段名
含义解释
道路起点坐标
x
X
Y
道路起点坐标
Y
并对需要的参数进行合适的处理.用于程序读取参数
生成对应的
RoadXML
文件
。
2.1
平面线型数据
Length/Angle
长度和道路方向角度
圆曲线半径
Radius
Radiusin
Radiusout
Type
name
缓和曲线入半径
缓和曲线出半径
平面线型数据保存在
XYCurve
标签及属性值中
,
其嵌套
4
种线型标签,
Segment
,
CircleArc
、
ClothoArc
类型
唯一识别名
和
Polyline.
分别表示直线
、
圆曲线
、
缓和曲线和多
段线
,
通常定义道路线型只使用前
3
个标签
。
设计数
据表的字段名如表
1
所示
。
表中
Angle
是道路起点的
2.2
高程数据
直曲线表一般只提供了桩号、
标高
、曲线半径
、
方向角度
(
0°~360°
)
,
Length
为对应线型的长度.
Type
用于区分
3
种线型
。
切线长
、
外距
、
纵坡等数据.在
SCANeR
中无法直接利
用这些数据来绘制纵断面
。
根据这些参数计算设计高
46
实验技术与管理
程
[|31
,
10
m
步长得到每个桩号相应的设计高程.或者
在纵断面设计图中直接提取桩号和设计高程的数据
:
在
SCANeR
的
Terrain
模块中可编辑高程
,
其纵
断面曲线由
3
次样条曲线拟合.拟合曲线经过所有控
制点.两控制点之间的曲线形状由斜率来控制
,
拟合
曲线在控制点处相切
,
改变某个控制点的高度或者斜
率只影响相邻两点区间中的曲线形状:为了保证路面
曲线平顺
,
不发生颠簸现象
,
使用式
(
1
)
计算每个控
制点的斜率.即此控制点左右两点之间的斜率
,
Slope,
=
知
~
⑺
(
1
)
起点和终点坐标的斜率与旁边的坐标点斜率相同
即可
,
不会影响道路整体的平顺性
。
设计纵断面表格
如表
2
所示
。
表
2
纵断面数据表字段名及含义
字段名
含义
X
控制点坐标
X
Y
控制点坐标
y
Direction
斜率
Name
唯一识别名
纵断面数据以
SZCurve
标签表示
,
嵌套
begin,
end
两个标签
,
属性值存储控制点坐标和斜率
。
2.3
程序流程与实例
程序读取表格中的所冇数据
,
每行数据都存储在
容器的对象中
.
以树-节点的方式将赋值到对应标签对
象当中
,
程序执行流程如图
3
所示
部分核心代码示例如下
:
//
需要创建多个标签的
T
点况.
Segment
,
CircleArc
等.
声明创建工厂函数
CountedPtr
SegmentElementFactory(double
length)
{
CountedPt^SegmentElemen^pSegmentElement^
dynamic_cast
(kSegmentTag));
pSegmentElement->mLength
=
length;
return
pSegmentElement;
}
〃指定输出文件名
IDOMParser*
parser
=
CreateRoadXMLParser
(sOutputFilePath,
false);
〃创建根节点
IDOMElement*
pRootElement
=
parser->
GetRootElement();
〃创建路网
CountedPtr
pNetworkElement
=
dynamic_cast
(kNetworkTag));
CountedPtr
Element
=dynamic_cast
(Create
Element(kSubNetworkTag));
pNetworkElement->_back(pSu
bNetworkElement);
〃分类型创建线型对象
CountedPtr
if
(RoadAxis[i].e("segment")
==
0)
{
pXYCurveElement->_back((Element*)
SegmentElementFactory(RoadAxis[i].length));
}
〃将线型等添加进子网
,
并保存输出文件中
pTrackElement->mXYCurve
=
pXYCurveElement;
pSubNetworkElement->_back
(pTrackElement);
IDOMElement*iNetworkElement=pNetworkElement->
BuildXMLElement(parser);
pRootElement->AddChild(iNetworkElement);
parser->Save();
3
适用性分析
程序实现了从平面图表数据和竖曲线表获取设计
道路的横
、
纵线型数据
,
由此快速生成相应的
RoadXML
文件
,
得到模拟道路.无须手动输入数据
,
可以直接
观察道路的形状
,并进行适当的调整与完善
。
在
SCANeR
中非常完美地重现了
CAD
设计图中的道路,
省略了手动输入数据过程中烦琐的数据校准
,
在数据
量巨大的情况下,
效果十分明显
。
常规的建模方式中
,
手动输入道路参数
,
数据精度只能编辑到
0.001
m,
使用程序导入数据则没有精度限制
。
在实验教学中具有促进意义
,
引导学生对软件进
行深入学习.加深对交通仿真的理解
,
牢固计算机辅
助应用知识和夯实交通专业知识.提高综合能力
,
可
根据需求合理修改程序
,
并进行探索性的实验[⑷
。
同样也存在一些不足之处
,
城市道路场景中存在
大量的交叉口
,
由于
SCANeR
软件的特性
,
无法对交
叉口进行精确编辑
;
并且存在公交车停站点等
,导致
道路横断面变化频繁
,
收集横断面数据更加烦琐
,
所
以城市道路下适用性较差
。
杨烁.等
:基于
SCANeR
快速道路建模的程序化方法
47
4
结语
1686.
使用
SCANeR
软件的机构很多.但是对于道路建
模方面的研究还非常少
。
高质量的仿真场景中道路逻
辑层面搭建是核心
,
通过引入
ParserRoadXML
构建道
路
,
可快速开展山区高速公路设计优化和安全评估
、
[5]
时恒
,
涂辉招
,高坤.基于高逼真驾驶模拟器雾霾天气下跟
驰行为分析
[J]
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同济大学学报
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94.
驾驶环境与行车安全等方面的研究
,
在
“
人一车一路
—
环境
”
要素下解决道路相关的场景搭建问题
。
对评
[7]
WANG
X,
CHEN
M,
ZHU
M,
et
al.
Development
of
a
kinematic-based
forward
collision
warning
algorithm
using
an
估道路线型设计等研究方向具有重要意义
。
同时
,
软件的使用对优化仪器设备
、
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,
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,
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版权声明:本文标题:基于SCANeR快速道路建模的程序化方法 内容由热心网友自发贡献,该文观点仅代表作者本人, 转载请联系作者并注明出处:https://www.elefans.com/dianzi/1717130028a537625.html, 本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,一经查实,本站将立刻删除。
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