虚拟仿真技术在道路设计中的应用-道路勘测设计论

1、.道路勘测设计论文虚拟仿真技术在道路设计中的应用摘要目前我国的交通道路进入快速发展阶段，人们对于道路的需求越来越高。但我国现在处于一个很尴尬的境地，由于我国的虚拟仿真技术的落后，导致我国道路的技术在新的领域上落后于那些欧美国家。虚拟仿真技术目前已经是设计领域的最常用做法。在道路勘测中，由于道路设计的复杂性，传统的道路设计已经不再适用，例如经验模型法和分析模型法，所以使用虚拟仿真技术来进行相关设计，同时也成为交通道路应用软件发展的新趋势。本文简要介绍了虚拟仿真的特点并结合虚拟仿真在交通道路领域的最新应用情况，对虚拟仿真技术的前景进行展望。关键词：虚拟仿真 道路勘测Virtual Simulati

2、on Technology in Road Survey and DesignABSTRACTAt present, China's traffic roads into the rapid development stage, the demand for increasingly high road. But China is now in a very awkward position, because our virtual simulation technology behind the technology of the road leading to the new ar

3、eas lag behind those in Europe and America. Virtual simulation technology is already the most common practice in the field of design. In the road survey, due to the complexity of road design, road design tradition is no longer applicable, such as empirical modeling, and analysis model method, so the

4、 use of virtual simulation technology to carry out the relevant design, but also become a transportation application software development of the new road trend. This paper introduces the features of virtual simulation and virtual simulation combined the latest in the field of road transport applicat

5、ions, the prospect of virtual simulation technology will be discussed.Key Words：Virtual Simulation Technology Road Survey and Design 目 录摘 要1ABSTRACT2目 录3第一章引 言4第二章 虚拟仿真技术52.1 虚拟仿真技术的必要性52.2 虚拟仿真技术综述5第三章 交通道路的虚拟仿真63.1 交通虚拟仿真63.2 行人虚拟仿真73.3 交通标志标线虚拟仿真73.4 交通事故虚拟仿真8总结语8参考文献9 第一章 引 言随着我国的交通事业迅速的发展。在交通仿真

6、应用软件不断更新，除了模型本身，虚拟现实技术的应用越来越多的成为这些软件发展的新趋势以及评价的一个重要指标，为实际应用提供了更为直观、有效的工具。“以人为本，设计宽容道路”是设计道路的基本原则，在虚拟仿真软件的模拟下，可以更加直观的了解到人-车-路三者的关系。结合驾驶员的操作行为和车辆的动力学属性的实时动态信息对于模拟道路上的突发情况是最为接近现实的，而虚拟仿真技术可以实现这一要求。同时，虚拟仿真技术可以模拟道路的线行、坡度、视距等，这也就以为这当出现交通意外时，可以清楚地以驾驶员的视角观察到问题出现在哪些地方，然后再对设计进行修正，大大减少了交通事故的发生可能性。本文就交通道路仿真中虚拟仿真

7、技术的一些应用进行分析和介绍。虚拟仿真技术的道路模型 图1第二章 虚拟仿真技术2.1 虚拟仿真技术的必要性随着科学技术的发展，虚拟技术和仿真技术有效的结合在一起，让人们对于一些不可知预知的情况有了更多的方法去了解。从传统的虚拟仿真技术来看，很少有涉及到仿真感知模型，这也就意味着人们无法了解到外界的情况。随着计算机技术和多媒体技术的发展，仿真技术对于感知的模型也有了足够的支持。虚拟和仿真完美的结合在一起，虚拟技术进行环境的模拟设计，仿真技术对环境进行现实化处理，可以清楚的了解到当时外界的情况。让人们更好的对设计进行改正。具体来说，交通道路虚拟仿真是运用现在计算机技术建立能够代替实际交通系统的计算

8、模型的研究过程，这个模型可以再现显示交通的特性，分析在各种条件下交通系统的各种可能情况，通过这个模型的实验结果，可以寻找出现实问题的最优解、评价运输设施各类设计的效果。2.2 虚拟仿真技术综述构想交互沉浸 虚拟仿真技术，又称临境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征（如图）的计算机高级人机画面。它综合利用了计算机图形技术、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模型人的听觉、视觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机模型的虚拟情境中，并能够与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。使用者能够通过虚拟仿真系统对现实环境进行判断和分析。虚拟仿

9、真技术具有超越现实的虚拟性。虚拟仿真的核心依然是计算机，它的主要一个功能就是根据使用者的需要进行全方位的模拟现实，让使用者能够在特定条件下进行使用和感受。这为人们对于探索世界有了更多的帮助，从某种意义上来说，虚拟仿真技术是一种将概念设计转化为现实事物，让人们以极少的成本进行探索和分析，完成复杂的实验。虚拟仿真技术已经和理论分析、科学实验一起成为人类探索客观世界的三大手段。第三章 交通道路的虚拟仿真3.1交通虚拟仿真交通系统是一个涉及驾驶员、车辆、道路、交通环境相互作用的复杂系统。它既有确定性的一面，又有随机的一面，同时还受到人为因素的影响。由于我国目前交通事业的发展非常迅速，各个城市都在大量的

10、建设道路，这对于交通系统的复杂性来说，更是一大难题。对于这些复杂的交通因素，运用传统的分析方法即经验模型法和分析模型法是很难加以科学、直观的分析，并且得出的结论也和现实有着不小的差异。随着计算技术的飞速发展，在复杂的交通系统设计和分析中，虚拟仿真技术得到了大量的运用。随着“数字交通”这一概念的提出，和大量的基础设施的建设，人们在对交通仿真精度更高要求的同时对系统界面的直观度也有了更多的要求。虚拟仿真技术是解决这一问题的最好途径。从2000年后，我国对交通道路虚拟仿真技术有了更多的重视，开始着手研究。在软件方面，我国目前比较成功的交通虚拟仿真软件时由同济大学和浙江大学编写的。当前微观虚拟仿真技术

11、应用比较多的领域是城市地理系统，结合虚拟现实技术将数据进行可视化处理，让人们更加直观的对交通状况进行分析和研究，得出最利于交通通行的方案。虚拟仿真技术同时还可以模拟城市的环境、地理位置、建筑位置等，将城市进行3D化处理，采用纹理和贴图技术、LOD模型、动态多分辨率的纹理与影像优化技术，进行细节的模拟，让城市交通具有生命。3.2行人虚拟仿真随着城市化的进展，城市的人口越来越多，这使得交通的压力也越拉越大。如何建设一个安全的交通系统网越来越得到人们的重视。在初期交通道路设计时，很少会考虑到行人的各种影响，都是以车辆为主的设计。但事实上行人的影响是不可忽略的，行人对于交通的影响从某些意义上来说比车辆

12、的影响更大，所以对行人进行虚拟仿真研究是很必要的。目前比较通用的行人仿真模拟软件大多是国外开发的，例如Keith Still教授在1996年开发的Legion虚拟仿真系统；英国合乐（Halcrow）公司开发的PAXPORT虚拟仿真系统；荷兰Delft理工大学开发的NOMAD虚拟仿真系统；ANSYS公司开发的STEPS虚拟仿真系统。可以发现行人仿真系统的研究并没有给予更多的关注，在最近的一些年里，没有新的系统出现，大多是在原有的基础上进行添加和修正。我国在这一方面的研究要加紧步伐。目前我国面临的最大问题是，交通流是混合流，这就意味着行人是必不可少的一环。但国外的交通虚拟仿真软件大多数都没有行人的

13、仿真功能，也就是说我们的实际情况并不适合使用国外的那些虚拟仿真软件。希望我们的交通部能够更加重视这一方面的研究，这是未来道路发展的方向，也是未来道路进行变革的方向。3.3交通标志标线虚拟仿真交通标志标线的设计应满足驾驶员在极短的时间内能够分辨出标志标线的要求，即满足道路交通标志标线的视认性的要求。目前，我国的道路标志标线的设计大多是在实验室内静态测试与实车场地动态测试两种，但事实上这种方法具有很多的不足之处。在欧美国家，使用虚拟仿真技术来开发和研究标志标线越来越多。应用虚拟仿真技术进行标志标线的设计可以采用三维虚拟仿真技术，从人机工效的角度，实现人-车-路三维互动仿真，最大程度上的实现在现实场

14、景中的情况，对驾驶员在驾驶时看到标志标线的反应进行更加直观的分析和研究，然后进行设计的综合评价，从而得到交通标志标线的最优方案，节约试验费用。3.4 交通事故虚拟仿真传统的交通事故分析主要依靠尺度测量、摄像机监测、人为判断，可以很明显的看出这些方法的弊端。交通事故现场比较先进的手段是用全站仪代替皮尺进行现场测量和比例图的绘制，效率有了一定的提高，但和图像测距技术相比仍有相当大的差距。目前，基于虚拟仿真技术的事故模拟分析是最好的方法。虚拟仿真技术可以以三维的动画形式演示出驾驶员和车辆在整个事故中的一系列动作，同时还可以添加环境的影响，让整个场景更加真实，接近于现实。在这种情况下，可以通过动画的模拟，得出事故的各个数据，这对于事故的分析和研究具有重要的意义。我国也以及开始了研究汽车碰撞事故的计算机模拟研究，也取得了一定的成果，但目前我国还处于起步阶段，事故数据的分析和处理基础很薄弱，还需要进一步的发展和改进。总结语由于传统的设计方法并不能对人-车-路进行全方位的设计，所以虚拟仿真技术现在世界上最主流的设计方法。但目前绝大部分的虚拟仿真技术也还是停留在视听阶段，并不能提供触觉和嗅觉，不过相信随着计算机技术的发展，这些技术也会在不就得将来得到应用。而虚拟仿真技术也会应用于更多的领域，为世界的发展带来新的动力。可以预