一种用于隧道综合监控的交互动态虚拟实现方法

摘要

本发明公开了一种用于隧道综合监控的交互动态虚拟实现方法，特点是，实现了隧道的环境，包括车辆，道路、隧道结构等的全三维虚拟仿真。在交通模型的建立中，创造性地考虑了驾驶员的行为属性，并详细分解了车辆运行的各种模式仿真计算模型。对隧道环境的仿真考虑了车辆的排放因子、通风、隧道造型等的影响。实现了隧道交通、排风、环境等的隧道综合性的仿真系统。本发明的有益效果是：提供虚拟试验环境，可以在隧道施工以前了解设计效果、有效安排施工方案，缩短设计周期，提高设计质量，节省设计和施工费用；为隧道优化控制方案、改善控制策略，有效地提高控制效率。虚拟仿真技术在隧道仿真的成功应用可以为其它行业提供借鉴和参考。

主权项

1、一种用于隧道综合监控的交互动态虚拟实现方法，其特点是，方法包括以下步骤：(1)采用VC构建系统平台和相关界面，应用三维图形仿真工具OpenInventor来实现三维场景的虚拟仿真；(2)建立三维场景；对于复杂的模型借助三维CAD软件，UG、Pro-E建立，再通过“Virtual RealityModeling Language”方式读入仿真场景；(3)建立包含仿真数据和系统所需知识库，具体包括：●模型数据：包括车辆、隧道模型数据；●仿真的原始数据和参数：包括车辆属性参数、隧道状况参数、外界环境状况参数；●仿真结果的分析和统计数据：包括隧道内车辆数量、平均速度、最大一氧化碳浓度的统计；●仿真分析知识库是指应用仿真结果数据对隧道状况进行分析评价的知识或模型，应用它们可以给出对隧道进行控制建议；(4)采用三维鼠标实现隧道全景或局部的交互式三维漫游；(5)车辆的动态产生、存储和动态消失；应用VC本身的一个链表类CobList，CobList进行车辆的存储；当车辆到达预定的位置时，就使车辆消失，在车辆到达目的地需要消失的时候，就取消以前分配的那块内存，并同时从隧道仿真场景中消失；(6)建立交通流仿真数学模型：包括：A、车辆产生模型即发车模型，所述的车辆产生模型主要用于仿真单体的初始化，此模型完成驾驶员属性和车辆属性的初始化；B、出行时间产生模型是用于描述连续时间间隔内源节点的出发车辆数，并且符合泊松分布；C、跟车模型，包括自由流模式、紧急跟车模型和一般跟驰模型，自由流模式是指当车辆处于头车位置或与同车道的前车距离大于跟驰界限时即车头时距大于8秒时，车辆处于自由行驶状态，紧急跟车模型是指当后行车辆与前车距离小于某一预设值时，采用紧急跟车模型，一般跟驰模型是指当相邻两车的车头时距小于跟驶阀值而又未到车头时距的最小值时，车辆处于跟驶状态；D车道变换模型：车辆的换道意图，主要分为强制性换道和选择性换道，强制性换道是车辆由于转弯或前方发生交通事故或车道使用的限制而必须换道，选择性换道则是因为车辆的行驶速度达不到或者超出了司机的心理期望值而进行换道；车道变换模型主要包含以下三个过程：决定是否变换车道的车道变换决策模型、寻找可接受的空当的变换车道条件模型、车道变换的具体策略的变换车道执行策略模型；(7)实现交通仿真：每个车道的车流采用链表形式的结构保存，仿真过程用周期扫描法；(8)确定空气状况决定因素；它包括：车辆数量、车辆污染物排放因子、车辆平均速度、风速、隧道长度、外界环境状况；(9)建立三维虚拟仿真系统，它包括以下模块：●检测数据的预处理模块检测隧道内车辆、环境状况数据，并传递给隧道交互动态三维虚拟仿真系统模型；●隧道三维漫游模块实现隧道的全景和局部的交互式三维漫游，使观察者可以根据自己的意愿，察看隧道的各个部分，包括这种设施的工作状态；●隧道交通仿真模块交通仿真模块能够根据检测数据实时仿真隧道中交通状况；●隧道空气状况仿真模块通过颜色的不同，在虚拟的三维隧道场景中实时显示隧道中空气的CO浓度、空气温度方面的分布和变化；●隧道照明状况仿真模块通过三维场景中的亮度来反应隧道的光照状态，光照状态随实时检测的光照情况变化；●智能控制模块智能控制模块是利用上述5种仿真模块中的数学模型，并结合经积累的知识和经验，建立智能控制模型，做出对隧道设备的智能控制建议或实现对设备的实时控制。