一种交通行为虚拟现实实验平台及其方法

1.一种交通行为虚拟现实实验方法，其特征在于所述实验方法由交通行为虚拟现实实验平台完成，所述平台由三台计算机、仿真程序和控制程序三个部分组成，其中：
三台计算机分为一台主机和两台子机；三个显示器上同步仿真模型的运行，组成一副连续的图像，分别表达出行者的左方、前方、右方三个视角；
仿真程序基于微观仿真软件编制的仿真模型文件，用于为虚拟现实实验平台提供实验场景；
控制程序基于仿真软件的二次开发而成，由仿真主控制模块、仿真子控制模块、人机交互模块以及通信模块组成；
仿真主控制模块在主机上运行，用于：(1)通过仿真主控制模块控制仿真程序的运行，并对其参数进行实时修改与提取；(2)通过通信模块保持与子机间的通信，传达指令并接收反馈，使各台计算机同步运行；(3)通过人机交互模块实现实验人员与计算机中的其他交通流间的行为交互，并完成虚拟现实实验平台的参数设置与实验结果的采集；
人机交互模块在主机上运行，用于：(1)初始化设置虚拟现实实验平台参数；(2)利用仿真程序中的交通流检测器收集实验过程中的交通行为数据；(3)采集实验人员的键盘操作行为，将这一行为作为指令传达到虚拟现实实验平台中，通过键盘控制实验场景中的行人行为；
仿真子控制模块分别在两台子机上运行，通过通信模块接收主机发送的指令，根据指令控制子机仿真模型运行，并将仿真信息回传给仿真主控制模块；
通信模块负责主机和两台子机之间的数据通信，主机通过通信模块向两台子机传递指令，子机通过通信模块接收指令并给出反馈，主机再接收子机的反馈；
具体步骤如下：
步骤一基础模型准备：根据行人过街实验场景，利用VISSIM交通仿真软件编制仿真模型文件；
步骤二建立网络环境：将同一个仿真模型文件分别存放在主机与两台子机中，同时在主机与两台子机中分别安装虚拟现实实验平台控制程序；将三台计算机由网线连接至同一个路由器上，形成一个局域网络；运行控制程序完成主机IP设置、端口设置、连接测试，将三台机器的控制程序建立连接；
步骤三参数设置：根据行人过街实验场景，设置虚拟线圈检测器编号、检测器所在的路段号、行人过街关联路段信息、行人到达时间分布、行人信号灯模型编号、行人过街控制方案参数；
步骤四实验结果采集：参数设置完成后，进行虚拟实验，通过人机接口控制虚拟世界中的车辆、自行车或行人；在实验过程中，虚拟现实实验平台自动记录实验人员与虚拟场景中的人车交互信息，作为实验的输出数据。

一种交通行为虚拟现实实验平台及其方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于智能交通系统领域，具体涉及一种交通行为虚拟现实实验平台和方法。\n背景技术\n[0002] 交通系统是由人车路环境共同构成的复杂系统，其中任何一个元素都会影响系统的运行。传统的运用数学模型方法对交通行为进行理论分析存在很大的难度，而现场实证又受到实际场景的条件限制且存在安全问题，因此对交通行为进行实验研究是一种新的技术手段。虚拟现实技术的发展使得交通行为实验越来越成为目前学术研究和企业产品开发的辅助工具。但目前的虚拟现实实验平台还存在如下问题：\n[0003] (1)实验环境真实性差\n[0004] 传统的虚拟现实实验环境都是通过模拟简单的交通场景进行交通行为研究，由于缺少底层交通流模型的支持，无法对现实的交通状况和交通环境进行较真实的模拟，现实感比较差。\n[0005] (2)实验工具造价昂贵，难于大规模推广\n[0006] 专业的虚拟现实实验工具，比如驾驶模拟器等需要大型的实验设备，投资造价昂贵，只能在少数的实验室内进行，难于对社会进行大规模的推广。\n[0007] 基于上述考虑，需要建立一种交通行为虚拟现实实验平台和方法。\n发明内容\n[0008] 本发明的目的在于提供一种新的交通行为虚拟实验平台，该平台除三台计算机外，无需额外硬件设备，且该平台满足虚拟现实系统沉浸性、交互性以及现实感等实验特点，且造价便宜，易于携带，可以作为大规模推广应用的研究平台。\n[0009] 本发明的另一目的在于提供一种新的交通行为虚拟实验方法。\n[0010] 本发明提出的一种交通行为虚拟现实实验平台，由三台计算机、仿真程序和控制程序三个部分组成，其中：\n[0011] 三台计算机分为一台主机和两台子机；三个显示器上同步仿真模型的运行，组成一副连续的图像，分别表达出行者的左方、前方、右方三个视角；\n[0012] 仿真程序基于微观仿真软件编制的仿真模型文件，用于为实验系统提供实验场景；\n[0013] 控制程序基于仿真软件的二次开发而成，由仿真主控制模块、仿真子控制模块、人机交互模块以及通信模块组成；\n[0014] 仿真主控制模块在主机上运行，用于：(1)通过仿真控制模块控制仿真程序的运行，并对其参数进行实时修改与提取；(2)通过通信模块保持与子机间的通信，传达指令并接收反馈，使各台计算机同步运行；(3)通过人机交互模块实现实验人员与“计算机中的其他交通流”间的行为交互，并完成实验系统的参数设置与实验结果的采集；\n[0015] 仿真子控制模块分别在两台子机上运行，通过通信模块接收主机发送的指令，根据指令控制子机仿真模型运行，并将仿真信息回传给主控制模块；\n[0016] 人机交互模块在主机上运行，用于：(1)初始化设置实验平台参数；(2)收集实验过程中的交通行为数据；(3)采集实验人员的键盘操作行为，将这一行为作为指令传达到虚拟实验平台中，通过键盘控制实验场景中车辆行为；\n[0017] 通信模块负责主机和两台子机之间的数据通信，主机通过通信模块向两台子机传递指令，子机通过通信模块接收指令并给出反馈，主机再接收子机的反馈。\n[0018] 本发明提出的一种交通行为虚拟现实实验方法，具体步骤如下：\n[0019] 步骤一基础模型准备：根据不同的实验场景，利用交通仿真软件编制仿真模型文件；\n[0020] 步骤二建立网络环境：将同一个仿真模型文件分别存放在主机与两台子机中，同时在主机与两台子机中分别安装实验平台控制程序。将三台计算机由网线连接至同一个路由器上，形成一个局域网络；运行控制程序完成端口设置、连接测试，将三台机器的控制程序建立连接；\n[0021] 步骤三参数设置：根据不同实验场景，设置交通流到达时间分布参数、关联路段信息参数、交通流检测器设置参数、实验控制方案参数；\n[0022] 步骤四实验结果采集：参数设置完成后，进行虚拟实验，通过人机接口控制虚拟世界中的车辆、自行车或行人；在实验过程中，平台自动记录实验人员与虚拟场景中的人车交互信息。\n[0023] 本发明的有益效果在于：一、由于场景是由底层的交通仿真编辑而成，内含交通流模拟模型，可以表达更真实的交通场景，实验的真实性更强；二、实验人员可通过计算机键盘与交通场景进行直接交互；三、通过三个显示器上同步仿真模型的运行，使三个屏幕组成一副连续的图像，分别表达实验人员的左方、前方、右方三个视角。不同的实验人员可根据自身的出行观察习惯，调整显示视角；四、实验人员可以是步行人员、也可以是骑自行车者或者驾驶车辆的人；五、平台搭建简单方便。除所需的交通仿真软件和个人计算机外，该平台无需其他硬件设备。\n附图说明\n[0024] 图1为本发明的虚拟实验平台架构图；\n[0025] 图2为实施例1的方法流程框图；\n[0026] 图中标号：1为计算机；2为仿真模型文件；3为虚拟现实控制程序；4为人机交互接口；5为通讯网络。\n具体实施方式\n[0027] 下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。\n[0028] 实施例1：\n[0029] 该实验为某交叉口行人过街交通行为虚拟现实实验，交通仿真软件选择的是PTV VISSIM交通仿真软件。所需硬件包括：微型计算机3台(其中1台用作主机：中央处理器Inter E83002.8GHZ；内存4G；显卡为nVIDIA 9600GT；2台用作子机：中央处理器Inter T54501.67GHZ；内存2G；显卡nVIDIA 8400)；网线3根，路由器1台(用作将计算机组成网络)；相同尺寸的显示器3台。\n[0030] 在获取以上基本实验条件后，以行人过街行为虚拟实验为例，按照图2所示的流程实验步骤如下：\n[0031] 步骤一：基础模型准备：根据行人过街实验场景，调查实际实验场景的交通流参数，包括交通流量、流向、信号配时方案、渠化设计方案，利用VISSIM软件编制仿真模型文件，同时在仿真模型文件中设置“虚拟检测器”，用于检测车头时距、车头空距等参数。\n[0032] 步骤二：建立网络环境：将同一个仿真模型文件分别存放在主机与两台子机中，同时在主机与两台子机中也需要分别安装虚拟实验控制程序。将三台计算机由网线连接至同一个路由器上，形成一个局域网络；运行控制程序完成主机IP设置、端口设置、连接测试，将三台机器的虚拟实验控制程序建立连接。\n[0033] 步骤三：参数设置：启动仿真主控制程序的输入设置按钮，根据行人过街实验场景，设置六类参数，分别为：虚拟线圈检测器编号、检测器所在的路段号、行人过街关联路段信息、行人到达时间分布、行人信号灯模型编号、行人过街控制方案参数。\n[0034] 步骤四：实验结果采集：参数设置完成后，即可进行虚拟实验。首先点击仿真主控制程序的运行按钮，系统自动产生一个行人过街需求，此时系统会记录行人ID、行人到达时间、到达周期数、到达灯色、倒计时时长等参数，行人观察计算机中的交通场景，当行人认为可以过街时，则敲击键盘的“空格”键，行人会看到“自己”在虚拟场景中过街，同时记录行人过街的各车道的车头时距、过街时刻、过街等色、车辆速度信息。即完成一次行人过街实验，如此反复，可做多轮行人过街行为实验。