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基于VR/GIS一体化城市微观交通虚拟仿真系统的研究与应用

王春  
【摘要】: 虚拟地理信息系统(VR/GIS)是虚拟现实(VR)技术和地理信息系统(GIS)技术相结合的新发展之一,是实施“数字地球”的关键技术之一。论文研究了VR/GIS技术及其相关理论,探讨了VR/GIS技术及其在城市微观交通虚拟仿真中的应用,设计了基于VR/GIS一体化城市微观交通虚拟仿真系统的构架。主要做了如下工作: 1)基于VR/GIS一体化城市微观交通虚拟仿真系统需要以城市级地形及虚拟场景作为空间基础。对此,论文研究了普通计算机硬件条件下海量地形数据实时绘制的关键技术,在此基础上研究了基于General Purpose Graphic Process Unit (GPGPU)的城市地形实时绘制技术;探讨了虚拟城市三维模型的构造和可视化问题,运用GPU的纹理绘制功能,结合虚拟场景的简化技术,为城市微观交通仿真构建一个虚拟的运行环境。 2)论文在VR/GIS技术基础上开发了城市微观交通仿真系统的核心模块,核心模块包括4部分:GIS路网输入模块,微观交通仿真模块,分析决策模块和VR输出模块。利用GIS功能实现了快速构建路网模型,并易于建立路网之间的拓扑关系;研究了车辆产生、交通控制、车辆行驶、路径选择等交通仿真模块;分析决策模块能够为交通项目的可行性研究、实施效果以及方案选择、优化和决策提供科学依据;借助VR技术的可视化功能,为用户提供一个具有逼真的直观显示、可实时交互的三维界面。 3)基于城市道路拓扑结构,分析道路交叉口的相关度,同时考虑城市道路交通流动态变化的特点,提出了基于城市道路拓扑结构的信号控制区划分算法,并通过实例验证该算法在仿真精度和速度等方面的可行性及其优势,能够提高车辆在道路交叉口的通行效率,具有一定的实用价值。 4)由于城市交通流数据具有高度的复杂性和非线性特征,如何准确有效的对未来短时间内的交通流进行预测一直是智能交通系统研究的重要课题。本文提出了一种基于微观交通仿真的城市道路交通流预测方法,通过实时采集的交通流数据,利用等维新息灰色模型GM(1,1)对未来短时间内的城市道路交通流进行预测,通过实例应用验证了模型的准确性与实用性。 5)介绍了城域景观VRGIS一体化仿真平台的功能及特色,在该平台的基础上设计了城市微观交通虚拟仿真系统,分析了基于VRGIS平台的城市微观交通虚拟仿真系统的设计目标、原则和功能;完成了对基于VR/GIS一体化城市微观交通虚拟仿真系统的总体结构设计,并对各子系统的功能和技术实现作出分析和设计。 6)对VR/GIS技术在城市微观交通虚拟仿真中的应用方法和应用实例进行了分析,模拟了纽卡斯尔市中心的交通现状并对比了拟改造的3种规划方案之间的优劣,为公众参与提供了一个“身临其境”的体验平台,为规划管理者提供了决策支持工具。


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