一種精細化基于孿生模型的道路斷面流量檢測方法及系統與流程

本發明涉及一種交通流量檢測技術，特別涉及一種精細、靈活的基于三維物理引擎的虛擬斷面流量檢測方法。

背景技術：

1、智能交通流量檢測系統是運用先進的信息技術和通信技術，對交通運輸系統中的交通流量進行檢測。系統通過收集、處理和分析交通感知數據，為交通管理者和用戶提供交通運行狀態和交通狀況的實時信息，從而能夠有效提高交通管理水平和交通運輸效率。

2、傳統的交通流量檢測技術主要通過地面感應器、視頻抓拍設備實現，數據準確度和顆粒度高度依賴于感知設備的安裝位置和分布密度，對流量數據的分析處理存在較大的限制，檢測位置主要集中于交叉路口，通常無法對中途路段及學校、醫院出入口等關鍵節點進行較為精確的檢測，進而影響城市交通管理的精細化程度。

技術實現思路

1、針對傳統交通流量檢測方法受限于檢測設備安裝位置，靈活性和精細度較差的問題，提出了一種精細化基于孿生模型的道路斷面流量檢測方法，基于任意道路位置布設流量檢測虛擬斷面的理念，設計了一套從路端感知到中心計算的全鏈路道路流量檢測方法，為城市道路交通流量精準檢測提供了有力工具，有效提高道路交通流量檢測的靈活度和精細度，提升城市交通管理水平。

2、本發明的技術方案為：

3、一種精細化基于孿生模型的道路斷面流量檢測系統，包括數據采集模塊、分析計算模塊、仿真渲染模塊、控制模塊、顯示模塊、人機界面；所述數據采集模塊的輸出端與分析計算模塊的輸入端連接，分析計算模塊的輸出端與仿真渲染模塊的輸入端連接，仿真渲染模塊輸出端通過顯示模塊和人機界面的輸入端連接，人機界面的輸出端通過控制模塊和仿真渲染模塊的輸入端連接；

4、所述數據采集模塊用于通過各類道路交通流量檢測設備包括各類球機、槍機、雷達等持續采集、清洗并保存的結構化形式的過車數據信息；

5、所述分析計算模塊用于接收數據采集模塊輸入的結構化過車數據信息，針對車牌等統一識別碼，分析計算出具體每輛車的過車信息，進而通過計算仿真生成連續的行車軌跡數據；

6、所述仿真渲染模塊用于接收行車軌跡數據，將軌跡數據中的時空信息還原到三維空間中，進而與用戶在此三維空間指定位置所創建的虛擬流量檢測器進行碰撞面接觸和空間重疊分析，進而對空間檢測識別出的車輛進行統計；

7、所述控制模塊用于傳遞人機界面輸入的用戶指令信息，將指令信息傳遞給虛擬斷面模塊；

8、所述顯示模塊用于接收三維渲染模塊的輸入信息，并推送給人機界面；

9、所述人機界面模塊用于接收顯示模塊輸出的三維場景動態顯示內容，接收并響應用戶的執行信息；

10、所述數據采集模塊包括車牌識別模塊、視頻采集模塊、雷達信號采集模塊；所述車牌識別模塊的輸出端與車輛計數模塊的輸入端連接，所述視頻采集模塊、雷達信號采集模塊和車輛計數模塊的輸出端與路徑分析模塊的輸入端連接；

11、所述車牌識別模塊用于采集車牌識別設備可采集區域內的車輛車牌號碼信息；

12、所述視頻采集模塊用于采集視頻采集設備所監視區域內的車輛外形信息和車輛位置信息；

13、所述雷達信號采集模塊用于采集雷達設備區域內的車輛位置信息；

14、所述分析計算模塊包括車輛計數模塊、路徑分析模塊、軌跡推演模塊；所述數據采集模塊和車輛計數模塊的輸出端與路徑分析模塊的輸入端連接，路徑分析模塊的輸出端與軌跡推演模塊的輸入端連接，路徑分析模塊的輸出端與軌跡推演模塊的輸入端連接；

15、所述車輛計數模塊用于統計車牌識別后的統計信息；

16、所述路徑分析模塊用于接收視頻采集模塊、雷達信號采集模塊和車輛計數的統計信息，將采集到的車輛外形信息、車輛位置信息以及關聯的時間信息進行綜合分析，形成非連續的過車路徑數據集合；

17、所述軌跡推演模塊用于接收路徑分析模塊輸出的非連續過車路徑數據集合信息，結合物理空間和時間消耗分析，將空間非連續的過車記錄連接成連續的行車軌跡數據；

18、所述仿真渲染模塊包括虛擬斷面模塊、接觸仿真模塊、仿真計數器模塊、三維渲染模塊；所述軌跡推演模塊和虛擬斷面模塊的輸出端與接觸仿真模塊的輸入端連接，接觸仿真模塊的輸出端與仿真計數器的輸入端連接，仿真計數器和估計推演模塊的輸出端和三維渲染模塊的輸入端連接，三維渲染模塊的輸出端通過顯示模塊和人機界面的輸入端連接，人機界面的輸出端通過控制模塊和虛擬斷面模塊的輸入端連接；

19、所述虛擬斷面模塊用于接收控制模塊輸入的三維空間位置信息，創建創建虛擬斷面三維模型體；

20、所述接觸仿真模塊用于在虛擬斷面空間三維模型體上接收軌跡推演模塊輸出的持續行駛車輛的連續空間位置，當某一時刻的行駛中車輛的空間位置與虛擬斷面發生接觸重疊時，立即生成觸發事件通知仿真計時器模塊；

21、所述仿真計數器模塊用于接收接觸仿真模塊輸出的事件信息，并根據事件中的車輛信息、當前仿真的時間信息對仿真出來的過車進行統計；

22、所述三維渲染模塊用于接收仿真計數器輸出的統計信息和軌跡推演模型中的連續行車信息，在虛擬斷面的三維空間中進行實時渲染；

23、所述車輛外形信息包括車牌號、車牌類型、車輛型號和車輛顏色；

24、所述車輛位置信息包括車牌號、車輛位置經緯度、車速、以及時間戳；

25、所述車輛非連續的過車路徑數據包括車牌號、檢測設備編號、車輛位置經緯度、以及時間戳；

26、所述車輛連續的行車軌跡數據包括車牌號、車輛位置經緯度、以及時間戳；此處所述車輛位置經緯度既包括車輛非連續的過車路徑數據中由設備采集到的數據，也包括軌跡推演模塊補充推演的位置經緯度數據。

27、一種精細化基于孿生模型的道路斷面流量檢測方法，采用所述的精細化基于孿生模型的道路斷面流量檢測系統進行檢測，用于對用戶自定義的道路斷面進行流量檢測；通過路側傳感器采集車輛感知數據，結合路網拓撲數據，基于三維物理引擎進行孿生模型構建，同步還原靜態平行世界路網和動態車輛運動軌跡，并在需要進行流量檢測的道路斷面放置虛擬斷面模型，利用三維物理引擎檢測三維孿生世界中車輛模型與虛擬斷面的碰撞和穿透事件，計算通過該虛擬斷面的車輛數量，并計算相關細化交通流量指標，具體包括以下步驟：

28、s101：采集車輛車牌、外形信息、位置信息及相應的采集時間；

29、s102：根據車輛車牌、外形信息，統計當前識別出的車輛的數量和清單，識別同一車輛不同時間點的非連續過車位置；根據道路模型和關聯過車數據對非連續過車位置進行軌跡還原推演；

30、所述步驟s102中根據道路模型和關聯過車數據對非連續過車位置進行軌跡還原推演的過程包括：

31、s10201：根據車牌號查詢到的不同時間點的非連續過車位置，通過道路模型查找可能的連續軌跡；

32、s10202：根據找到的可能軌跡的長度，結合上一個位置和下一個位置的計算出的時間間隔和檢測到的車速，進行可能性打分；其中打分最高的軌跡為該車在三維空間中仿真還原的行車軌跡；

33、s103：對比三維空間中創建的虛擬斷面，與軌跡推演模塊輸出的當前時間段內的行車軌跡數據，進行區分車型的仿真計數操作；同時，進行相關場景的實時三維渲染；

34、所述步驟s103中對比三維空間中創建的虛擬斷面，與軌跡推演模塊輸出的當前時間段內的行車軌跡數據，進行區分車型的仿真計數操作的過程包括：

35、s10301：獲取到控制模塊傳入的創建虛擬斷面的請求后，基于傳入的空間位置信息，在三維空間中指定的位置上創建一個虛擬的道路斷面模型；并在該模型上添加碰撞、重疊等三維物理屬性檢測能力；

36、s10302：在此三維空間中加載軌跡還原的輸出軌跡，以及疊加隨時間推進該軌跡上車輛的實時位置信息；

37、s10303：隨著實時位置的變化，檢查車輛與虛擬道路斷面模型是否發生碰撞、重疊，是則進行步驟s10304，否則進行步驟s10305；

38、s10304：如果被檢測出來發生模型碰撞或重疊則獲取碰撞車輛的外形信息，根據外形進行不同類型車輛的計數，并返回步驟s10303；

39、s10305：獲取到控制模塊傳入的銷毀虛擬斷面的請求后，銷毀步驟s10301創建的虛擬斷面，并停止相關的計數工作；

40、s104：仿真渲染模塊將仿真分析信息疊加三維場景可視化信息，通過顯示模塊發送到人機界面，人機界面通過控制模塊指定三維場景中虛擬斷面的創建和銷毀，從而調整需要進行流量監測的位置。

41、進一步的，道路斷面流量檢測方法中用到路側感知數據通信組件、三維孿生世界構建引擎、碰撞事件檢測算法，利用gis靜態路網數據和路側動態車輛感知數據，基于三維物理引擎進行虛擬斷面碰撞檢測，提供交通流量的細粒度檢測方法，實現對交通路網范圍內任意路段，最低至1米為間隔單位的斷面流量進行檢測輸出，能有效提升城市交通精細化管理水平。

42、進一步的，基于高性能通信組件，對接激光雷達、ai相機、雷視一體機等路側感知設備，實現車輛感知數據的實時接入，將頻率為10hz的高頻感知數據的通信延遲降低至10毫秒以內，大大提高用于虛擬斷面流量檢測的三維平行世界與真實物理世界的一致性。

43、進一步的，通過孿生模型構建平行世界路網，將路側傳感器提供的車輛行駛軌跡進行還原，并在道路任意斷面位置放置虛擬斷面模型，由三維物理引擎進行車輛模型與虛擬斷面模型的碰撞檢測，實現任意路網道路斷面的交通流量檢測。

44、進一步的，利用道路側高清攝像機、微波雷達、激光雷達傳感器設備采集道路車輛行駛狀態數據，包括車輛的位置、航向角、速度、時間戳時空參數，其中位置參數為經緯度坐標；設備安裝前嚴格按照道路安全和信息安全規范向交警和路設管理部門申請報備，并在相關部門的監督指導下完成路側傳感器設備的安裝和數據接入；基于接入的路側車輛感知數據，利用三維物理引擎和路網拓撲數據搭建三維路網平行世界場景，構建孿生模型；

45、在需要檢測交通流量的道路斷面放置虛擬斷面模型，即厚度為1的墻體模型，將車輛性質狀態數據接入三維路網平行世界場景進行還原，在三維孿生世界中將交通參者模型按照與真實物理世界相同的行駛軌跡進行移動；利用三維物理引擎檢測車輛模型與虛擬斷面的碰撞和穿透事件，計算通過該虛擬斷面的車輛數量；

46、根據車輛類型和路網拓撲計算該虛擬斷面位置精細化的路段、車道級交通流量指標，包括通過車輛數量、大中小車占比、平均車速等。

47、本發明的有益效果在于：

48、本發明提出一種精細化基于孿生模型的道路斷面流量檢測方法，本發明通過交警和路設管理部門監管的路側傳感器采集車輛感知數據，結合路網拓撲數據，基于三維物理引擎構建道路孿生模型，進行平行世界場景還原和車輛運動軌跡還原，并在需要進行流量檢測的道路斷面放置虛擬斷面碰撞體，利用三維物理引擎檢測三維孿生世界中車輛模型與虛擬斷面的碰撞和穿透事件，計算通過該虛擬斷面的車輛數量，并計算相關細化交通流量指標，大大提高交通流量檢測的精細化程度，輔助提升城市交通管理水平。