技术领域
[0001] 本
发明涉及交通仿真技术领域，尤其涉及一种基于数据转换的SUMO交通仿真场景精准构建方法。
背景技术
[0002] SUMO作为开源的微观交通仿真
软件，因其可扩展性和高兼容性，可支持多种格式的外部数据。但目前应用其进行交通仿真场景构建存在以下问题：1、OSM地图数据，VISSIM、MATSim等不同类型的外部路网数据其本身对象元素组成多样，较为复杂，直接导入和转换后仍需进一步的编辑处理，针对大规模复杂的仿真路网来说，工作量大且非常繁杂；2、受外部数据来源、格式以及命名规则上的限制和约束，导入的数据类型无法很好地满足场景个性化的定制需求，且存在不可控性，增加了数据的管理难度；3、大部分外部数据直接转换后，得到的SUMO路网显示比例、拓扑结构和连接关系等比较混乱，路段车道重叠、交叉、交织等现象比较严重，人工调整的成本巨大；4、在路网模型与仿真场景的搭建方面，SUMO仿真软件本身模
块功能过于独立、分离，缺乏一个完整、相互关联的一体化方法流程。
发明内容
[0003] 本发明为解决现有SUMO在建模应用中因数据格式复杂而存在仿真路网拓扑结构错误，人工建模工作量较大的问题，提供了一种基于数据转换的SUMO交通仿真场景精准构建方法。
[0004] 为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：
[0005] 一种基于数据转换的SUMO交通仿真场景精准构建方法，包括以下步骤：
[0006] S1.基于实测路网数据与车道级
基础路网进行SUMO路网数据的转换，利用转换得到的转换数据进行自组织生成SUMO路网子文件；
[0007] S2.在
文本编辑器中对所述SUMO路网子文件中的转换数据进行再处理以及字段信息的再排列；
[0008] S3.将步骤S2得到的SUMO路网子文件配置到SUMO路网转换器NETCONVERT的配置文件中并转换生成最终的SUMO路网文件，用于供SUMO交通仿真平台加载从而使所述实测路网数据按照SUMO路网表达，进而构建SUMO交通仿真场景
[0009] 优选的，在所述SUMO路网中，采用edge描述路段，junction描述路网
节点nodes，connection描述路段间及车道间的连接关系。
[0010] 优选的，步骤S1所述的基于实测路网数据与车道级基础路网进行SUMO路网数据的转换具体为：根据车道级基础路网中节点Nodes文件，边Edges文件，路段类型Type文件，连接关系Connection文件的数据组织结构，对所述实测路网数据的关键字段信息进行提取并将所述实测路网数据进行分层处理；分别遍历每层数据的所有字段信息，与构成SUMO路网的基本子元素进行对应并进行相应的数据转换，从而将所述实测路网数据转换为SUMO路网子文件的具体字段描述信息。
[0011] 优选的，在所述步骤S1中，进行SUMO路网的节点数据转换的具体步骤包括：
[0012] S111.以路网节点Nodes文件的基本组成要素为基础，遍历实测路网数据路网节点层的所有字段信息，提取路网节点ID字段并有序排列；
[0013] S112.将路网节点ID作为路网节点Nodes文件中每一条node信息的第一项数据，即确定路网节点的ID信息；
[0014] S113.根据实测路网数据中路网节点的具体坐标
位置，转换成路网节点Nodes文件中的x,y,z坐标，该转换以WGS84
坐标系统作为基本参考进行投影转换；确定路网显示比例尺以及路网节点的坐标字段描述信息；
[0015] S114.根据实测路网数据中路网节点类型字段以及对应路网节点Nodes文件的类型信息部分，确定所述路网节点的具体类型，将每一路网节点类型以及信控类型数据添加至路网节点Nodes文件对应每一行的路网节点字段描述信息；
[0016] S115.将实测路网数据中路网节点的拓扑形状属性，转换成路网节点Nodes文件中不同坐标位置的断点从而构建路网节点的几何形状，并利用shape属性描述；
[0017] S116.根据路网节点的真实通行权信息，转换为路网节点Nodes文件中的rightOfWay属性，所述rightOfWay属性用default或edgePriority信息描述；
[0018] S117.补充路网节点的可选
转弯半径、是否合并以及是否激活“连接-阻塞-启发式”的描述数据，转换成SUMO交通仿真平台可用的路网节点描述字段并补充在路网节点的字段描述信息中。
[0019] 优选的，在所述步骤S1中，进行SUMO路网的路段数据转换的具体步骤包括：
[0020] S121.以边Edges文件的基本组成要素为基础，遍历实测路网数据路段层所有字段信息，提取路段ID字段并有序排列，将路段ID作为边Edges文件中每一条edge信息的第一项数据，即确定路网路段的ID信息；
[0021] S122.基于两个相邻节点之间构成一条路段的组织方式，根据实测路网数据中节点的不同坐标位置及方向，确定相邻节点间的路段以及路段的方向性，将路段的起始节点描述为from，终止节点描述为to，分别以起始节点ID和终止节点ID作为路段的起始位置属性和终止位置属性的字段描述信息，以此确定路段及其方向性；
[0022] S123.根据路段通行权与优先级的实际信息，转换为边Edges文件中的rightOfWay属性，并用不同大小的数字信息描述优先级；
[0023] S124.基于路段实际车道数及其拓扑参数信息，提取主要字段并转换为边Edges文件中numlanes，length的属性，同时根据车道所允许的限速信息，转换为speed属性；该部分确定组成路段的基本车道信息，进而转换为边Edges文件中的车道描述；
[0024] S125.根据实测路网数据中路段的形状属性，转换成边Edges文件中不同坐标位置的断点，来构建路段的几何形状，并用shape属性描述；
[0025] S126.以实测路网数据中路段所允许通行的车辆类型为基础，转换为边Edges文件中允许allow和禁止disallow的车辆类别信息；
[0026] S127.将关于路网路段的类型、车道传播规则、车道名称与宽度、车道的停止线偏移量以及人行道宽度的描述数据，转换成SUMO交通仿真平台可用的路段字段描述信息，并补充在边Edges文件中。
[0027] 优选的，在所述步骤S1中，进行SUMO路网的路段类型数据转换的具体步骤包括：
[0028] S131.以路段类型Type文件的基本组成要素为基础，从所述实测路网数据的路段层数据中单独分割出路段类型层数据，遍历路段类型层所有字段信息；每条路段的字段描述信息包括：车道数numlanes，路段允许的最大速度speed，可选路段的优先级priority及其允许allow和禁止disallow的车辆类别信息；
[0029] S132.路段类型的字段描述信息包括：ID，优先级priority，车道数numLanes，车speed，允许allow和禁止disallow的车辆类别。
[0030] 优选的，在所述步骤S1中，进行SUMO路网的路段间及车道间连接关系数据转换的具体步骤包括：
[0031] S141.以连接关系Connection文件的基本组成要素为基础，遍历实测路网数据中路段间连接关系层的所有字段信息，从中提取相邻路段的字段信息，基于路段的方向性以及交叉口转向规则确定路段与路段之间的具体连接关系，并用from描述起始路段，以所述起始路段ID作为from属性的信息；用to描述终止路段，以所述终止路段ID作为to属性的信息；
[0032] S142.以车道为基准单位，将不同路段间的连接细分为车道间的连接，其中连接的方式包括一对一连接，多对一连接，一对多连接；对于任一路段，以数字确定隶属于该路段的车道编号，并以车辆行驶方向的最右侧车道作为起始编号0依次增加；在所述车道间的连接关系中，分别以fromLane和toLane表示起始车道和终止车道，并以车道ID进行描述；
[0033] S143.增加车道间的连接关系的字段描述信息，包括：拓扑形状shape，允许通过的最高车速speed，可见性visibility，车辆是否需要在交叉口停车等待通过的基本属性。
[0034] 优选的，所述步骤S3具体为：将步骤S2得到的SUMO路网子文件配置到SUMO路网转换器NETCONVERT的配置文件中，运行自定义程序进行数据转换，在cmd命令行窗口模式下，
定位至当前SUMO路网子文件所在位置，调用命令：“netconvert-c*.netccfg“，输出得到SUMO交通仿真平台可用的SUMO路网文件，将所述SUMO路网文件在SUMO路网编辑器NETEDIT以及文本编辑器中做进一步编辑处理，从而构建SUMO交通仿真场景。
[0035] 与
现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
[0036] 本发明的SUMO交通仿真场景精准构建方法，基于已有的实测路网数据与车道级路网模型，通过对构成SUMO路网子文件的基础对象元素信息进行数据转换以及自组织和再处理，结合相关转换工具，创建生成有效、可用的SUMO路网文件，用于SUMO仿真，从而实现仿真场景的精准构建与控制。本发明方法解决了因数据格式复杂，以及转换处理后繁杂的工作量所造成的路网拓扑结构错误、执行效率低下等问题。
[0037] 同时，本发明还具有以下优点：能够根据需要定制各种不同的个性化场景，数据组织形式灵活；数据组织方式简洁明了，通俗易懂，处理效率高；基于实测数据以及车道级的路网、需求模型，数据丰富；基于实际数据进行处理，建立的场景更真实准确，符合实际；通过统一的数据格式规范，可以推广到大规模复杂交通场景。
附图说明
[0039] 图2为
实施例1中SUMO基础路网模型图。
[0040] 图3为实施例1中路网节点处内部连接关系示意图。
[0041] 图4为实施例1中构建的SUMO交通仿真场景图。
[0042] 图5为实施例2中构建的SUMO交通场景效果图。
[0043] 图6为实施例3中数据转换后得到的交叉口仿真场景效果图。
[0044] 图7为实施例3中路径文件配置加载到仿真配置文件后的效果图。
[0045] 图8为实施例3中构建的SUMO交通场景效果图1.
[0046] 图9为实施例3中构建的SUMO交通场景效果图2。
具体实施方式
[0047] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本
专利的限制；
[0048] 为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0049] 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0050] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0051] 实施例1
[0052] 一种基于数据转换的SUMO交通仿真场景精准构建方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0053] S1.基于实测路网数据与车道级基础路网进行SUMO路网数据的转换，利用转换得到的转换数据进行自组织生成SUMO路网子文件；其中在SUMO路网中，如图2所示，采用edge描述路段，junction描述路网节点nodes，connection描述路段间及车道间的连接关系；自组织生成SUMO路网子文件包括有*.nod.xml，*.edg.xml，*.typ.xml，*.con.xml；
[0054] 该步骤中基于实测路网数据与车道级基础路网进行SUMO路网数据的转换具体为：根据车道级基础路网中节点Nodes文件，边Edges文件，路段类型Type文件，连接关系Connection文件的数据组织结构，对所述实测路网数据的关键字段信息进行提取并将所述实测路网数据进行分层处理；分别遍历每层数据的所有字段信息，与构成SUMO路网的基本子元素进行对应并进行相应的数据转换，从而将所述实测路网数据转换为SUMO路网子文件的具体字段描述信息。
[0055] 以下分别对节点数据转换、路段数据转换、路段类型数据转换以及连接关系数据转换的具体步骤进行说明。
[0056] 进行SUMO路网的节点数据转换的具体步骤包括：
[0057] S111.以路网节点Nodes文件的基本组成要素为基础，遍历实测路网数据路网节点层的所有字段信息，提取路网节点ID字段并有序排列；
[0058] S112.将路网节点ID作为路网节点Nodes文件中每一条node信息的第一项数据，即确定路网节点的ID信息；
[0059] S113.根据实测路网数据中路网节点的具体坐标位置，转换成路网节点Nodes文件中的x,y,z坐标，该转换以WGS84坐标系统作为基本参考进行投影转换；确定路网显示比例尺以及路网节点的坐标字段描述信息；
[0060] S114.根据实测路网数据中路网节点类型字段以及对应路网节点Nodes文件的类型信息部分，确定所述路网节点的具体类型，将每一路网节点类型以及信控类型数据添加至路网节点Nodes文件对应每一行的路网节点字段描述信息；其中实测路网数据中路网节点类型字段包括当前节点所表示的交叉口是否为信控交叉口；路网节点的具体类型包括priority,traffic light、right_before_left等；每一路网节点类型以及信控类型包括静/动态，对应"static"、"actuated"等
[0061] S115.将实测路网数据中路网节点的拓扑形状属性，转换成路网节点Nodes文件中不同坐标位置的断点从而构建路网节点的几何形状，并利用shape属性描述；
[0062] S116.根据路网节点的真实通行权信息，转换为路网节点Nodes文件中的rightOfWay属性(如优先通行，或停车等待通行等)，所述rightOfWay属性用default或edgePriority信息描述；
[0063] S117.补充路网节点的可选转弯半径、是否合并以及是否激活“连接-阻塞-启发式”的描述数据，转换成SUMO交通仿真平台可用的路网节点描述字段并补充在路网节点的字段描述信息中。其中路网节点的可选转弯半径默认为1.5米，是否合并即是否联合控制，是否激活“连接-阻塞-启发式”默认为true。
[0064] 进行SUMO路网的路段数据转换的具体步骤包括：
[0065] S121.以边Edges文件的基本组成要素为基础，遍历实测路网数据路段层所有字段信息，提取路段ID字段并有序排列，将路段ID作为边Edges文件中每一条edge信息的第一项数据，即确定路网路段的ID信息；
[0066] S122.基于两个相邻节点之间构成一条路段的组织方式，根据实测路网数据中节点的不同坐标位置及方向，确定相邻节点间的路段以及路段的方向性，将路段的起始节点描述为from，终止节点描述为to，分别以起始节点ID和终止节点ID作为路段的起始位置属性和终止位置属性的字段描述信息，以此确定路段及其方向性；
[0067] S123.根据路段通行权与优先级的实际信息，转换为边Edges文件中的rightOfWay属性，并用不同大小的数字信息描述优先级；
[0068] S124.基于路段实际车道数及其拓扑参数信息，提取主要字段并转换为边Edges文件中numlanes，length的属性，同时根据车道所允许的限速信息，转换为speed属性；该部分确定组成路段的基本车道信息，进而转换为边Edges文件中的车道描述；
[0069] S125.根据实测路网数据中路段的形状属性，转换成边Edges文件中不同坐标位置的断点，来构建路段的几何形状，并用shape属性描述；
[0070] S126.以实测路网数据中路段所允许通行的车辆类型为基础，转换为边Edges文件中允许allow和禁止disallow的车辆类别信息；
[0071] S127.将关于路网路段的类型、车道传播规则、车道名称与宽度、车道的停止线偏移量以及人行道宽度的描述数据，转换成SUMO交通仿真平台可用的路段字段描述信息，并补充在边Edges文件中。其中车道传播规则包括中间或靠右，车道名称与宽度用于
可视化，车道的停止线偏移量以及人行道宽度默认为-1，即不添加。
[0072] 进行SUMO路网的路段类型数据转换的具体步骤包括：
[0073] S131.以路段类型Type文件的基本组成要素为基础，从所述实测路网数据的路段层数据中单独分割出路段类型层数据，遍历路段类型层所有字段信息；每条路段的字段描述信息包括：车道数numlanes，路段允许的最大速度speed，可选路段的优先级priority及其允许allow和禁止disallow的车辆类别信息；
[0074] S132.路段类型的字段描述信息包括：ID，优先级priority，车道数numLanes，车speed，允许allow和禁止disallow的车辆类别。
[0075] 进行SUMO路网的路段间及车道间连接关系数据转换的具体步骤包括：
[0076] S141.以连接关系Connection文件的基本组成要素为基础，遍历实测路网数据中路段间连接关系层的所有字段信息，从中提取相邻路段的字段信息，基于路段的方向性以及交叉口转向规则确定路段与路段之间的具体连接关系，并用from描述起始路段，以所述起始路段ID作为from属性的信息；用to描述终止路段，以所述终止路段ID作为to属性的信息；
[0077] S142.以车道为基准单位，将不同路段间的连接细分为车道间的连接，其中连接的方式包括一对一连接，多对一连接，一对多连接；对于任一路段，以数字确定隶属于该路段的车道编号，并以车辆行驶方向的最右侧车道作为起始编号0依次增加；在所述车道间的连接关系中，分别以fromLane和toLane表示起始车道和终止车道，并以车道ID进行描述；
[0078] S143.增加车道间的连接关系的字段描述信息，包括：拓扑形状shape，允许通过的最高车速speed，可见性visibility，车辆是否需要在交叉口停车等待通过的基本属性。其中图3为节点处内部连接关系示意图。
[0079] S2.在文本编辑器中对所述SUMO路网子文件中的转换数据进行再处理以及字段信息的再排列；
[0080] S3.将步骤S2得到的SUMO路网子文件配置到SUMO路网转换器NETCONVERT的配置文件中，运行自定义程序进行数据转换，即在该XML格式的配置文件中
声明netconvertConfiguration.xsd信息，将*.nod.xml、*.edg.xml、*.con.xml、*.typ.xml四类文件作为输入端input，每一行信息包括文件类型、属性值(文件名)，定义采用路段形状可扩展性plain.extend-edge-shape和以km/h为单位的车辆速度speed-in-kmh的中间
数据处理过程processing。同时定义在输出文件中写入
许可证write-license和前缀信息plain-output-prefix，将需要生成的SUMO路网文件*.net.xml作为输出端output，信息包括文件类型和属性值(文件名)。完成描述信息配置后，在cmd命令行窗口模式下，定位至当前SUMO路网子文件所在位置，调用命令：“netconvert-c*.netccfg“，输出得到SUMO交通仿真平台可用的SUMO路网文件，将所述SUMO路网文件在SUMO路网编辑器NETEDIT以及Notepad++文本编辑器中做进一步编辑处理，从而构建SUMO交通仿真场景，效果如图4所示。
[0081] 实施例2
[0082] 本实施例2基于实施例1提供的SUMO交通仿真场景精准构建方法对安徽宣城两交叉口进行基础仿真场景精准构建及应用。
[0083] 1、以实测路网数据与车道级基础路网为基础，依据上述实施例1的方法进行相应数据转换，构建SUMO路网子文件转换得到宣城H84(鳌峰路与状元路)、H91(鳌峰路与陵西路)交叉口基础路网；
[0084] 2、以实测卡口过车数据和车辆路径集数据为基础，将2018年8月30日一天的现状过车流量数据导入、加载到已创建的交叉口基础路网；
[0085] 3、以实测卡口动态信控数据以及附加设施数据为基础，加载两交叉口2018年8月30日一天完整的动态信控方案。具体场景效果如图5所示
[0086] 实施例3
[0087] 本实施例3基于实施例1提供的SUMO交通仿真场景精准构建方法对大学城官洲隧道交叉口进行基础仿真场景精准构建及应用。
[0088] 1、以实测路网数据与车道级基础路网为基础，搭建官洲隧道交叉口基础路网模型。
[0089] 路网基本拓扑结构：中环东路方向进口三车道，出口五车道；中环西路方向进口三车道，出口三车道，一条右转专用道；中心北大街方向进口两车道，一条右转专用道，出口两车道；官洲隧道为两条单向双车道。经数据转换后得到的官洲隧道交叉口仿真场景效果如图6所示
[0090] 2、以卡口实测过车数据和车辆路径集数据为基础，完成路径集数据及OD需求矩阵信息的数据转换，利用需求工具OD2TRIPS，生成得到需求文件，即车辆行程trips文件。
[0091] 3、基于需求文件(车辆行程trips文件)，利用需求分配工具DUAROUTER，基于迪杰斯特拉最
短路径
算法，将车辆行程文件转换为具体路径(边序列)文件。将该包含具体边序列信息的路径文件，配置加载到仿真配置文件(*.sumocfg)中。具体加载效果如图7所示。
[0092] 4、以实测卡口信控数据、附加设施信息和TraCI
接口为基础，在TraCI控制脚本中新增大学城官洲隧道交叉口仿真的控制运行逻辑，设置
相位方案的切换和不同类型的判断跳转语句，实现当前构建的仿真场景下的精准控制。调用traci.start命令，建立通信，开启仿真运行。具体场景效果如图8和9所示。
[0093] 附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0094] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明
权利要求的保护范围之内。
