一种BIM与Vissim融合的施工交通组织三维仿真模拟方法与流程

一种bim与vissim融合的施工交通组织三维仿真模拟方法
技术领域
1.本发明涉及施工交通组织仿真模拟技术领域，尤其涉及一种bim与vissim融合的施工交通组织三维仿真模拟方法。


背景技术：

2.三维交组模拟技术即是采用bim技术对交通组织实施方案进行三维可视化模拟，实现交组方案由二维平面向三维立体展示的转换，用于可视化指导并优化交通组织设计与实施，可以大幅提升交通组织实施的可操作性，达到“保通”、“保安全”的技术要求。
3.公路互通立交以及改扩建工程的施工过程中，需兼顾既有工程正常通行效率以及项目建设进度，采取不封闭交通的技术原则，这就为合理规划交通组织导改方案增大了难度。因此，亟需一种新的方法实现施工交通组织三维仿真模拟，以降低交通组织导改方案的合理规划难度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种bim与vissim融合的施工交通组织三维仿真模拟方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种bim与vissim融合的施工交通组织三维仿真模拟方法，包括如下步骤，
7.s1、利用无人机倾斜摄影技术构建施工交通组织局部控制区域实景地形模型，为施工交通组织模拟提供真实的数据地形；
8.s2、以步骤s1中构建的实景地形模型为基础，建立施工交通组织范围内全线bim模型；
9.s3、以步骤s2中构建的施工交通组织范围内全线bim模型为基础，根据交通组织实施方案，利用交通仿真分析软件构建全线施工交通组织可视化模拟，实现交通组织实施方案的二维平面向三维立体展示的转换；
10.s4、利用vissim软件对交通组织实施方案的实际交通通行能力进行量化分析，并将量化分析数据与步骤s3中构建的全线施工交通组织可视化模拟数据进行互联融合，建立基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟，实现基于真实车流数据的交通通行分析数据及车流通行状况的三维可视化直观展示；
11.s5、针对关键导行出口容易出现交通拥堵不畅的情况，在对现有交通流量数据分析基础上，根据基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟情况优化交通导行方案，提升交通组织实施方案的可行性及高效性。
12.优选的，步骤s1具体包括如下内容，
13.s11、收集和分析航摄区域的自然地理情况以及无人机的技术设备情况，制定详细的拍摄计划，根据测图需要提出航摄要求，划定航摄分区，分析确定航摄精度指标以及主要技术参数，并确定航摄分区摄影基准面的高度；
14.s12、选择航摄区域内最有利的气象条件开展航摄，确保航摄照片能够真实的展现地面细节；
15.s13、引入高精度的像片控制点参与空三解算，对用于空三加密的像片控制点的平面位置和高程进行测量；
16.s14、将机载pos提供的外方位元素视为观测值引入摄影测量区域网平差中，利用后处理软件采用统一的数学模型和算法，实现对获取的多视影像的自动匹配，得到同名连接点，构建自由网，实现倾斜摄影影像的空三加密；
17.s15、以context capture系统进行三维建模，依次导入影像和像片控制点，选择合适的像片刺点，打开context capture和center engine进行两次空三处理，选择相应的坐标系统，软件会自动构建高分辨率的三维施工交通组织局部控制区域实景地形模型、dom及dsm；通过smart3d capture viewer能够查看生成的实景地形模型、提取坐标、量算距离。
18.优选的，无人机的航摄要求为：飞行期间机载gps接收机数据采样间隔不应大于1s，飞行上升及下降速度不能大于10m/s；航向重叠度应达60％～65％，旁向重叠度设置为30％～35％，航线弯曲度不大于3％；飞行时保持同一航高，同一航线上相邻像片的航高差不大于20m，最大航高与最小航高之差不大于30m；航向覆盖应超出摄区边界线不少于一条基线，旁向覆盖超出摄区边界线一般不少于像幅的50％；航摄过程中出现的相对漏洞和绝对漏洞，应采用前一次航摄飞行的数码相机补摄，补摄范围需超出漏洞范围外两条基线。
19.优选的，步骤s13中像片控制点应合理布设且保持合理数量，布设时应遵循以下规则，
20.(a)像片控制点的目标影像应清晰易辨别，像片控制点应设置在航向及旁向6片重叠范围内，若选点困难，则需要控制在5片重叠范围内；
21.(b)像片控制点与像片边缘的距离不小于1～1.5cm；
22.(c)像片控制点应选在旁向重叠中线附近；
23.(d)像片控制点与像片的各类标志的距离应大于1mm；
24.(e)位于自由图边、待成图边及其他方法成图的图边像片控制点，一律布设在图廓线外。
25.优选的，步骤s2具体包括如下内容，
26.s21、确定并统一bim模型定位基准；bim模型的坐标应与真实工程坐标一致，或者，bim模型坐标经统一加减xy坐标后与真实工程坐标一致；
27.s22、bim模型构建的层级划分及模型精度以满足施工交通组织需求为准，其中，路、桥、遂模型的模型精度可控制在不高于lod100，行车道设置及走向需要进行重点优化；
28.s23、采用bim建模软件构建施工交通组织范围内bim模型，并统一输出专业文件格式；
29.s24、将倾斜摄影构建的三维实景地形模型和施工交通组织范围内bim模型同步导入到相关软件中，对两者进行统一组装，构建施工交通组织范围内全线bim模型。
30.优选的，步骤s3具体包括如下内容，
31.s31、以步骤s2中构建的施工交通组织范围内全线bim模型为基础，利用交通仿真分析软件针对交通导改重要节点进行微观仿真，建立符合实际通行情况的全线施工交通组织可视化模拟，并对交通通行情况进行统计分析；
32.s32、全线施工交通组织可视化模拟能够动态、逼真的仿真各种交通现象，复现交通流的时空变化；
33.s33、全线施工交通组织可视化模拟能够直观再现路网中车辆的运行情况，对某个位置交通是否拥堵、道路是否畅通进行科学的预测，从而有针对性地提出相应的交通疏导分流措施；
34.s34、全线施工交通组织可视化模拟兼顾考虑相应的施工组织计划，实现施工组织模拟与交通组织模拟的干涉融合；通过两者融合，利用数字和/或文字和/或图形的方式描述动态交通系统，出具评价报告，辅助指定总体施工组织设计方案，确定限行和限速方案，降低分合流交通冲突率和交通拥堵可能性。
35.优选的，步骤s4具体包括如下内容，
36.s41、将bim建模软件构建的模型成果以“.inpx”文件格式导入vissim软件之中，实现既定路线在vissim软件中的真实构建，达成bim建模软件与vissim软件两者之间的数据交互；
37.s42、将真实车流数据及交通组织实施方案同步导入vissim软件中进行处理，利用vissim软件对现行交通组织实施方案实施条件下交通通行能力进行量化评估，以实现相应的交通仿真分析；
38.s43、将步骤s42中的量化评估数据以及步骤s3中的全线施工交通组织可视化模拟数据融入lmenrt microstation软件中，并以此为数据支撑，兼顾考虑施工组织与交通组织的融合，建立基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟，实现vissim软件交通分析数据及车流通行状况的三维可视化直观展示。
39.优选的，步骤s5包括如下具体内容，
40.s51、基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟有助于深入地分析车辆，驾驶员、行人、道路以及交通的特征，有助于进行交通规划、交通组织与管理、交通能源节约与运输流量合理化的规划设计，从而有针对性的提出相应的交通疏导分流措施；
41.s52、针对施工路段，交管部门指定相应的车辆分流措施，在施工路段上游进行车辆诱导，将部分交通量分流到其他替代线路上去，保证施工路段交通费顺畅不至于产生车辆排队现象；利用大面积的交通流仿真快速直接判断该分流措施的合理性，并针对性提出交通疏导改进措施；
42.s53、采用数字和/或文字和/或图形的方式描述动态交通系统，出具评价报告，允许建设方更好地把握和控制交通状况，从微观层面反应交通组织实施方案的合理性，便于项目各参与方进行沟通和交流。
43.本发明的有益效果是：本发明针对关键导行出口容易出现交通拥堵不畅的情况，在对现有交通流量数据分析基础之上，通过交通组织设计模拟，预测分析交通组织方案对交通流量的承载能力。本发明视模拟情况优化交通导行方案，提升交通组织方案的可行性以及高效性。通过本发明，在项目实施过程中，可根据施工进度调整以及现场交通组织情况，及时更新调整交通组织方案，确保施工与通行互不干扰。本发明使交通组织三维仿真模拟软件与vissim交通分析数据的互联互通，同时关联高速公路真实交通流量数据，高度还原交通组织方案实施条件下的真实通行状况。本发明实现导改路段交通通行能力的自动量化分析，使充分发掘交通组织三维仿真模拟的交通通行分析能力，提供优化交通组织设计
并实施量化的评价及指导意见成为可能。
附图说明
44.图1是本发明实施例中施工交通组织三维仿真模拟方法的流程示意图；
45.图2是本发明实施例中罗庄互通倾斜摄影示意图。
具体实施方式
46.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
47.实施例一
48.如图1所示，本实施例中提供了一种bim与vissim融合的施工交通组织三维仿真模拟方法，包括如下步骤，
49.s1、利用无人机倾斜摄影技术构建施工交通组织局部控制区域实景地形模型，为施工交通组织模拟提供真实的数据地形；
50.s2、以步骤s1中构建的实景地形模型为基础，建立施工交通组织范围内全线bim模型及必要的交通辅助设施bim模型；
51.s3、以步骤s2中构建的施工交通组织范围内全线bim模型为基础，根据交通组织实施方案，利用交通仿真分析软件构建全线施工交通组织可视化模拟，实现交通组织实施方案的二维平面向三维立体展示的转换；
52.s4、利用vissim软件对交通组织实施方案的实际交通通行能力进行量化分析，并将量化分析数据与步骤s3中构建的全线施工交通组织可视化模拟数据进行互联融合，建立基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟，实现基于真实车流数据的交通通行分析数据及车流通行状况的三维可视化直观展示；
53.s5、针对关键导行出口容易出现交通拥堵不畅的情况，在对现有交通流量数据分析基础上，根据基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟情况优化交通导行方案，提升交通组织实施方案的可行性及高效性。
54.本发明提供的方法主要包括五部分内容，分别为：构建实景地形模型、建立施工交通组织范围内全线bim模型、构建全线施工交通组织可视化模拟、建立基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟、优化交通导行方案；下面分别针对这五部分内容进行详细说明。
55.一、构建实景地形模型
56.该部分内容对应步骤s1，步骤s1具体包括如下内容，
57.s11、收集和分析航摄区域的自然地理情况以及无人机的技术设备情况，制定详细的拍摄计划，根据测图需要提出航摄要求，划定航摄分区，分析确定航摄精度指标以及主要技术参数，并确定航摄分区摄影基准面的高度；
58.s12、选择航摄区域内最有利的气象条件开展航摄，确保航摄照片能够真实的展现地面细节；无人机的航摄要求为：飞行期间机载gps接收机数据采样间隔不应大于1s，飞行上升及下降速度不能大于10m/s；航向重叠度应达60％～65％，旁向重叠度设置为30％～35％，航线弯曲度不大于3％；飞行时保持同一航高，同一航线上相邻像片的航高差不大于
20m，最大航高与最小航高之差不大于30m；航向覆盖应超出摄区边界线不少于一条基线，旁向覆盖超出摄区边界线一般不少于像幅的50％；航摄过程中出现的相对漏洞和绝对漏洞，应采用前一次航摄飞行的数码相机补摄，补摄范围需超出漏洞范围外两条基线。
59.其中，航摄漏洞是指在进行航空摄影测量时由于飞行路线、拍摄角度和烟雾遮盖等因素导致拍摄的航片上出现地物漏拍和地物特征不清晰的现象。其中，航摄相对漏洞为航空摄影中像片的重叠度不符合成图要求的现象；航向重叠度、旁向重叠度为0时，则为绝对漏洞。
60.s13、引入高精度的像片控制点参与空三解算，对用于空三加密的像片控制点的平面位置和高程进行测量；像片控制点应合理分布且保持合理数量，布设时应遵循以下规则，
61.(a)像片控制点的目标影像应清晰易辨别，像片控制点应设置在航向及旁向6片重叠范围内，若选点困难，则需要控制在5片重叠范围内；
62.(b)像片控制点与像片边缘的距离不小于1～1.5cm；
63.(c)像片控制点应选在旁向重叠中线附近；
64.(d)像片控制点与像片的各类标志的距离应大于1mm；
65.(e)位于自由图边、待成图边及其他方法成图的图边像片控制点，一律布设在图廓线外。
66.s14、将机载pos提供的外方位元素视为观测值引入摄影测量区域网平差中，利用后处理软件采用统一的数学模型和算法，实现对获取的多视影像的自动匹配，得到同名连接点，构建自由网，实现倾斜摄影影像的空三加密；
67.s15、以context capture系统进行三维建模，依次导入影像和像片控制点，选择合适的像片刺点，打开context capture和center engine进行两次空三处理，选择相应的坐标系统，软件会自动构建高分辨率的三维施工交通组织局部控制区域实景地形模型、dom及dsm；通过smart3d capture viewer能够查看生成的实景地形模型、提取坐标、量算距离。
68.二、建立施工交通组织范围内全线bim模型
69.该部分内容对应步骤s2，步骤s2具体包括如下内容，
70.s21、确定并统一bim模型定位基准；bim模型的坐标应与真实工程坐标一致，或者，bim模型坐标经统一加减xy坐标后与真实工程坐标一致；部分分区模型、构建模型未采用真实工程坐标时，宜采用远点(0,0,0,)作为特征点；
71.s22、bim模型构建的层级划分及模型精度以满足施工交通组织需求为准，其中，路、桥、遂模型的模型精度可控制在不高于lod100，行车道设置及走向需要进行重点优化；
72.s23、采用catia、revit等bim建模软件构建施工交通组织范围内bim模型，并统一输出ifc等专业文件格式；
73.s24、将倾斜摄影构建的三维实景地形模型和施工交通组织范围内bim模型同步导入到navisworks等软件中，对两者进行统一组装，构建施工交通组织范围内全线bim模型。
74.三、构建全线施工交通组织可视化模拟
75.该部分内容对应步骤s3，步骤s3具体包括如下内容，
76.s31、以步骤s2中构建的施工交通组织范围内全线bim模型为基础，利用交通仿真分析软件针对交通导改重要节点进行微观仿真，建立符合实际通行情况的全线施工交通组织可视化模拟，并对交通通行情况进行统计分析；
77.具体的，综合考虑几何模型与车辆行为模型，尽可能真实反映交通管制、不良气候、车辆特点等多种因素对交通仿真的影像，建立符合实际通行情况的动态交通组织模型(全线施工交通组织可视化模拟)，并对交通通行情况进行统计分析；
78.s32、全线施工交通组织可视化模拟能够动态、逼真的仿真各种交通现象，复现交通流的时空变化；
79.s33、全线施工交通组织可视化模拟能够直观再现路网中车辆的运行情况，对某个位置交通是否拥堵、道路是否畅通进行科学的预测，从而有针对性地提出相应的交通疏导分流措施；
80.s34、全线施工交通组织可视化模拟兼顾考虑相应的施工组织计划，实现施工组织模拟与交通组织模拟的干涉融合；通过两者融合，利用数字和/或文字和/或图形的方式描述动态交通系统，出具评价报告，辅助指定总体施工组织设计方案，确定限行和限速方案，降低分合流交通冲突率和交通拥堵可能性。
81.四、建立基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟
82.该部分内容对应步骤s4，步骤s4具体包括如下内容，
83.s41、将bim建模软件构建的模型成果以“.inpx”文件格式导入vissim软件之中，实现既定路线在vissim软件中的真实构建，达成bim建模软件与vissim软件两者之间的数据交互；
84.s42、将真实车流数据及交通组织实施方案同步导入vissim软件中进行处理，利用vissim软件对现行交通组织实施方案实施条件下交通通行能力进行量化评估，以实现相应的交通仿真分析；
85.对交通通行能力进行量化评估时，针对不同的评价对象，输出不同的量化评价指标：
86.当评价对象是路段时，输出的主要评价指标包括密度、平均车速、流量、损失时间等；当评价对象是交叉口时，输出的主要评价指标包括流量、平均延误、旅行时间、停车次数、排队长度(最大、平均)等；当评价对象是路网时，输出的主要评价指标包括离开路网的车辆数、进入路网的车辆数、总路径距离、总旅行时间、平均车速、停车延误、停车次数、延误时间等。
87.s43、将步骤s42中的量化评估数据以及步骤s3中的全线施工交通组织可视化模拟数据融入lmenrt microstation软件中，并以此为数据支撑，兼顾考虑施工组织与交通组织的融合，建立基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟，实现vissim软件交通分析数据及车流通行状况的三维可视化直观展示。
88.五、优化交通导行方案
89.该部分内容对应步骤s5，步骤s5包括如下具体内容，
90.s51、基于全线bim模型的交通组织三维仿真模拟有助于深入地分析车辆，驾驶员、行人、道路以及交通的特征，有助于进行交通规划、交通组织与管理、交通能源节约与运输流量合理化的规划设计，从而有针对性的提出相应的交通疏导分流措施；
91.s52、针对施工路段，交管部门指定相应的车辆分流措施，在施工路段上游进行车辆诱导，将部分交通量分流到其他替代线路上去，保证施工路段交通费顺畅不至于产生车辆排队现象；利用大面积的交通流仿真快速直接判断该分流措施的合理性，并针对性提出
交通疏导改进措施；
92.s53、采用数字和/或文字和/或图形的方式描述动态交通系统，出具评价报告，允许建设方更好地把握和控制交通状况，从微观层面反应交通组织实施方案的合理性，便于项目各参与方进行沟通和交流。
93.实施例二
94.本实施例中，以罗庄互通为例，详细说明本发明方法的实施过程。
95.罗庄互通作为京沪高速公路改扩建全线中关键控制性工程，覆盖范围广，涉及改扩建匝道数多，施工交通组织难道较大，其施工交通组织的实施直接影响到全线交通导行保通目标的实现。，如图2所示，整个测航摄区地势平缓，东西长约为400m，南北长约为600m，近似矩形，面积约为0.25km2。
96.本实施例中，采用固定翼无人机搭载自主云台获取航摄区原始影像数据，根据无人机导航gps/imu定位定向系统和陀螺仪姿态信息获取与影像相对应的pos数据。
97.倾斜影像获取时根据样本图幅分布区域确定飞行范围，合理规划飞行航线，因地势平坦，建筑物高度均在80m以下，考虑到倾斜摄影相机拍摄角度，为保证边缘物体立体成像，航线覆盖超出测区边界线至少3条航线。最终确定航向重叠度为80％，旁向重叠度为70％，飞行高度150m。
98.无人机飞行中采用gnss系统导航，按照航线设计数据飞行。为了高效获取地面纹理信息，本实施例采用相机像幅长边垂直于航飞方向。主要考虑到
①
飞行航线的铺设取决于要获取影像的重叠度，由于无人机姿态的不稳定性和抗风能力弱，容易丢片。
②
当飞行平台到达某一个定位置时，不能同时将同一地物不同侧面纹理获取，需要至少4(南北、北南、东西、西东)个方向的航线才能获取同一地物的完整纹理信息。
99.无人机进行航摄时，飞行要尽可能平稳，航线弯曲度不应大于3％。飞行数据检查时应保证影像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致，能够辨别与地面分辨率相适应的地物影像。
100.本实施例中，根据交通组织模拟运行情况，科学预测道路通行状况，并确定总体交通组织实施方案。
101.根据《公路工程技术标准》，正常情况下，高速公路的设计服务水平为二级，但在实施改扩建时，维持通车路段的服务水平可降低一级。运用bim仿真模拟技术可从交通安全和效率方面论证分流特大型车及限速80km/h的必要性。仿真结果如表1所示。
102.表1仿真结果
[0103][0104][0105]
如表1仿真结果表明，路网分流且限速限行之后，高速主线将从四级偏下服务水平升至三级以上；互通合流区交通冲突明显降低；占道施工或者突发事故情况下可避免大范围交通拥堵。仿真分析证实，合理的分流和限速方案将切实保障改扩建施工期主线交通运
行安全和效率。
[0106]
本发明辅助了总体施工交通组织方案的制定，最终确定分五阶段进行保通，第三、四阶段限速80km/h且限行五轴及以上车辆的总体导行方案。
[0107]
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
[0108]
本发明提供了一种bim与vissim融合的施工交通组织三维仿真模拟方法，该方法针对关键导行出口容易出现交通拥堵不畅的情况，在对现有交通流量数据分析基础之上，通过交通组织设计模拟，预测分析交通组织方案对交通流量的承载能力。该方法视模拟情况优化交通导行方案，提升交通组织方案的可行性以及高效性。通过该方法，在项目实施过程中，可根据施工进度调整以及现场交通组织情况，及时更新调整交通组织方案，确保施工与通行互不干扰。该方法使交通组织三维仿真模拟软件与vissim交通分析数据的互联互通，同时关联高速公路真实交通流量数据，高度还原交通组织方案实施条件下的真实通行状况。该方法实现导改路段交通通行能力的自动量化分析，使充分发掘交通组织三维仿真模拟的交通通行分析能力，提供优化交通组织设计并实施量化的评价及指导意见成为可能。
[0109]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。