[0001] 本实用新型涉及交通运输安全工程领域，特别涉及一种基于实物和数字的高速公路运动车辆仿真模型。

[0002] 本实用新型为《CN201620123453.8一种基于GPS和GSM平台的高速公路车载群导航系统》和《CN201621474118.9一种高速公路行驶车辆的厘米级在线定位装置》补充和外延。

[0003] 检索中国专利网，有关车辆侧撞专利265个，车辆追尾专利3180个，而与之对应的仿真模型相比之下寥寥无几，前者大都是车辆厂对车辆的技术防范；而后者大都是科研单位，则停留在数字仿真阶段，如东南大学的《CN 103448730 B一种高速公路汽车追尾碰撞预警关键参数估计方法》等，这些结合了各种算法的建模理论专利，有些都难以实施或快速与实物对应检验和修改，即便有部分方案已经付诸现实，如能智能(AI)驾驶上路的自我学习(样本采样)专利，就其资金成本、时间成本、社会成本的投入而言都是相当巨大的，然而最终的成败结果依然未知，特斯拉、谷歌、优布的自动驾驶车撞人事件便是案例。

[0004] 逆向工程，是近年来计算机应用的一门突出学科，在人们的一般概念中，产品设计过程是一个从设计到产品的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后在详细设计阶段完成各类数据模型，最终将这个模型转入到研发流程中，完成产品的整个设计研发周期。这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个从产品到设计的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品，反向推出产品设计数据(包括各类设计图或数据模型)的过程。

[0005] 高速公路的建造和汽车制造分别完成的是CAD数字模型到实物模型的转化，本实用新型则是逆向流程，想要完成的是：将车和路二个实物模型合并后再转化为一个数字模型。

[0006] 集合与事件，在汽车制造过程中，其各个零部件的形态尺寸数据都应包含于整车形态尺寸数据的集合之内；同样，各个行驶车辆的形态尺寸数据也应包含于正行驶着的高速公路设计参数之内。车-车、车-路的碰撞事故，在集合范畴内可视为时空座标参数的交集，将时空的四维参数应用计算机加以模拟运算，便可快速实现行驶车辆群、监控平台间的预警机制，一旦发生事故，就可迅速反应和处置，从而减少或避免次生事故的发生。在车-路协同的前提下，将数据落地实现路与车二者的数字化集合，建立数字模型架构(见图1-图4)，继而完成高速公路、车辆间的车-车、车-路事件的数据关联，并转化为逻辑门、模拟电路的高精度设计，可即时掌控高速公路上，在线车辆行驶、堵车、碰撞、穿越等事件的发生，以及时间、地点、姿态、车速、轨迹等参数。为交通、路政、保险等部门的事后处理提供了有力的科学依据。

[0007] 在CAD软件中，预置了许多图形的数字模块，如设计人员想要按比例画出一车辆的俯视图时，按下图形模板按钮(假设为椭圆形)，此时系统后台图形模块便会调出椭圆形的函数方程式： f(x,y)＝x2/a2+y2/b2，(焦点在x轴，a>b>0)；当人们完成按下、拖曳、释放鼠标键系列操作动作后，系统便会自然采集到了a、b等背景数值，从而确立所设计的椭圆的形态和尺寸，形成的矢量图在等比例放大、缩小或旋转等情形下都不会失真。在高速公路建造和汽车制造的CAD实际应用中，则是复合、分段、多重函数式组合应用。

[0008] 设立更接近实际使用状况的高速公路动态数字模型，对运动车辆的运行座标、轨迹实施测控和采样，根据所得数据检测出原设计值的误差精度和实际使用存在的弊端，快速验证原专利算法和设计理念的正确与否，继而复制、应用于现实生活中的高速公路车辆的在线行驶和管理，以实现降低研发成本、规避资本投入风险目的。

[0032] 如图5、图11所示作为本实用新型最佳实施例具体阐述实施方式：

[0033] 本实用新型选用1：43仿真有轨道小车4，该车采用的是直流12V电机，轨道供电，后轮驱动，为的是能够更真实地模拟高速公路高速行驶车辆的状况，通过其定位座标、行驶轨迹的捕捉，模拟出刹车漂移、二车追尾、穿越隔离、撞击隔离、正交侧撞等事故场景，通过场景数字化采集并以数字模型对应映射呈现(见图5)。

[0034] 本实用新型选用1：34仿真无轨道小车11，该车采用的是直流6V电机，电池供电，后轮驱动，无线遥控，在低速行驶状态下，实现车辆间任意侧撞点的座标数值采集(见图10)。

[0035] 本实用新型选用了远红外触摸框作为移动车辆的座标采集装置2，远红外触摸框近年来被广泛应用于政府窗口部门、医院、公交站和银行的触屏广告机上，其基本原理就是在显示器前加上光点栅栏架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点栅栏架框的四边排列了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，电脑便可即时算出触摸点的位置。

[0036] 本实用新型对远红外触摸框进行了二次开发，在轨道小车4的顶部设置了定位天线3作用功能如同人的手指，现有的远红外触摸框的触摸点数为2-34点(真点数)，本实用新型采用的是10真点数，即可同时采集10辆小车的位移座标值(见图7)。

[0037] 高速公路和车辆都为CAD数字化设计，除了自行改装车辆，所有车辆出厂时均有标准的形态尺寸报备车管所，当我们拥有车辆的质点座标后，便可以通过数字化矢量车型图库和高速公路模型的数字地图，组合成一个完整的车路协同的数字模型(见图9)。

[0038] 《计量技术》1991年No4刊登《非接触测速测长光电传感器》中国科学院上海技术物理研究所郑元林，陈金忠所著文献，公开一项替代传统车辆5轮动态测速测长的方法，测控范围：时速0.2-250公里，作为现有技术已被广泛应用于各大4S店，以及交通部车速检测标准，其基本原理就如同现在的Matlab对地面纹理13数字化处理，本实用新型同样基于这一数字化原理 (鼠标原理)。

[0039] 本实用新型在无轨道小车11的轴心线上，前后各设置有一个三维光电传感器10，根据前后X轴向二光电传感器可对左右二侧固定的隔离和封闭敦的测距值，确定车辆轴心线与高速公路模型中心线的异面夹角(偏向角)的β值、(X、Y)座标值、车速、行驶里程等参数(见图 10)。传统车辆里程计算，采用了车轴传动计数方法，但在车辆的实际行驶过程中，走的是平面曲线形里程，外加上下颠簸里程、刹车滑移、车辆漂移里程，所以车辆的实际行驶里程要远大于道路设计里程和车轴传动计量里程。因此，采用传统直线运动计算方法：ΔS＝VΔt，对于厘米级定位标准而言，其累积误差是很大的，本实用新型利用原有的车厂CAD设计参数，采用车身本体长度(L值)丈量的方法，对车辆的实际行驶里程实施在线定位(详见《CN201621474118.9 一种高速公路行驶车辆的厘米级在线定位装置》)。

[0040] 算法

[0041] ΔS＝ΣΔY

[0042] 图11、图12表述的是本实用新型检验无轨道小车11，在运行至平面道路模型内，经过一系列位移、姿态、轨迹变化后的座标值，映射至数字模型，以确立实际行程和位移行程，同时通过边上的标尺14，得出其误差值和计算精度(见图13)。

[0043] 图14、图15为本实用新型高速公路监视器应用场景的仿真模拟效果图。

[0044] 图1-图4为本实用新型数字模型架构示意图，将高速公路上事件以数字化形式予以呈现，

[0045] 图1：

[0046] 图2：

[0047] 图3：

[0048] 图4：

[0049] 无论是《CN201620123453.8一种基于GPS和GSM平台的高速公路车载群导航系统》和《CN201621474118.9一种高速公路行驶车辆的厘米级在线定位装置》；还是本实用新型，其根本目的均在于实现高速公路科学管理技术的提升，拯救人们的生命，避免社会财富的损失。

[0050] 以上所述仅为本实用新型的一较佳实施例，不能以其限定本实用新型的保护范围,本实用新型还可有其他的结构变化,只要是依本实用新型的保护范围所作的均等变化与修饰,均应属本实用新型涵盖的范围内。