2024年3月28日发(作者：富康哪一年的车最好)
设计与应用
计算机测量与控制
．２０２２．３０
（
２
）
犆狅犿狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾
狆
·
１７９
·
文献标识码：
Ａ
文章编号：（）：／／
１６７１４５９８２０２２０２０１７９０７
ＤＯＩ１０．１６５２６ｔ．２０２２．０２．０２６
中图分类号：
ＴＰ３９１．９．ｃｎｋｉ．１１－４７６２
ｐｊ
?????????????????????????????????????????????????????
基于
犝犈４
的在线驾驶仿真系统设计与实现
雷一鸣，陈雨人，汪
凡
（同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海
２
）
０１８０４
摘要：驾驶仿真系统在交通安全研究中发挥着重要作用，但目前仍存在三维道路建模受限、仿真场景还原度
不高等问题；研究采用虚幻引擎开发仿真功能模块，根据道路几何线形与交通流原始资料，能高效搭建出驾驶仿
真场景；采用像素流送技术将视频帧发送到前端，设置硬件设备的轴属性映射，支持模拟驾驶外部信号输入，并
实时将驾驶行为数据存入数据库，设计了一种轻量化、自动化、智能化的在线驾驶仿真信息管理与可视化系统；
系统主要实现了道路自动化建模、人
－
车
－
路
－
环境信息管理、车道级真实交通流场景还原、在线模拟驾驶与数
据可视化等功能；经测试，系统部署后能在
Ｗｅｂ
端稳定运行，弥补了现有驾驶仿真系统的不足，为实验人员提
供轻量高效的驾驶仿真服务。
关键词：系统设计；驾驶仿真；
Ｂ
／
Ｓ
；虚幻引擎；像素流送
犇犲狊犻狀犪狀犱犐犿犾犲犿犲狀狋犪狋犻狅狀狅犳犗狀犾犻狀犲犇狉犻狏犻狀犻犿狌犾犪狋犻狅狀
犵狆犵
犛
犛狊狋犲犿犅犪狊犲犱狅狀犝犈４
狔
，，
ＷＡＮＧＦＬＥＩＹｉｍｉｎＣＨＥＮＹｕｒｅｎａｎ
ｇ
（，
Ｍ
，，
ＫｅａｂｏｒａｔｏｒｆＲｏａｄａｎｄＴｒａｆｆｉｃＥｎｉｎｅｅｒｉｎｉｎｉｓｔｒｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＴｏｎｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ
Ｌ
ｙ
ｏ
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）
Ｓｈａｎｈａｉ０１８０４
，
Ｃｈｉｎａ
２
ｇ
：
Ｄ
，
犃犫狊狋狉犪犮狋ｒｉｖｉｎｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｓｔｅｍ
ｐ
ｌａｓａｎｉｍｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｒａｆｆｉｃｓａｆｅｔｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｈｏｗｅｖｅｒｔｈｅｒｅａｒｅｓｔｉｌｌ
ｇ
ｓ
ｙｙｐｙ
ｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｆｄｉｉｔａｌｒｏａｄｍｏｄｅｌｉｎｎｄｌｏｗｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｅｎｅｓ．Ｔｈｅｕｎｒｅａｌｅｎｉｎｅｉｓ
ｐｙ
ｏ
ｇｇ
ａ
ｇ
，
ｗｈｉｃｈｃａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｕｉｌｄａｄｒｉｖｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｅｎｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｏａｄｕｓｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｓ
ｙ
ｂ
ｇｐ
ｅｏｍｅｔｒｎｄｔｈｅｏｒｉｉｎａｌｔｒａｆｆｉｃｆｌｏｗｓｄａｔａ．Ｔｈｅ
ｐ
ｉｘｅｌｓｔｒｅａｍｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｉｓｕｓｅｄｔｏｓｅｎｄｔｈｅｖｉｄｅｏｆｒａｍｅｓｔｏｔｈｅ
ｇｙ
ａ
ｇｇｇｙ
，
ｉｔｓｅｔｓｔｈｅａｘｉｓａｔｔｒｉｂｕｔｅｍａｉｎｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｄｅｖｉｃｅｔｏｓｕｏｒｔｔｈｅａｎａｌｏｒｉｖｅｅｘｔｅｒｎａｌｓｉｎａｌｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ
ｐ
ａｅ
ｐｐｇ
ｏ
ｐｐｇ
ｄ
ｇｇ
，
ｉｎｕｔａｎｄｓｔｏｒｅｓｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｒｉｖｉｎｅｈａｖｉｏｒｄａｔａｏｎｔｏｔｈｅｄａｔａｂａｓｅ．Ｔｈｅｏｎｌｉｎｅｄｒｉｖｉｎｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｓｔｅｍｆｏｒ
ｇ
ｂ
ｇ
ｓ
ｙｐ
，，，
ｗｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｎａｅｍｅｎｔａｎｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｉｓｌｉｈｔｗｅｉｈｔａｕｔｏｍａｔｅｄａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔｈｉｃｈｍａｉｎｌｅａｌｉｚｅｓｔｈｅ
ｇｇｇｇｙ
ｒ
，，
ｈｕｍａｎ－ｖｅｈｉｃｌｅ－ｒｏａｄ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｎａｅｍｅｎｔｌａｎｅ－ｌｅｖｅｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｒｏａｄａｕｔｏｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎ
ｇｇ
，
ｒｅａｌｔｒａｆｆｉｃｆｌｏｗｓｃｅｎｅｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｎｌｉｎｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｒｉｖｉｎｎｄｄａｔａｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ
ｇ
ａ
，
ｍａｋｉｎｆｏｒｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｓｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｒｉｖｉｎｉｍ?ｓｓｔｅｍｃａｎｒｕｎｓｔａｂｌｉｎｔｈｅｗｅｂｅｎｄａｆｔｅｒｄｅｌｏｍｅｎｔ
ｇ
ｕ
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ｄ
ｇ
ｓ
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ａｎｄ
ｐ
ｒｏｖｉｄｉｎｌｉｈｔｗｅｉｈｔａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｅｒｖｉｃｅｓｆｏｒｔｈｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｅｒｓｏｎｎｅｌ．ｕｌａｔｉｏｎｓｓｔｅｍ
，
ｇｇｇｐｐｙ
：；；／
犓犲狑狅狉犱狊ｓｓｔｅｍｄｅｓｉｎｄｒｉｖｉｎｉｍｕｌａｔｉｏｎＢＳ
；
ＵＥ４
；
ｉｘｅｌｓｔｒｅａｍｉｎ
ｙｇｇ
ｓ
ｐｇ
狔
０
引言
随着我国经济的高速增长和城市化进程中路网规
收稿日期：；
２０２１０７１３２０２１０８１０
。
修回日期：
模的不断扩大，道路交通安全越发受到人们重视，采
用驾驶仿真系统来进行道路交通试验测试与安全评估
作者简介：雷一鸣（，男，江西南昌人，硕士研究生，主要从事道路交通安全与驾驶仿真技术方向的研究。
１９９８
）
通讯作者：陈雨人（，男，江苏盐城人，教授，博士生导师，主要从事道路安全与环境方向的研究。
１９６６
）
引用格式：雷一鸣，陈雨人，汪
凡，等
．
基于
Ｕ
］计算机测量与控制，：
Ｅ４
的在线驾驶仿真系统设计与实现［
Ｊ．２０２２
，
３０
（
２
）
１７９１８５．
投稿网址：
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１
］
等信息，受试车辆的类型、最大扭矩、最大转速等信已成为了一种主流方法和应用热点
［
。近些年来，驾
驶仿真技术已被广泛应用于道路交通安全领域，并展
现出了良好的应用前景，具体表现在用模拟仿真技术
］
２４
来评估道路线形安全
［
、评估道路交通基础设
５７
］
８１１
］
施
［
、评估交通流模型
［
等。相对于实车试验而
·
１８０
·
计算机测量与控制
第
３０
卷
息，道路几何线形的平纵设计参数、行车道和路肩宽
度等信息，以及行车环境中的天气气候、噪声情况、
交通流量、是否存在突发状况等特征信息。在系统中
要求不仅能够灵活设置以上各类信息参数，还能够实
时存储到数据库，从而对每次实验的信息数据进行有
效归档与回溯。
言，采用驾驶仿真系统可以有效模拟实车运动特性和
１２
］
，方便地进行道路交通环境的设置与危载具结构
［
险驾驶行为的分析，有着效率高、成本低、节省人力
１３１４
］
物力以及安全性高等诸多优势
［
。目前，驾驶仿
１?２
设计方案
系统的设计方案与主体架构如图
１
所示。
真软件系统大多依赖于商业平台，例如
ＳＣＡＮｅＲ
ＴＭ
、
ＳＳｔｕｄｉｏｉＬａｂ
等，这些驾驶仿真系统往往存在一定
］
１５
的局限性，例如道路建模流程复杂受限
［
、光照渲
１６
］
染乃至交通流仿真的沉浸感不高
［
、没有很好地将
模拟驾驶与交通流仿真很好地融合、采用
Ｃ
／
Ｓ
架构
需要配置特定的环境进行安装、功能高度封装使得交
１７
］
互性较差
［
等。
针对上述局限性，设计开发了一个基于虚幻引擎
（
ＵＥ４
，
ｕｎｒｅａｌｅｎｉｎｅ４
）的在线轻量化驾驶仿真系
ｇ
统。系统采用蓝图可视化脚本与
Ｃ＋＋
编程方式开发
各项仿真功能模块，实现根据原始道路线形和交通流
资料快速高效搭建仿真场景，在驾驶试验过程中实时
将驾驶行为数据存储到
ＭＳＱＬ
数据库；采用虚幻引
ｙ
擎的像素流送技术完成视频帧到前端的传输，实现轻
量化的道路三维建模与在线模拟驾驶；通过寻路、感
知、环境查询等逻辑构建车辆
ＡＩ
行为树实现交通流
的仿真驱动；并采用前后端分离的方式开发了驾驶仿
真信息管理与数据可视化系统。经部署与测试使用，
系统达到了预期要求，能够为驾驶仿真与道路安全分
析提供新的技术支持，具有重要的现实意义。
图
１
在线驾驶仿真系统技术架构
驾驶仿真各项功能模块通过虚幻引擎的蓝图
－
可
视化脚本与
Ｃ＋＋
编程实现。其中道路自动化三维建
模模块基于原始道路几何设计方案生成道路中心线，
再采用
ＳｌｉｎｅＭｅｓｈ
样条网格体组件生成三维道路模
ｐ
型。车道级真实交通流场景还原模块通过车辆载具开
发、车辆生成蓝图开发实现。模拟驾驶与数据采集模
块通过
Ａｉｒｓｉｍ
模块集成、行车环境数据计算与存储
来实现。硬件设备集成模块通过设置方向盘、油门、
制动踏板等各项轴属性映射实现。
数据库设计完成后，将虚幻引擎与
ＭＳＱＬ
服务
ｙ
器异步连接，存储行车过程的驾驶行为数据。通过
Ｗｉｎｄｏｗｓ
身份验证系统以及数据库服务器身份验证
系统与服务器的异步连接，可确保在连接耗费时间的
情况下驾驶仿真系统主线程不会被阻塞。采用像素流
１
系统整体设计
１?１
需求分析
基于
Ｗｅｂ
的驾驶模拟仿真实验，要求快速搭建
出符合具体实验要求的三维道路模型与交通流环境，
有效集成方向盘、油门等硬件设备，通过访问浏览器
即可在仿真环境中进行高逼真度的模拟驾驶，支持驾
驶行为数据的科学采集、存储与可视化，进而驱动行
车环境的安全评估与优化设计。另外，作为具有普适
性的轻量化实验平台，需要能够对每次驾驶实验的人
－
车
－
路
－
环境各类信息进行查阅与管理，即能够根
据数据库索引快速定位到受试者的性别、年龄、驾龄
投稿网址：
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送技术，将驾驶仿真过程中的视频帧随同音频一同流
ＡＩ
行为树来编辑行驶规则，保证添加的周边交通流
送到
Ｗｅｂ
前端。
基于
Ｊ２ＥＥ
技术，采用前后端分离框架来开发驾
驶仿真信息管理与可视化平台，内置人
－
车
－
路
－
环
境信息管理、道路三维模型漫游、在线驾驶仿真、实
验数据导出与图表可视化、自定义数据权限、服务监
控与日志管理等功能模块。
变量名称
ＶｅｈｉｃｌｅＳｔａｔｅ
ＳｍａｌｌＣａｒｓＳｅｔｕ
ｐ
ＬａｒｅＣａｒｓＳｅｔｕ
ｇｐ
ＭｉｎＳｅｅｄ
ｐ
ＭａｘＳｅｅｄ
ｐ
ＳａｗｎＲａｎｄｏｍＭｉｎ?
ｐ
Ｒａｎｅ
ｇ
ＳａｗｎＲａｎｄｏｍ?
ｐ
ＭａｘＲａｎｅ
ｇ
Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ
ＤｉｓｔａｎｃｅＴｏＴａｒｅｔ
ｇ
Ｔｈｒｏｔｔｌｅ
Ｓｔｅｅｒｉｎ
ｇ
ＶｅｈｉｃｌｅＬｏｃａｔｉｏｎ
ＶｅｈｉｃｌｅＲｏｔａｔｉｏｎ
ＳａｗｎＦｉｎｉｓｈｅｄ
ｐ
…
第
２
期雷一鸣，等：基于
ＵＥ４
的在线驾驶仿真系统设计与实现
·
１８１
·
能够对模拟驾驶车辆以及其余车辆、障碍物等做出真
实的反馈。主要涉及到的变量，见表
１
。
表
１
开发交通流载具主要变量
变量类型
枚举
结构体
结构体
浮点型
浮点型
浮点型
浮点型
向量
浮点型
浮点型
浮点型
向量
旋转体
布尔型
…
变量含义
车辆行驶状态
小型车类型
大型车类型
最小目标速度
最大目标速度
车辆最小生成时间
间隔
车辆最大生成时间
间隔
车辆目标点
距目标点距离
车辆油门
车辆转向
车辆当前位置
车辆当前朝向
是否停止生成车辆
…
２
系统详细设计
２?１
道路自动化建模模块
道路自动化建模是指根据基本的几何线形原始资
料自动生成道路三维模型的过程，也是构建高逼真度
驾驶仿真场景的基础。原始资料包括道路平面线形
（控制点平面坐标、前后缓和曲线长度、圆曲线半
径），纵断面线形（变坡点桩号、变坡点高程、竖曲
线半径）和横断面线形（行车道宽度、路肩宽度等），
通过数学几何计算自动求出道路三维中心线的逐桩坐
标，之后在
ＵＥ４
中基于
ＳｌｉｎｅＭｅｓｈ
样条网格体获
ｐ
取逐桩坐标在样条线上的位置和切线朝向、断面类
型，开发道路建模蓝图，即可自动化生成需要的道路
三维模型。具体流程见图
２
。
通过设置寻路、感知、环境查询、构建
ＡＩ
行为
树决策流程实现与真实交通流相适应的行驶车辆的仿
真驱动，主要逻辑可简化为图
３
。
选取某城市道路作为示例，根据原始交通流资料
设置各个车道的交通流参数后，仿真示意图见图
４
。
图中展示了交通流中部分车辆的运行状况。
车辆
１
：正常直行，开启直行检测射线，未检测
到前方存在车辆或障碍物，直行检测射线显示为
绿色；
车辆
２
：开始减速，检测到前方较近处驶入车辆
图
２
道路自动化建模流程图
（车辆
３
），直行检测射线由绿色转为红色；
车辆
３
：处于正常转向过程，直行检测射线和转
向检测射线均未检测到障碍物；
车辆
４
：即将向左转向，开启转向检测射线，直
行检测射线和转向检测射线均未检测到有效障碍物。
为了方便实验人员进行交通流设置，开发如图
ＧＵＩ
交互界面，在实验前对实验场景中不同行驶路
径的交通流进行简单的设置，相关变量包括车辆的最
小与最大生成间隔、最小与最大目标车速、不同车辆
类型的所占比例等，以城市道路示范路段为例，交通
２?２
车道级真实交通流场景还原模块
系统需要结合驾驶仿真的应用需求，有效还原精
确到车道级别的真实交通流场景，同时保证周边交通
流能对模拟驾驶车辆做出真实有效的反馈。首先需要
使用轮式载具（）蓝图类创建车辆
ＷｈｅｅｌｅｄＶｅｈｉｃｌｅ
载具，包括常见的小客车、大货车等车型，设置车辆
的骨架网格体、物理资源、动画蓝图等。交通流车辆
载具开发完毕后，开发车辆的行驶功能，以及设置
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·
１８２
·
计算机测量与控制
第
３０
卷
图
５
交通流设置界面
的各类轴属性映射，完成后即可配合模拟驾驶器进行
驾驶实验。
Ａｉｒｓｉｍ
中采集的数据位于世界坐标系中，例如
犞狓
，
犞狕
，不能直接得到车辆运行过程中的轴
狔
，
犞
向、横向和纵向车速。因此，在虚幻引擎中需完成
图
３
交通流场景仿真流程图
世界坐标系到局部坐标系的转换。以四元数
狅狑
、
狅狓
、
狅狕
作为入手点，将四元数转换为欧拉角，
狔
和
狅
从而得到车辆的轴向、横向和纵向车速与加速度。
四元数使用一个三维向量表示转轴，和一个角度分
量表示绕此转轴的旋转角度，例如四元数（
狑
，
狓
，
，其中
狓
、
狔
、
狕
）
狕
代表的是向量的三维坐标，
狑
狔
，
代表的是角度。根据四元数即可求出欧拉角或者旋
转矩阵，根据
狅狑
、
狅狓
、
狅狕
即可将坐标系旋转
狔
、
狅
到当前局部坐标系，获得车辆运行时的朝向，从而
计算出对应的速度与三轴加速度。在
ＵＥ４
中编写对
应的数据接口，将需要的驾驶仿真数据按固定频率
图
４
交通流运行示意图
进行采集。
流设置界面如图
５
所示。
２?４
数据库设计
数据库表存储多层次信息，包括用户信息表、车
辆参数表、道路线形表、驾驶实验表、实验数据表、
数据权限表、操作日志表等。
其中用户信息表用于校验登录用户身份与权限，
以驾驶员身份为例，表中字段包括驾驶员的编号
ＩＤ
、
姓名、性别、年龄、驾龄、性格评估、个人备注等，
用户信息表会与数据权限表、驾驶实验表相关联。车
辆参数表的字段有车辆名称、类型、轴距、最大扭
矩、最高转速、差速器类型等，以适应不同的驾驶仿
真实验。道路线形表中的字段包括控制点平面坐标、
前后缓和曲线长度、圆曲线半径、纵坡坡度、竖曲线
２?３
驾驶仿真与数据采集模块
Ａｉｒｓｉｍ
是微软开发的一款基于虚幻引擎构建的
无人机、汽车等模拟器的开源平台，它提供了基本的
车辆动力学引擎，支持使用仿真车辆进行模拟驾驶以
１８
］
及通过脚本控制车辆进行自动驾驶
［
。在虚幻引擎
中集成
Ａｉｒｓｉｍ
，软件模块经过开发调试无误后，即
可与硬件设备相集成。主要流程包括：将模拟驾驶硬
件设备连接到主机上，安装相应的驱动程序，测试成
功连接方向盘、制动踏板、油门等硬件；在虚幻引擎
中启用“”插件，与硬件输入相
ＷｉｎｄｏｗｓＲａｗＩｎｕｔ
ｐ
匹配，添加新设备配置；设置
ＧｅｎｅｒｉｃＵＳＢＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
投稿网址：
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ｊｊｙ
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送到控制器，控制器根据请求类型将指令发送到相应半径、行车道宽度、路肩宽度等。驾驶实验表中的字
段包括驾驶员编号、车辆编号、实验环境、工程背
景、实验时间、实验备注等。实验数据表的字段包括
驾驶试验编号、世界坐标位置、车速、三轴加速度、
档位、转速、行驶里程、时间戳等。
的模型层。模型层与数据库交互完成之后，根据业务
的逻辑选择相应的视图进行显示，用户就获得了这次
交互的反馈信息，从而增加代码的扩展性与复
］
２１
用性
［
。
第
２
期雷一鸣，等：基于
ＵＥ４
的在线驾驶仿真系统设计与实现
·
１８３
·
２?５
系统前端设计
系统前端信息管理与可视化模块采用
Ｖ
、
ｕｅ．ｓ
ｊ
、
ＥＥｌｅｍｅｎｔＵＩｃｈａｒｔｓ
等框架设计与开发，可实现人
－
车
－
路
－
环境的信息查看与修改，实验数据的查看
与导出，图表图像的可视化等功能。通过对
Ａｘｉｏｓ
进
行封装，用户能够对各项
ＵＩ
组件进行数据交互，在
请求的过程中使用的
Ｊｓｏｎ
作为前后端数据传输的格
式。作为一种轻量级数据交换格式，
Ｊｓｏｎ
易于读写
］
１９
与解析，且由于格式压缩，占用带宽小
［
。
针对系统的访问权限问题，由于系统涉及到多个
角色，包括驾驶实验受试人员、驾驶实验数据分析人
员、平台管理维护人员，每个角色拥有的功能菜单和
访问权限是不同的，例如驾驶实验受试人员可以进行
在线的驾驶仿真，而实验数据分析人员则可以进行实
验数据的查看与处理，然后系统后台管理人员才可以
对用户进行管理，因此采用
ＲＢＡＣ
思想进行权限控
制，即一个用户能够拥有若干角色，每一个角色能够
拥有若干个菜单，并通过设置对应的权限，来构造成
“用户
－
角色
－
菜单”的授权模型，不同类型的角色
能够访问的平台功能是不同的，用户与角色、角色与
菜单之间构成了多对多的关系。
针对系统的数据存储问题，数据持久层采用
，能够支持个性化
ＳＭＢａｔｉｓｌ
语句与存储过程，将
ｙｑ
ＪＤＢＣ
具体的细节掩盖，能够灵活高效地对驾驶仿真
］
２２
信息进行查询
［
。数据库采用关系型数据库
ＭＳＱＬ
ｙ
前端的在线驾驶仿真模块使用虚幻引擎的像素流
送技术来实现。像素流送使用
ＷｅｂＲＴＣ
点对点通信
框架，保证系统使用者和虚幻引擎应用程序之间的延
迟很低。像素流送技术的原理是使用
Ｈ．２６４
视频压
缩方式对每个渲染帧的最终结果进行编码，将生成的
视频帧随音频一同打包到媒体流送中，进而发送到一
个或多个连线的浏览器上。信令和
Ｗｅｂ
服务器则负
责交涉浏览器和像素流送插件之间的连接，向
Ｗｅｂ
端提供
ＨＴＭＬ
和
ＪａｖａＳｃｒｉｔ
环境，从而将虚幻引擎
ｐ
中的驾驶仿真环境实时在线传输到前端页面，流程见
图
６
。根据
ＵＥ４
内置的
ｅｍｉｔＵＩＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ
函数进行
二次开发，从而提供与用户的界面交互。只需要输入
相应的
ＩＰ
地址，即可让任何人通过任何设备的浏览
器进行轻量化的驾驶仿真实验，从而实现驾驶仿真的
轻量化、无插件、跨平台特性
［］
２０
与缓存数据库
Ｒｅｄｉｓ
相结合的方式，
ＭＳＱＬ
用来存
ｙ
储驾驶员
－
车
－
路
－
环境等信息，将它们持久化存储
到硬盘内。考虑到由于仿真场景能够基于
Ｗｅｂ
进行
漫游，系统的并发量可能较高，采用
Ｒｅｄｉｓ
将用户登
录信息、数据库常用字段的键值对参数存储到缓存
中，可以有效减少直接访问数据库的次数，提高数据
加载与查询效率。
。
３
实现效果
经过虚幻引擎内部逻辑开发、数据库表间关系设
计、系统架构开发和前后端接口联调，系统已经能够
平稳运行且具备了较好的实现效果。
在道路自动化三维建模页面，输入的道路几何线
形原始资料可自动计算出道路中心线的逐桩坐标，再
结合道路横断面类型特征进行物理材质参数化设置，
在
ＳｌｉｎｅＭｅｓｈ
组件上进行网格体生成，以某林区道
ｐ
路为例，道路自动化建模如图
７
所示。
在模拟驾驶页面，使用者无需安装特定软件，通
过浏览器即可进行在线的模拟驾驶，在实验前设置驾
驶实验是否需要加入交通流，以分别适应需要自由流
图
６
像素流送流程图
２?６
系统后端设计
系统后端为
Ｗｅｂ
前端提供服务支持，采用经典
技术组合（、
Ｓ
、
Ｍ
、
ＳｒｉｎｏｏｔｒｉｎｅｃｕｒｉｔＢａｔｉｓ
ｐｇ
Ｂ
ｐｇ
Ｓ
ｙｙ
模型
－ＭＲｅｄｉｓ
等）进行开发，应用
ＭＶＣ
框架（
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、视图
－Ｖ
）将代码逻辑
ｅｌｉｅｗ
、控制器
－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
解耦。在程序执行期间，驾驶仿真系统用户将请求发
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“驾驶数据”菜单栏中查看原始记录，同时，可导出
数据为对应的
．ｃｓｖ
文件供进一步分析，其中实时记
录的部分类型行车数据见图
１０
。
·
１８４
·
计算机测量与控制
第
３０
卷
图
７
某林区道路自动化三维建模
图
１０
驾驶实验中的行车数据预览
和非自由流的驾驶仿真环境。此外，设置是否需要将
本次实验的驾驶行为数据存储进数据库，以分别适应
需要存储数据的正式实验与不需要存储数据的测试性
实验，并且可以填写记录到数据库的采集频率和实验
备注，其中采集频率可以精确到
０
，之后即可正
．１ｓ
式进行驾驶仿真实验，如图
８
，图
９
所示。
并且，通过对数据库中数据进行格式化管理，进
而对不同指标维度的仿真数据进行通用接口配置，系
统提供了高质量、高拓展性的数据分析接口与可视化
平台，为实验用户提供了轻量高效的数据查询与展示
服务。以对上海市中环的北虹立交进行的驾驶仿真实
验为例，见图
１１
，系统能够根据用户需求配置对应
的可视化图表，并调用后端对应算法计算出各个匝道
路段单元的安全指数等分析指标。
图
８
实验基本信息填写
图
１１
北虹立交驾驶仿真信息可视化平台
４
结束语
文章针对传统驾驶仿真软件存在的建模受限、配
置冗余等一系列局限性，基于
ＵＥ４
开发并测试了道
路数字化建模与在线驾驶仿真系统。实现的功能模块
有：角色用户管理、道路自动化三维建模、驾驶员
－
车辆
－
道路
－
环境信息管理、真实交通流场景还原、
在线进行驾驶仿真实验、驾驶实验数据实时采集与可
图
９
基于
Ｗｅｂ
的在线驾驶仿真实验
视化等。系统经过测试确保能平稳运行，满足轻量
化、自动化、智能化的业务功能需求，且能够有效减
少驾驶实验成本、扩大数据样本，为研究人员提供一
个具有普适性的轻量化实验平台。此外，系统还提供
如果勾选了“是否需要存储到数据库”选项，平
台则会按照指定频率采集驾驶行为数据，可在平台的
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了数据接口，可针对特定需求进行二次开发。随着智
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能化技术的不断发展，未来如何更有效地融合虚拟现
实、大数据、人工智能等新技术对驾驶仿真系统进行
精细化完善，驱动行车环境安全评估与优化设计，是
需要进一步研究的重点。
参考文献：
［］闵
泉
．
基于模拟驾驶的道路交通安全评价方法及应用
１
［
Ｄ
］
．
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［］宋晓妍，王群淞，刘晶郁，等
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１２
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２８
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１３
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Ｄ
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１４
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２０１５３３
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１５
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Ｄ
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基于虚拟现实的汽车驾驶模拟器系统研究与
１６
实现［
Ｄ
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．
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２０１７．
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．
汽车驾驶模拟系统研究与动感实现［
１７Ｄ
］
．
成
都：西南交通大学，
２０１８．
［］，
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ＣｏｍｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ２０１８
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１９
］
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，
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１４．Ｓｓｔｅｍｓ
ｙ
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２０
］
ＡＮＴＵＮＥＳＭ
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ＣｏｍｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ２０１６
，
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：
１０３６１０４５．
第
２
期雷一鸣，等：基于
ＵＥ４
的在线驾驶仿真系统设计与实现
·
１８５
·
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