一种基于城市仿真的城市规划系统及方法与流程

本发明涉及城市仿真，具体为一种基于城市仿真的城市规划系统及方法。

背景技术：

1、城市仿真是一种利用计算机技术模拟城市系统及其组成的行为和相互作用的方法；这种仿真可以帮助城市规划者、建筑师、政策制定者和研究人员更好地理解城市发展的趋势，预测未来的变化，并评估不同规划决策的可能影响；

2、现在城市化发展迅速，城市人口爆炸式增长，对城市交通带来了较大的负担，因此城市道路的拥挤情况的两极化现象极其严重；而合理地设置交通信号灯和对车辆分流可以减缓这种现象的发生；通常城市中，对拥堵的地方或时间段适当地延长通行时间和等候时间可以有效地减缓路口拥堵程度，但对于空闲时间则需要调整信号灯的时间设置；而目前许多城市中，仍存在着信号灯时间设置不合理，没有做到动态调控，无论路口是否拥挤或空闲，其时间是不变的，这就造成了一种现象，路口空闲时，其设置的红灯时间很长，让等候人员产生不耐烦情绪，或在路口拥挤时，并未适当延长通行时间和对车辆进行分流，造成路口拥挤情况严重和等候人员产生焦躁情绪，致使做出其违规行为。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于城市仿真的城市规划系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于城市仿真的城市规划方法，该方法包括以下步骤：

4、s100、通过多通信设备根据仿真主参数进行参考对目标城市数据进行筛选采集，对采集数据进行时间地域封装传输至仿真中心；

5、s200、仿真中心接收数据，以封装属性将数据进行逆解封，通过三维虚拟空间仿真映射，以观察者用户视角对城市数据进行简化镜像模拟仿真建设，再通过引入时间四维属性，将虚拟城市进行动态时间线模拟发展，获取模拟数据；

6、s300、在模拟城市模型中，调取城市各道路历史数据，通过分析全天各路口车流量和人流量的通行率和等候情况，对各路口的交通信号灯制定动态时间调控规划，并对各道路通行流量的分流方案进行制定；

7、s400、将分析的规划方案，通过数据转换为仿真城市模型的输入数据，通过城市模型进行动态演变，根据演变结果分析方案的可行性。

8、所述s100中通过多通信设备根据仿真主参数进行参考对目标城市数据进行筛选采集，对采集数据进行时间地域封装传输至仿真中心的具体步骤如下：

9、s101、通过城市上空的卫星设备对城市进行整体架构数据采集，通过城市各道路装置监控设备对城市的内部数据进行粗采集，通过实地观察车或人对城市内部数据进行细节采集；

10、s102、根据仿真对象对采集数据进行筛选，将其中的道路数据进行精细采集并存储，对干扰数据进行框架采集；所述干扰数据包括建筑物数据、植物数据和水流数据；所述框架采集是指对干扰数据进行外部框架采集，用于在城市仿真模拟构建时，用于表示在对应位置所占据的物体类型，而不对其内部数据进行细节补充，这种行为可以减少仿真时的数据干扰；

11、s103、对采集的数据通过打上城市具体的位置数据和对应的采集时间点数据进行数据封装，并将封装数据传输后端仿真中心。

12、所述s200中仿真中心接收数据，以封装属性将数据进行逆解封，通过三维虚拟空间仿真映射，以观察者用户视角对城市数据进行简化镜像模拟仿真建设，再通过引入时间四维属性，将虚拟城市进行动态时间线模拟发展，获取模拟数据的具体步骤如下：

13、s201、仿真中心接收封装数据，通过逆解封对采集数据进行提取，对提取数据以时间属性进行动静数据分类，将其中城市数据中的短期固定数据进行一级筛选并提取；所述短期固定数据表示为该数据在短期时间内不会发生改变，属于短暂的固定数据属性；在短期固定数据提取完成后，将动态数据以附加数据形式构建时间线差点数据条；所述时间线差点数据条是以时间为数据承载，将数据以数据点的形式，通过时间线进行串联构成数据条形式；

14、s202、利用短期固定数据在仿真虚拟空间中，将城市的框架结构进行模拟构建，通过提取其中建筑物的固有属性数据完成虚拟建筑物模拟建设；利用植物和水流的特征属性数据进行虚拟植物和水流映射再现；所述建筑物固有属性包括建筑物的长度、宽度、高度和空间占比；所述植物和水流的特征属性为颜色和空间占比；仅通过模糊数据对城市的大体框架结构进行构建，能够以较小的计算量初步完成仿真城市搭建，且以上框架建设对仿真城市的主要分析目标影响较小，通过模糊化建设能够减小数据干扰；

15、s203、在初步仿真城市搭建完成后，对当前仿真城市的分析主目标数据进行完全嫁接，通过提取现实城市中的交通道路数据，以观察者视角通过一比一细节模拟真实道路状况在虚拟仿真空间中进行还原，完成城市的静态建设；将动态数据组成的时间线差点数据条依照时间属性数据，对静态城市进行动态数据植入，完成仿真城市的动态模拟发展；所述动态数据包括车流数据和人流数据。

16、所述s300中在模拟城市模型中，调取城市各道路历史数据，通过分析全天各路口车流量和人流量的通行率和等候情况，对各路口的交通信号灯制定动态时间调控规划，并对各道路通行流量的分流方案进行制定的具体步骤如下：

17、s301、在完成城市搭建的仿真虚拟空间中，通过调取城市各道路中的主干道路和支干道路的历史全天通行情况数据；其中，对各主干道路及附属支干道路进行对应标签记录；根据历史数据，对全天道路通行情况进行时段分类分析，并针对分类结果对具体路口的通行数据进行分析；

18、s302、利用各路口的区域监控设备对路口全天各时间段处于等候状态的人员密度进行计算，其计算公式为,其中为处于等候状态的人员密度，为处于等候状态的人员所占据面积，为处于等候状态的人员的数量，为路口监控区域中可允许人员等候的区域面积；根据计算公式获取两个密度值分别为，；其中为处于等候状态的行人密度数据，为处于等候状态的车辆密度数据；根据处于等候状态的人员密度对路口的密集度进行计算，其计算公式为；其中为路口的密集度，、为对应车辆密度和行人密度的计算权值，其计算公式为；其中为该路口车辆道路的宽度，为该路口行人道路的宽度；根据历史数据，系统结合道路的拥挤承受能力给出各路口的密集度阈值；以为对照对象，对于某路口的密集度，则判断当前路口为拥挤状态；若，则判断当前路口为未饱和状态；根据道路状态的分析方式，对各路口全天各时段的密集状态进行区分，获取各路口全天的高流量时段、中流量时段和低谷时段；其中，高流量时段为道路拥挤状态，中流量和低谷时段为道路未饱和状态；具体的中流量时段为道路密集度处于的状态，而低谷时段则为道路密集度处于的状态；

19、s303、结合路口的密集度和等待人员的实际等候时间对等候人员的违规行为率相关函数模型进行构建，其函数公式为；其中为等候人员的违规行为率，为等待人员的实际等候时间，为系统预设参数，为函数修正参数；通过函数分析用户在路口等待交通信号灯所耗费时间，获得在对应不同路口密集度的情况下，函数曲线中存在一点，在该点处用户的违规行为率增长率为最大值；则对原函数进行微分计算，其计算公式为，取微分函数上对应的时间值，则为等候人员的最佳等待时间；其中为微分曲线上的纵轴最大值；系统通过历史数据分析等候人员在等候交通信号灯时，对应的违规行为率达系统预设临界点时，获取对应的等候时间；在此函数中，对等候人员的违规行为率定义为等候人员的所需等候的实际时间越长，其越容易产生不耐烦情绪，因此，其越容易做出违规行为；对于行人和非机动车类型车辆对象来说，当其所需等候时间越长，产生不耐烦情绪所带来的违规行主要为违法闯红灯；而对于机动车类型车辆对象来说，当其所需等候时间越长，产生不耐烦情绪所带来的违规行主要为违法使用手机；相对应违规行为率越小，代表其情绪越稳定，做出违规行为的概率越小；且此函数中对等候人员的违规行为率的计算适用的是大众人群的，不针对个别人；因此，不对个人的违规行为率进行计算；在其中对于处的违规行为率增长率开始改变，其对应的就是整条曲线在此点的斜率发生的骤然增大，表示该点处人们的情绪焦躁程度增长迅速；对进行限制是因为当出现交通事故或其他非正常因素导致交通堵塞，则此时就不以人们的等待情绪为第一要素，而是以安全为主；

20、s304、系统结合路口实际的密集度和人员通过速率，以用户违规行为率对应的等候时间作为参考对象，对路口的交通信号灯时间进行动态调整；通过系统对当前路口的密集度进行分析，当路口为拥挤状态时，计算实际单次路口通行时间，其计算公式为；其中为系统分析当前路口拥挤情况下，缓解拥挤情况所需的单次通行时间，为单次路口通过的车辆数量，为单车辆通过路口的时间，为时间修正参数；对应的路口等待时间值与通行时间值相等；此处，对于路口的单次通行时间仅对车辆进行计算，是因为通常在路口发生堵塞时，是由车辆多引起，且往往行人通过路口的时间短于车辆，因此在两者同时发生时，行人的通行时间会被车辆的通行时间覆盖；其中引入时间修正参数是因为在正常情况下，路口的车辆不会等上一辆完全通行路口后再行驶，而是与前面的车辆同时行驶，因此实际所花费的时间会比单纯地通过数量与时间的积得出的结果小；

21、在路口拥挤时，对应路口的密集度为时，将与进行比较，若，则对系统进行矫正，将单次等待时间输出为，对应单次通行时间输出为，并对路口监控范围边界处设置电子屏幕，对后续的车辆进行文字或语音提示道路拥挤，进行道路分流；若，则将单次等待时间输出为，对应单次通行时间输出为,并对道路进行分流；

22、当路口处于未饱和状态，其中对应路口的密集度为时，计算当前路口的通行时间，其计算公式为；其中为当前路口的通行时间，为当前路口的车辆数量；则对应单次路口等待时间的值与相等；将与和进行比较，若，将对系统进行矫正，将单次等待时间输出为,对应单次通行时间输出为，并根据道路动态状况判断是否采取分流；在此情况中，当路口的密集度处于未饱和，但接近拥挤时，由于矫正之后的时间满足了人们的情绪需求，但可能会在一段时间之后引起道路拥堵，因此需要进行实时分流判断；若，则将单次等待时间输出为，对应单次通行时间输出为；

23、当路口处于未饱和状态，其中对应路口的密集度为时，通过系统对当前路口的实际等待人员情况分析，将单次等待时间输出为，对应单次通行时间输出为；其中为系统预设动态参数；在此情况下，由于路口处于较为空闲状态，因此系统根据各路口实际的空闲状态对各路口的信号灯进行针对的时间设置。

24、所述s400中将分析的规划方案，通过数据转换为仿真城市模型的输入数据，通过城市模型进行动态演变，根据演变结果分析方案的可行性：

25、s401、将分析的规划方案，通过数据形式输入仿真城市模型，进行多周期的动态演变，观察仿真城市的演变过程，并对周期数据进行综合数据分析；

26、s402、系统根据演变结果，结合周期数据分析对当前规划方案进行评估，并给出对应的可行性评估报告。

27、一种基于城市仿真的城市规划系统，所述系统包括仿真数据采集模块、仿真城市构建模块、交通规划模块和仿真评估模块；

28、所述仿真数据采集模块通过多通信设备根据仿真主参数进行参考对目标城市数据进行筛选采集，对采集数据进行时间地域封装传输至仿真中心；所述仿真城市构建模块对封装数据进行逆解封通过三维虚拟空间仿真映射，以观察者用户视角对城市数据进行简化镜像模拟仿真建设，再通过引入时间四维属性，将虚拟城市进行动态时间线模拟发展，获取模拟数据；所述交通规划模块调取仿真城市中各道路历史数据，通过分析全天各路口车流量和人流量的通行率和等候情况，对各路口的交通信号灯制定动态时间调控规划，并对各道路通行流量的分流方案进行制定；所述仿真评估模块将分析的规划方案，通过数据转换为仿真城市模型的输入数据，通过城市模型进行动态演变，根据演变结果评估方案的可行性。

29、所述仿真数据采集模块包括多数据采集单元、主数据筛选单元和数据封装单元；所述多数据采集单元通过城市上空的卫星设备、城市各道路装置监控设备和实地观察车或人对城市数据进行采集；所述主数据筛选单元根据仿真主对象数据对采集数据进行筛选，将道路数据进行精细采集并存储，对干扰数据进行框架采集；所述干扰数据包括建筑物数据、植物数据和水流数据；所述数据封装单元对采集的数据通过打上城市具体的位置数据和对应的采集时间点数据进行数据封装，并将封装数据传输后端仿真中心。

30、所述仿真城市构建模块包括数据处理单元、仿真城市搭建单元和仿真城市模拟单元；所述数据处理单元对封装数据进行逆解封获取采集数据，对提取数据以时间属性进行动静数据分类，将其中城市数据中的短期固定数据进行一级筛选并提取，在短期固定数据提取完成后，将动态数据以附加数据形式构建时间线差点数据条；所述仿真城市搭建单元利用短期固定数据在仿真虚拟空间中，将城市的框架结构进行模拟构建，通过提取其中建筑物的固有属性数据完成虚拟建筑物模拟建设；利用植物和水流的特征属性数据进行虚拟植物和水流映射再现；所述建筑物固有属性包括建筑物的长度、宽度、高度和空间占比；所述植物和水流的特征属性为颜色和空间占比；所述仿真城市模拟单元在初步仿真城市搭建完成后，对当前仿真城市的分析主目标数据进行完全嫁接，通过提取现实城市中的交通道路数据，以观察者视角通过一比一细节模拟真实道路状况在虚拟仿真空间中进行还原，完成城市的静态建设；将动态数据组成的时间线差点数据条依照时间属性数据，对静态城市进行动态数据植入，完成仿真城市的动态模拟发展；所述动态数据包括车流数据和人流数据。

31、所述交通规划模块包括道路状态分析单元、等候人员状态分析单元和交通规划制定单元；所述道路状态分析单元通过调取城市各道路中的主干道路和支干道路的历史全天通行情况数据，根据历史数据，对全天道路通行情况进行时段分类分析，并针对分类结果对具体路口的通行数据进行分析；利用各路口的区域监控设备对路口全天各时间段处于等候状态的人员密度进行计算，根据处于等候状态的人员密度对路口的密集度进行分析，结合分析结果对各道路路口状态进行时段状态分析；所述等候人员状态分析单元结合路口的密集度和等待人员的实际等候时间对等候人员的违规行为率相关函数模型进行构建，通过模型对等候人员的最佳等待时间进行计算分析；所述交通规划制定单元通过综合分析路口状态和等候人员状态对路口交通信号灯时间设置方案进行分析，并制定对应方案。

32、所述仿真评估模块包括仿真城市数据演变单元和规划演变反馈单元；所述仿真城市数据演变单元将分析的规划方案，通过数据形式输入仿真城市模型，进行多周期的动态演变，观察仿真城市的演变过程，并对周期数据进行综合数据分析；所述规划演变反馈单元根据演变结果，结合周期数据分析对当前规划方案进行评估，并给出对应的可行性评估报告。

33、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明包含多个模块，通过模块作用实现了对城市数据的筛选采集，在仿真空间中对城市进行镜像搭建，通过仿真城市对研究目标进行的动态的预测模拟，根据模拟结果对制定的规划方案进行评估；本发明利用城市仿真技术，针对目前城市中各个路口的全天通行状态进行了时段分析，对等候人员的情绪状态进行了分析，通过综合分析以上数据对城市各路口在不同时段的交通信号灯的时间设置进行了计算分析，并给出了具体方案；本发明通过动态分析城市交通不同时段不同状态结合城市人员的情绪情况，对交通信号灯进行了动态时间调控，并对相应情况给出分流规划；一方面能够针对不同交通情况进行动态交通灯调控，避免了道路空闲而交通灯的等候时间设置过长引起等候人员的情绪不满的情况，或是道路拥挤而交通灯通行时间设置不合理，导致道路拥挤情况发生；另一方面本发明有效的结合了道路实际状况和道路人员的情绪状况的综合分析，能够在调控道路状况的同时最大程度的顾及道路人员的情绪。