虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在《交通管理與控制》課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

向 往 周斯維

長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410114

一、背景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是現(xiàn)代仿真技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向,是一種多元信息融合的交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真[1]，涉及人機(jī)交互技術(shù)、圖像融合技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)三維仿真技術(shù)等多個(gè)新興技術(shù)，可以為參與者提供仿真的虛擬環(huán)境，提高沉浸感。駕駛模擬器是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用，可分為訓(xùn)練型駕駛模擬器和研究型駕駛模擬器，劉東波等[2]分析了基于分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的汽車(chē)駕駛模擬器的軟硬件結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、特點(diǎn)和應(yīng)用；熊堅(jiān)等[3]闡述了汽車(chē)駕駛模擬器面向道路交通的應(yīng)用方法和范圍。在交通管理與控制方面，張勇剛等[4]闡述了汽車(chē)駕駛模擬器在交通工程和道路安全領(lǐng)域的應(yīng)用，其中，交通管理設(shè)施和控制策略的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)是重要應(yīng)用。

前人研究中主要以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用和汽車(chē)駕駛模擬器在交通運(yùn)輸工程學(xué)科中的應(yīng)用為主，深入到具體課程的應(yīng)用較少。因此，本文從微觀(guān)層面探索汽車(chē)駕駛模擬器在《交通管理與控制》課程教學(xué)中的應(yīng)用模式。

二、交通管理與控制課程的特點(diǎn)

交通管理與控制是交通運(yùn)輸類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程和主干課程，需要向?qū)W生系統(tǒng)地介紹交通管理的基本概念、實(shí)施方法和策略，以及交通控制的原理、技術(shù)和設(shè)備，主要內(nèi)容包括交通現(xiàn)狀診斷、交通運(yùn)行管理、交叉口交通管理、交通需求管理、車(chē)流運(yùn)行控制、交叉口信號(hào)控制（單點(diǎn)控制、感應(yīng)控制和聯(lián)動(dòng)控制）等。課程目標(biāo)是讓學(xué)生能夠基于實(shí)際的交通狀態(tài)選擇合適的管理策略和控制方法規(guī)范車(chē)流運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)交通網(wǎng)絡(luò)的通暢運(yùn)行。

該課程主要包含兩個(gè)方面的核心內(nèi)容：交通管理策略與駕駛行為的關(guān)系；交通控制方法與交通流運(yùn)行效率的關(guān)系。這兩塊內(nèi)容都適合采用案例教學(xué)法，例如單行道對(duì)于車(chē)輛駕駛員行為的影響，文字和圖片都難以清晰明了地描述駕駛員面對(duì)單行道標(biāo)志的反應(yīng)和后續(xù)行駛路徑重選擇行為。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通管理與控制課程教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可以為學(xué)生提供交通管理和控制場(chǎng)景的設(shè)計(jì)平臺(tái)，親身參與到管理策略選擇和控制場(chǎng)景邏輯設(shè)計(jì)中，在強(qiáng)沉浸感的仿真環(huán)境基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐了解管理策略制定和控制方法選擇的依據(jù)和關(guān)鍵影響因素。通過(guò)改變可視的虛擬仿真環(huán)境可以呈現(xiàn)不同的交通管理與控制場(chǎng)景，場(chǎng)景的參數(shù)變化可以體現(xiàn)不同的管理原則和控制方法，因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在《交通管理與控制》課程教學(xué)中的應(yīng)用可以包含以下三個(gè)部分：

（一）設(shè)計(jì)交通管理策略集

交通管理以策略、方法、原則等理論為主，具體的交通管理措施制定需要考慮地理位置、時(shí)段、交通流量流向、人員情況、可用設(shè)施配置等眾多因素，為了增強(qiáng)場(chǎng)景設(shè)計(jì)的針對(duì)性，設(shè)計(jì)交通管理策略集，學(xué)生可從策略集中進(jìn)行選擇，也可以根據(jù)實(shí)際情況增加自定義策略。

（二）制定標(biāo)準(zhǔn)化的車(chē)流控制場(chǎng)景

車(chē)流控制主要是利用交警和信號(hào)燈、錐形筒、護(hù)欄等設(shè)施對(duì)車(chē)輛在道路網(wǎng)絡(luò)中的流量和流向進(jìn)行限制和誘導(dǎo)，但是，車(chē)流的演化特性多樣化，難以窮舉，因此，根據(jù)授課內(nèi)容構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的交通管理與控制場(chǎng)景，對(duì)場(chǎng)景中的道路網(wǎng)絡(luò)、車(chē)輛流量流向、行人流量流向等參數(shù)設(shè)定為輸入值，學(xué)生可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置參數(shù)構(gòu)建場(chǎng)景。

（三）場(chǎng)景調(diào)整與實(shí)驗(yàn)分析

在駕駛模擬實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)完成之后，學(xué)生以視頻展示和人機(jī)交互兩種形式開(kāi)展實(shí)踐，反復(fù)測(cè)試場(chǎng)景準(zhǔn)確性，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)管理策略和控制措施的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，針對(duì)效果的不足之處對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)“場(chǎng)景設(shè)計(jì)—理論知識(shí)—交互實(shí)踐—方案改進(jìn)”的交替循環(huán)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的持續(xù)學(xué)習(xí)。