UC—win/Road在城市规划中的应用

马思群 张旻昌 蒋坤 林宝聚 张伟龑 刘业华 李恩实

摘要摘要：城市规划过程中进行快速建模、交通仿真和效果检验尤为重要。以某城市为例，利用UCwin/Road软件进行道路设计、建筑物建模及交通仿真完成城市规划设计，并且利用软件的脚本功能及模拟驾驶功能，在完成后的场景中进行脚本演示及模拟驾驶。实验证明，利用UCwin/Road软件进行城市规划，不仅方便快捷、具有强烈沉浸感，而且可以通过交通仿真功能及驾驶模拟器对规划的合理性进行检验。

关键词关键词：UCwin/Road；城市规划；道路设计；建模；交通仿真；模拟驾驶

DOIDOI：10.11907/rjdk.151918

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2015）011007803

基金项目基金项目：国家自然科学基金资助项目（51220001）；大连市科技计划资助项目（2011D11ZC093）；2013年大连小微科技企业扶持资金项目（2013）

作者简介作者简介：马思群（1969-），男，黑龙江佳木斯人，大连交通大学交通运输工程学院教授、硕士生导师，研究方向为车辆结构分析与现代设计方法；张旻昌（1990-），男，江苏盐城人，大连交通大学交通运输工程学院硕士研究生，研究方向为车辆结构分析与现代设计方法。

0引言

随着我国经济的快速发展，越来越多的城市通过进一步开发与扩建来满足自身发展需求。而城市作为复杂综合体，涉及政治、经济、文化、金融各个领域，为了使各方面协调发展，就必须进行统一规划，确定城市定位、规模和发展方向，合理利用城市土地，协调城市空间布局及各项建设的综合部署和具体安排。

目前，虚拟现实技术已广泛应用于城市规划领域。具有强烈沉浸感的虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）对于城市规划设计有着重要意义。利用虚拟现实技术进行城市规划可以实现传统二维设计难以达到的形象直观的视觉效果。

当前城市规划领域的虚拟现实软件有sketchup、Esri CityEngine等。这些软件虽然可以进行三维城市建模，但无法具体且准确地编辑城市活动中的主体——交通流。而CUBE、VISSIM等交通规划软件虽然可以较出色地模拟交通流，但沉浸感不足且无法胜任复杂、精细的城市规划任务。

本文利用日本富朗巴公司开发的虚拟现实软件UCwin/Road进行城市规划。该软件不仅可以方便快捷地在计算机上进行城市规划，而且可以根据相关数据资料编辑需要的交通流，还可以利用脚本工具及驾驶模拟功能来检验城市规划的效果。

1UCwin/Road软件介绍

UCwin/Road是由日本富朗巴公司开发的一款利用计算机三维虚拟实现表现原理，进行道路、城市规划设计的三维虚拟现实软件。该软件为城市规划设计提供了最新手段。UCwin/Road软件主要包含地形输入、道路定义、道路和交通流生成、建筑建模及仿真模拟等五大功能。使用该软件，用户即使对土木工程不了解，也可以通过简单的计算机操作进行三维模拟，还可以与设计连接。与传统规划设计软件相比，该软件具有建模方便快速、成本低、方案变更容易及可实现模拟驾驶等特点。软件还自带丰富的模型数据库，包括建筑物、道路附属物、桥梁、树木等，同时还具有路面墙面等材质数据库；可通过LandXML与各类CAD进行3D/2D数据交换；通过对应开源格式LandXML支持与Civil 3D、InRoad等CAD的接口，可转换地形、道路线形和截面信息；具有较强的交通仿真功能，例如交通流仿真、交叉口信号灯控制及交叉口冲突点模拟等。此外，该软件还有很多独到之处，例如模型的阵列摆放、无需编程基础就可以编辑脚本路径、支持地形数据的导入卫星地图的精确粘贴等。

驾驶模拟系统是UCwin/Road软件的一个重要组成部分。该系统由驾驶模拟器、交通流仿真器以及车辆动力学仿真器构成。目前，富朗巴公司开发的最新驾驶模拟器是由6自由度运动平台和Yaw Table转台、X Table长行程所构筑的8自由度车辆运动模型实车驾驶模拟器。该模拟器由球形穹幕、多通道投影系统、轿车客舱、振动系统、六自由度运动平台、长行程单元、集群计算机系统、视线追踪系统、交通流仿真器、车辆动力学仿真器和其它辅助系统构成。驾驶模拟系统通过与UCwin/Road联合仿真及360度投影装置、音响系统、振动装置等共同营造出无限接近实际的驾驶环境，在已完成的城市规划场景中进行模拟驾驶，以此来检验设计道路的车行道数、交叉口、道路曲线、绿化等是否合理。这对于城市规划中的道路设计具有重要意义。

2规划及建模

2.1实验地区选取

本文以某城市奥运村规划作为案例，介绍如何利用UCwin/Road进行城市规划。该地区经济发达，人口密度较大，考虑到比赛期间外来人口对该城市交通的不利影响，作者设计将奥运村置于以居民区为主的江东区，而奥运村赛后用作居住区也是历届奥运村赛后利用规划的主要思路。

2.2实验地区规划

本次奥运村规划不仅要满足奥运会期间的赛事要求，并且在赛后能够重复利用，避免奥运设施闲置造成浪费。根据上述要求，在某区现有规划基础上，从3个方面进行规划。

2.2.1奥运村选址

政府将在江东区的梦岛建设4个体育场馆，梦岛竞技场为已有场馆，其它3个为新建场馆。梦岛北部及东部均为水域，南部为商业区。因此，从城市规划的技术性角度出发，将与梦岛隔河相望的辰巳森海浜公园规划为奥运村。公园周边环境优美，人员相对较少，可以保证赛后休息质量。考虑到当地政府合理开发奥运村及可持续利用的要求，所有建筑均为中低层建筑，奥运村内部单元结构为底层商业，二层办公，其上为住宅。所以每个单元都是混合功能，集生活、工作、休闲为一体，一个奥运村就是一个微缩的城市。赛后可以作为居住区利用，满足工作和娱乐需求，既减少了城市交通流，又方便了居民生活。

2.2.2配套建筑设施

考虑相关人员需求，需要在场馆附近新建急诊室及小型购物场所。为方便运动员及相关人员往返于奥运赛场及奥运村，在辰巳森海浜公园南面的首都高速湾岸线上增加一个列车站台，与已有的新木场站成为连接奥运会场与奥运村的两个站台，这样既可以方便奥运村居住人员出行，又可以减轻众多外来人口对公路交通造成的负担，并在车站附近新建小型公园及餐饮设施。

2.2.3道路设计

主干道仍为现有道路。新建一些支路，以方便进出场馆及奥运村区域。人行道每隔150m设置一个路口，在路口处建设可供居民停留、交流和休息的空间。在十字路口做倒角处理，这样能在各种情况下加快车流过弯速度，减少堵车，加快城市内部流通速度。

2.3UCwin/Road建模

UCwin/Road中，三维仿真模型主要包括道路及附属物模型和建筑物模型两个主要部分。建立三维仿真模型首先需要导入地形信息，对地形信息进行编辑；然后定义道路，包括定义平线形面、纵断面线形、道路横断面、立交、平面交叉、桥梁、渠道、匝道、填挖土区段等；完成定义后需要对其进行编辑，包括配置模型、标识、添加树木，设置材质等；最后设置时间、天气、视角，选择步行、飞行、动画演示等功能，对建立好的三维模型进行模拟来观察效果。建立三维仿真模型的流程如图1所示。

2.3.1道路主体部分建模

在完成地形模型的基础上，利用UCwin/Road软件中的定义道路工具绘制道路。道路建模过程侧重于对道路平、纵、横参数的设置。平面线型可以根据CAD图的相对坐标确定；纵断面高程根据纵断面设计图确定；横断面按照道路说明中的规格尺寸进行制作（见图2、图3）。道路附属物可以从UCwin/Road中道路附属物模型库中直接添加。

2.3.2建筑物建模

UCwin/Road具有非常丰富的模型库，对于一些不太重要的建筑物，可以直接从模型库中添加并进行编辑。一些重要的，需要特别突出的建筑可以通过专业的3D建模软件进行建模。UCwin/Road可以直接导入（.3ds）格式的文件（见图4），所以通常选用3ds Max软件来完成建模任务。导入到UCwin/Road中的模型要尽量精简，不需要的部件不在模型中显示，能用贴图代替的细节尽量用贴图来表现。用贴图来表现材质，不使用调和材质，渲染器使用max默认的扫描线渲染器或者mental ray渲染器。材质类型选用standard。由于UCwin/Road在使用贴图时都会转换成BMP格式，所以在制作贴图时可以直接输出成BMP格式。由于BMP格式自身的特性，贴图大小由贴图像素大小决定，例如512*512的是768K，1 024*1 024的是1M，在制作使用贴图时，需选择合适尺寸的贴图。不要使用超过需要太大像素的贴图。另外，贴图的名字不要超过8个字符，否则导出3DS时不会被识别。

2.4编辑交通流

城市规划工作全部完成后，利用软件中的编辑交通流工具对各类行人（如白领、老人、小孩、孕妇等）和各类机动车（如小汽车、货车、公交车等）的数量及比例进行配置，并且可以对其具体的行走或行车路线、出现时间进行详细设定，同时结合设定好的交叉口信号灯来检验交通流堵塞情况及交叉口冲突点情况。

3模拟驾驶

完成规划后，可以利用UCwin/Road进行脚本制作。通过脚本演示可以实现规划区域的自动漫游，对于需要详细展示的区域或建筑可以添加环绕镜头进行特写，并给予文字说明。通过软件的模拟驾驶功能，可以使设计者沉浸在规划场景中进行模拟驾驶。图5为模拟驾驶截图。

通过UCwin/Road驾驶仿真功能，设定合适的车辆模型、初始位置、初始速度、行驶车道等参数以及生成交通流后，就可以进行模拟驾驶。可用于道路方案成果演示，同时能以驾驶员的视角查看城市规划效果。同时，可以利用驾驶模拟器对城市规划道路设计的合理性进行检验。在本次模拟驾驶中发现，所设计的道路线形与驾驶员所期望相一致，没有视距不良地段，夜间道路照明满足行车条件且会车光线未对司机造成不良影响，交通流未出现严重堵塞现象。另外，模拟器显示，车辆在做曲线运动时侧向力未接近附着极限，车辆行驶安全。此外，驾驶模拟器还可结合眼动仪、心电仪等设备，获取驾驶员在试验路段进行模拟驾驶的眼动、心电数据输出驾驶员的心理生理状态来间接评价所规划设计道路线型的安全性[56]。

4结语

目前，国内城市规划软件缺乏强大的交通仿真能力，而交通仿真软件也不能完成复杂的城市规划。因此，本文提出利用三维虚拟现实软件UCwin/Road进行城市规划。该软件可以将城市建模及交通仿真合二为一，既可以方便快捷的进行道路设计与建筑物建模，又可以对交通流进行仿真，且通过仿真结果来检验规划的合理性；通过该软件脚本工具，可以对场景进行自动漫游，并重点突出相关区域及建筑物，方便成果展示；通过该软件模拟驾驶功能，在规划场景中进行模拟驾驶。可以让规划者以驾驶者的角度来观察规划成果，并且可以通过道路线形、视距、夜间照明、侧向力等检验道路设计的合理性。

参考文献参考文献：

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责任编辑（责任编辑：陈福时）