基于CatMull-Rom曲线的道路透视车道线控制点规律分析.pdfVIP

学兔兔 ◎ 基于Cat M ull—Ro m曲线的道路 透视车道线控制点规律分析 王瑞云，陈雨人，贺思虹，董永杰 (同济大学交通运输工程学院，上海201804；道路交通安全与环境教育部工程研究中心，上海201804) 摘要： 驾驶人直观地从道路透视图中获取线形信息，采用CatMull—Rom样条曲线表征驾驶人通过视觉获得的车道线形，确定控制 点位，从中提取特征点表征车道控制点分布。通过对两侧车道线特征点位置分析，分别得到不同平曲率和纵坡条件下，车道线特征 点横、纵向分布规律。研究成果可用于道路平纵线形与透视车道线之间的定量关系分析，进而也可为从驾驶人视觉角度评价线形 设计质量提供参考。 关键词： CatMull—Rom曲线；透视车道线；控制点；平曲率；纵坡 0 引言 曲线模型__】 、样条曲线模型l5 等。由于以上曲线基本 1956年德国 V．J．C Von Ranke和 Heinrich 上为二次曲线，通常只能表征存在一个拐点的道路线 Nieler发表《道路工程透视学》一书，根据道路平面线 形，而道路设计中类似S曲线的组合比较常见，此时二 形和纵断面线形画出道路透视图，利用道路透视图可 次曲线就存在很大的局限性。因此，采用三次曲线来 以在道路施工之前判断道路的设计是否良好，路线的 描述道路透视图中心线形更为合适，且对各种道路形 选择是否合理。在1980年国内也出现关于运用透视 状具有普适性，也更有利于从驾驶员视觉角度进行道 图判断道路线形的文章，利用道路透视图研究道路的 路线性设计检验。对比分析表征车道模型的几种三次 线形设计并用以修正线形。通过立体线形的分类便可 曲线，三次 B样条曲线、三次 Bezier曲线和 CatMull— 事前根据道路纵断面线形及平面线形予以判断n]。自 Rom曲线，结果表明CatMull—Rom曲线具有局部性， 1987年Moeormide等人提出“可视化”概念之后，可 同时通过所有的控制点，这在拟合道路线形上都有一 视化技术在科学计算和工程设计领域得到迅速的发 定的优势r1 ，因此本文采用CatMull-Rom样条曲线建 展。随后便有人运用可视化技术实现动态透视图，在 立道路透视车道模型。 道路建成以前用计算机软件模拟出建成后使用情况， 能及时提醒设计人员修改设计方案，使设计出的道路 1 CatMuil—Rom样条曲线表征透视车道线 更优美，更合理，将透视图研究道路线形运用于动态 CatMull—Rom曲线是一种分段式连续平滑曲线， 和计算机领域 j。 每一分段都可独立计算，且分段间可以实现连续平滑。 以上的研究主要将透视图应用到拟建道路，对于 该曲线每个分段有四个控制点，将这四个控制点分别 已建道路，道路透视主要集中在车道模型的研究，应用 命名为P 、P。、P。、P ，则其曲线方程可以表示成如下 领域包括：车道检测与跟踪技术口 ]、自动驾驶导航技 形式： 术 ]、车道偏离预警技术L7]，且大多数模型只局限于特 一 1 3 — 3 1 P 定的道路形状，如直线段[8 和弯道l9]。常用的模型包 2 — 5 4 — 1 P P( )一 [￡z ￡13 括抛物线模型 、双曲线模型_3]、直线一抛物线模 — 1 O 1 0 P。 型