本发明涉及智能交通技术领域，特别是一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备。
背景技术：
行人安全对于道路规划者来说是至关重要的问题，特别面对复杂的交通状况，要能够合理分配道路资源以提高交通运行效率的同时充分考虑道路使用者的感受。对于研究者来说，行人的行为方式作为研究领域一个重要的课题，也需要一种新兴的研究手段来支持实验。
随着虚拟现实技术的进步，vr设备的普及，能够大幅度降低高昂的研究费用，但现有的虚拟现实行人仿真设备，无腿部感应装置与测距环设计，依靠单一的底座模拟设备无法精准地反映行动轨迹，在实验过程中也无法保证实验人员的安全；此外，市面上尚未出现集成行人仿真仪器与交通模拟仿真软件的一体化设备，以往科研人员要获得ttc数据，只能分析既定的行走路线，无法模拟未知的交通环境。
此套设备可简化研究步骤，减少在现实世界中设置场景实验的难度，放宽研究的空间，研究人员可不再受限于实验室环境，利于大规模推广。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，本设备能够在虚拟环境中自如行走，不受场地尺寸制约并且操作简便，不如传统交通模拟模式繁琐。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，包括可佩戴式头显、测距环，主机箱、腿部感应装置、圆形底座和滚珠感应器，主机箱设置在圆形底座的边缘上，测距环设置在主机箱上，主机箱包括主机，主机包括评估模拟系统，评估模拟系统包括数据处理模块、路网仿真模块、虚拟现实模拟模块和数据输出模块，其中，
圆形底座的表面均匀嵌入多个滚珠槽，每个滚珠槽内置有一个滚珠，腿部感应装置设置在被测者的腿上，其中，
滚珠感应器，用于根据滚珠滚动时所产生的光电脉冲信号，计算出滚珠在垂直和水平方向的位移变化以及行走速度，再将该位移变化及行走速度输出至数据处理模块；
测距环，用于实时监测实验者与圆形底座的边界的距离，并将边界距离输出至虚拟现实模拟模块；
腿部感应装置，用于存储实验者抬腿幅度和方向变化并将其输出给数据处理模块；
可佩戴式头显，用于测出实验者眼部活动数据并将其输出至数据输出模块；
数据处理模块，用于收集滚珠感应器提供的轨迹数据，轨迹数据包括位移变化以及行走速度，同时根据腿部感应装置提供的抬腿幅度和方向变化对轨迹数据进行校准处理，并将校准好的轨迹数据传输到虚拟现实模拟模块；还用于将接收到的测距环提供的边界距离直接传输到虚拟现实模拟模块；
路网仿真模块，用于搭建交通环境模型，将交通环境模型实时同步至虚拟现实模拟模块；
虚拟现实模拟模块，用于以路网仿真模块提供的交通环境模型搭建虚拟现实环境，并将其传输给可佩戴式头显；还用于接收数据处理模块提供的轨迹数据，实现实验者在虚拟现实环境中的同步还原，并生成人物坐标点位并将其传至路网仿真模块；还用于当接收到的边界距离小于预设距离值时，以提醒实验者后退或者调整方向远离边界；路网仿真模块根据接收到的人物坐标点位，生成车辆与人物相对运动轨迹并将其传至数据输出模块；
数据输出模块，用于根据接收路网仿真模块传输的车辆与人物相对运动轨迹，计算ttc数据；数据输出模块接收可佩戴式头显输出的眼部活动数据。
作为本发明所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备进一步优化方案，路网仿真模块，用于搭建交通环境模型，通过api端口与虚拟现实模拟模块连接。
作为本发明所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备进一步优化方案，腿部感应装置的两侧设置有松紧绑带以供实验者固定在两只大腿外侧，内部设置有陀螺仪传感器，记录实验者每一次抬腿幅度和行走方向，通过蓝牙将抬腿幅度和行走方向传输给主机。
作为本发明所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备进一步优化方案，测距环包括多个红外传感器。
作为本发明所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备进一步优化方案，还包括触摸式显示屏，触摸式显示屏内嵌于主机箱上，用于进行试验设置和操作。
作为本发明所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备进一步优化方案，滚珠感应器包括多个光栅信号传感器，滚珠中有一对互相垂直的转轴，每个转轴的末端都设置有一个光栅信号传感器。
作为本发明所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备进一步优化方案，所述路网仿真模块基于交通微观仿真软件ptvvissim作为交通数据分析平台。
作为本发明所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备进一步优化方案，交通环境模型包括道路、车辆、信号相位。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本设备可被广泛应用于交通行为模拟实验，平台搭建简单，易于操作；
（2）本设备在虚拟环境中自如行走，不受场地尺寸制约并且操作简便，不如传统交通模拟模式繁琐。
附图说明
图1是仪器结构示意图。
图2是仪器剖面图。
图3是评估模拟系统原理图。
图中的附图标记解释为：
1-可佩戴式头显，2-测距环，3-触摸式显示屏，4-主机箱，5-腿部感应装置，6-滚珠，7-圆形底座，8-红外传感器，9-主机，10-转轴，11-光栅信号传感器，12-滚珠槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，如图1,2所示，包括圆形底座7，滚珠6，腿部感应装置5，测距环2，触摸式显示屏3，可佩戴式头显1，主机箱4，红外传感器8，主机9，转轴10，光栅信号传感器11，滚珠槽12构成，所述圆形底座7内置数个滚珠槽12，每个滚珠槽12内置有一个滚珠6，腿部感应装置5用于存储实验者抬腿角度和高度并将数据通过蓝牙传递给主机9，主机箱4包含有一台主机9，内设评估模拟系统，如图3所示，其由数据处理模块，路网仿真模块，虚拟现实模拟模块和数据输出模块构成，可佩戴式头显1由内置显示屏，眼动采集模块构成，用于提供存储实验者眼部活动数据并且完成与主机9的交互。
所述圆形底座7表面均匀嵌入数个滚珠槽12，每个滚珠槽12内置有一个滚珠6，供实验者朝各方向踩动，滚珠为可四相转动的胶质圆球，当人在行走时，带动滚球转动，滚珠在滚动时会带动一对互相垂直的转轴转动（分别为x、y转轴），在转轴的末端设有光栅信号传感器，传感器产生的光电脉冲信号反映出滚球在垂直和水平方向的位移变化，再将此数据通过蓝牙传递给主机9。
所述测距环2上分布有数个红外传感器，能实时监测实验者与底座边界的距离，并将数据通过蓝牙传递给主机9，通过主机9的处理，将边界距离转化为交通虚拟环境中的虚拟墙体，当实验者离边界较近，墙体在环境中实体化以提醒实验者后退或者调整方向远离边界，保证安全。
所述腿部感应装置5长宽均约为5厘米，两侧设置有松紧绑带以供实验者固定在两只大腿外侧，内部设置有陀螺仪传感器，记录实验者每一次抬腿幅度和行走方向，通过蓝牙将数据传输给主机9。
所述主机内设评估模拟系统，实现基于虚拟现实技术（vr）的行人行走和交通模拟软件的交互，输出有效数据用于后续交通分析。
所述可佩戴式头显1，内置陀螺仪传感器，眼动传感器，能记录实验者每一次头部动作，探测眼球的水平和垂直运动并且通过蓝牙传输给主机9。
所述主机9内设的评估模拟系统由数据处理模块，路网仿真模块，虚拟现实模拟模块和数据输出模块构成。
所述数据处理模块对滚珠感应器6提供的轨迹数据（位移变化以及行走速度），腿部感应装置5提供的抬腿幅度和方向变化进行处理，通过算法将两者结合，对实验者的轨迹数据进行校准，并将校准好的数据传输到虚拟现实模拟模块；对测距环3提供的边界距离直接传输到虚拟现实模拟模块。
所述路网仿真模块基于交通微观仿真软件ptvvissim作为交通数据分析平台，用于搭建交通环境模型（道路、车辆、信号相位等），模拟交通环境；此外，路网仿真模块通过api端口与虚拟现实模拟模块连接，实现模型实时同步；路网仿真模块用于接收虚拟现实模拟模块回传的人物坐标点位数据，生成车辆与人物相对运动轨迹，后将轨迹传至数据输出模块。
所述虚拟现实模拟模块基于unity3d，提供虚拟现实模拟平台，以路网仿真模块提供的交通环境模型搭建虚拟现实环境，并且将图像信息通过蓝牙反馈给可佩戴式头显1，让实验者可以沉浸式体验具有高度真实感的交通环境；虚拟现实模块用于接收数据处理模块提供的轨迹数据，实现实验者在虚拟现实环境中的同步还原，并生成人物坐标点位传至路网仿真模块。
数据输出模块，接收路网仿真模块传输的车辆与人物相对运动轨迹，计算ttc(timetocollision)数据；数据输出模块接收可佩戴式头显输出的眼部活动数据。
所述虚拟现实模拟模块将测距环2提供的边界距离转化为交通虚拟环境中的虚拟墙体，当实验者离边界较近，墙体在环境中实体化以提醒实验者后退或者调整方向远离边界，保证安全。
所述数据输出模块接收路网仿真模块传输的车辆与人物相对运动轨迹，计算ttc(timetocollision)数据；数据输出模块接收可佩戴式头显输出的眼部活动数据，用于后续研究。
所述触摸式显示屏3内嵌于主机箱4上，用于进行试验设置和操作。
一种封闭空间内的行人仿真设备的评估方法包括如下步骤：
s1：路网仿真模块调试，交通模拟环境制作。选择交通微观仿真软件，搭建路网模型，输入参数，设置不同的场景方案，其中包括交通流量，行车路径，信号配时方案。
s2：虚拟现实模拟模块调试，连接路网仿真模块。在游戏引擎中选择人物模型作为实验者的镜像映射模型，对路网虚拟环境进行调试，增加实验真实感。
s3：进行实验，使实验者穿戴设备，按实验要求进行实验。
s4：数据输出及分析。实验者通过设备在虚拟现实场景中的路径轨迹数据，ttc（timetocollision）数据以及眼动反应数据通过主机的数据输出模块采集并且用于后续研究。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
1.一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，其特征在于，包括可佩戴式头显、测距环，主机箱、腿部感应装置、圆形底座和滚珠感应器，主机箱设置在圆形底座的边缘上，测距环设置在主机箱上，主机箱包括主机，主机包括评估模拟系统，评估模拟系统包括数据处理模块、路网仿真模块、虚拟现实模拟模块和数据输出模块，其中，
圆形底座的表面均匀嵌入多个滚珠槽，每个滚珠槽内置有一个滚珠，腿部感应装置设置在被测者的腿上，其中，
滚珠感应器，用于根据滚珠滚动时所产生的光电脉冲信号，计算出滚珠在垂直和水平方向的位移变化以及行走速度，再将该位移变化及行走速度输出至数据处理模块；
测距环，用于实时监测实验者与圆形底座的边界的距离，并将边界距离输出至虚拟现实模拟模块；
腿部感应装置，用于存储实验者抬腿幅度和方向变化并将其输出给数据处理模块；
可佩戴式头显，用于测出实验者眼部活动数据并将其输出至数据输出模块；
数据处理模块，用于收集滚珠感应器提供的轨迹数据，轨迹数据包括位移变化以及行走速度，同时根据腿部感应装置提供的抬腿幅度和方向变化对轨迹数据进行校准处理，并将校准好的轨迹数据传输到虚拟现实模拟模块；还用于将接收到的测距环提供的边界距离直接传输到虚拟现实模拟模块；
路网仿真模块，用于搭建交通环境模型，将交通环境模型实时同步至虚拟现实模拟模块；
虚拟现实模拟模块，用于以路网仿真模块提供的交通环境模型搭建虚拟现实环境，并将其传输给可佩戴式头显；还用于接收数据处理模块提供的轨迹数据，实现实验者在虚拟现实环境中的同步还原，并生成人物坐标点位并将其传至路网仿真模块；还用于当接收到的边界距离小于预设距离值时，以提醒实验者后退或者调整方向远离边界；路网仿真模块根据接收到的人物坐标点位，生成车辆与人物相对运动轨迹并将其传至数据输出模块；
数据输出模块，用于根据接收路网仿真模块传输的车辆与人物相对运动轨迹，计算ttc数据；数据输出模块接收可佩戴式头显输出的眼部活动数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，其特征在于，路网仿真模块，用于搭建交通环境模型，通过api端口与虚拟现实模拟模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，其特征在于，腿部感应装置的两侧设置有松紧绑带以供实验者固定在两只大腿外侧，内部设置有陀螺仪传感器，记录实验者每一次抬腿幅度和行走方向，通过蓝牙将抬腿幅度和行走方向传输给主机。
4.根据权利要求1所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，其特征在于，测距环包括多个红外传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，其特征在于，还包括触摸式显示屏，触摸式显示屏内嵌于主机箱上，用于进行试验设置和操作。
6.根据权利要求1所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，其特征在于，滚珠感应器包括多个光栅信号传感器，滚珠中有一对互相垂直的转轴，每个转轴的末端都设置有一个光栅信号传感器。
7.根据权利要求1所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，其特征在于，所述路网仿真模块基于交通微观仿真软件ptvvissim作为交通数据分析平台。
8.根据权利要求1所述的一种基于封闭空间评估系统的行人仿真设备，其特征在于，交通环境模型包括道路、车辆、信号相位。
技术总结