CN116911492A - 基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法与系统，涉及公路信息化技术领域，用于解决现有技术中缺少适用于旅游公路的景观设计评价方法与工具的问题。包括：包括景区串联度、换乘便捷度、线形契合度、生态恢复度、设施完善性、构筑协调性、景观展示度、景观持久性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性、主题辨识度12个评价指标，技术方案包括评价指标选取与赋权、公路现状数据采集、设计方案数字孪生场景构建、环境要素动态演化仿真、设计方案评价实验场景设置、不同指标评价实验实施、实验结果分析与输出。本发明可以实现旅游公路设计方案的定量与定性评价，支持旅游公路景观设计方案的优化。

Description

基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法与系统

技术领域

本发明涉及公路信息化技术领域，尤其涉及基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法与系统。

背景技术

旅游公路是一种基于公路文化的特殊旅游方式，它在满足公路工程技术标准的前提下，从线形、路面、绿化和防护等方面进行公路景观设计，使原本单调的公路与大自然融为一体，营造出一个观光走廊，从而形成旅游特征。旅游公路在满足公路出行功能的基础上，将沿线的自然风光、人文景观及旅游资源结合起来，带来交通与旅游的双丰收。旅游公路是以人的赏心悦目为目标的交通产品，公路景观、驿站、观景台、慢行系统设计的成功与否需要以人的感知为主进行评价，但目前缺少适用于旅游公路的景观设计评价方法与工具，限制了对旅游公路景观设计效果的科学评估与规模化推广。

因此，亟需提供一种更为可靠的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法。

发明内容

本发明的目的在于提供基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法与系统，用于解决现有技术中缺少适用于旅游公路的景观设计评价方法与工具，限制了对旅游公路景观设计效果的科学评估与规模化推广的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，方法包括：

从多维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的多个评价指标；多个所述评价指标至少包括：景区串联度、换乘便捷度、线形契合度、生态恢复度、设施完善性、构筑协调性、景观展示度、景观持久性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性、主题辨识度；

基于获取的待评价旅游公路的旅游公路数据构建数字孪生场景模型；

在构建得到的数字孪生场景模型中，基于预设景观要素的参数化模型，进行待评价旅游公路的数字孪生场景模型中各环境要素的动态演化；

针对多个所述评价指标，在所述数字孪生场景模型中选取每个所述评价指标对应的试验场景，并在每个实验场景中完成对应指标的评价实验，得到评价指标实验结果；

对所述评价指标实验结果进行加权计算，得到待评价旅游公路的景观设计评价结果。

与现有技术相比，本发明提供的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，通过从多维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的景区串联度、换乘便捷度、线形契合度、生态恢复度、设施完善性、构筑协调性、景观展示度、景观持久性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性以及主题辨识度多个评价指标；基于获取的待评价旅游公路的旅游公路数据构建数字孪生场景模型；在构建得到的数字孪生场景模型中，基于预设景观要素的参数化模型，进行待评价旅游公路的数字孪生场景模型中各环境要素的动态演化；针对多个评价指标，在数字孪生场景模型中选取每个评价指标对应的试验场景，并在每个实验场景中完成对应指标的评价实验，得到评价指标实验结果；对评价指标实验结果进行加权计算，得到待评价旅游公路的景观设计评价结果。本发明通过构建旅游公路的数字孪生场景模型，在数字孪生场景模型中支持不同设计方案、环境要素的直观呈现、动态演化与虚拟现实感知，实施对不同旅游公路景观设计方案的评价，实现旅游公路设计方案的定量与定性评价，形成用于旅游公路景观设计方案评价的方法与工具，支持旅游公路景观设计方案的优化。

第二方面，本发明提供基于数字孪生的旅游公路景观设计评价系统，系统包括：

场景加载模块，用于加载待评价旅游公路的数字孪生场景模型，并集成多源业务与感知数据；

实验设计模块，用于配置不同评价指标所关注的要素、场景、参数与感知方式；

动态演化模块，用于执行数字孪生场景模型中环境要素随时间变化的演化仿真，用于执行景观持久性的指标评价；

电子沙盘模块，用于提供旅游公路全线电子沙盘查看功能，提供全局查看和三维空间的交互式查看功能，用于执行景区串联度以及换乘便捷度的指标评价；

虚拟驾驶模块，用于提供以设定限速行驶的动态视觉条件下驾驶员第一视角的驾驶员感知实验功能，用于执行设施完善性、景观展示度、构筑协调性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性以及主题辨识度七种指标的评价；

虚拟飞行模块，用于提供以设定高度、设定速度进行中观飞行与俯视查看的视角，用于执行线形契合度以及生态恢复度两种中观指标的评价；

虚拟骑行模块，用于提供自行车虚拟骑行的沉浸式感知实验功能，用于执行构筑协调性指标中自行车道及附属设施构筑协调性的评价；

虚拟步行模块，用于提供游客步行视角与自然交互试进行沉浸式场景感知实验功能，用于执行构筑物协调性指标中步行道及附属设施协调性的评价；

全景感知模块，用于提供游客沉浸式全景查看的感知实验功能，通过不同高程的全景数据采集，形成不同高度的全景图像与视频，通过VR头盔进行全景图像和视频的沉浸式查看，用于执行构筑协调性指标中观景台设置合理性的评价；

结果分析模块，用于执行多个评价指标的计算与分析，输出各个指标的评价分数、加权求和的总分数及针对每个指标的优化提升建议。

第二方面提供的系统类方案所实现的技术效果与第一方面提供的方法类方案相同，此处不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法流程示意图；

图2为本发明提供的旅游公路景观设计评价指标及关系图；

图3为本发明提供的不同评价指标的实施方式关系图；

图4为本发明提供的构筑协调性指标涉及的要素及其评价实施过程示意图；

图5为本发明提供的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价系统结构示意图。

具体实施方式

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

本发明提供的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法中，构建旅游公路的数字孪生场景，在数字孪生场景中，通过动态演化与虚拟现实感知，实现对不同旅游公路景观设计方案的评价与优化。接下来，结合附图对本说明书实施例提供的方案进行说明：

如图1所示，该流程可以包括以下步骤：

步骤110：从多维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的多个评价指标。

多个所述评价指标至少包括：景区串联度、换乘便捷度、线形契合度、生态恢复度、设施完善性、构筑协调性、景观展示度、景观持久性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性以及主题辨识度；这12个评价指标均可以采用定量的方式来进行定性描述。

步骤120：基于获取的待评价旅游公路的旅游公路数据构建数字孪生场景模型。

公路现状数据采集时，利用无人机倾斜摄影、全景摄相机等采集设备，获取待评估旅游公路的现状数据，形成数字孪生场景构建的数据基础。

设计方案数字孪生场景构建时，基于采集得到的数据，对于在役旅游公路，可直接基于现状数据构建旅游公路数字孪生场景模型；对于拟建旅游公路，在现状场景建模的基础上，构建旅游公路设计方案BIM模型，融合工程现状模型和设计方案BIM模型，形成旅游公路数字孪生场景模型。

步骤130：在构建得到的数字孪生场景模型中，基于预设景观要素的参数化模型，进行待评价旅游公路的数字孪生场景模型中各环境要素的动态演化。

环境要素动态演化仿真时，在构建得到的旅游公路数字孪生场景中，基于边坡、路侧绿化等景观要素的参数化模型，实现旅游公路数字孪生场景中绿植要素的季节性变化，并支持气候、天气、光照等环境要素的动态演化。

步骤140：针对多个所述评价指标，在所述数字孪生场景模型中选取每个所述评价指标对应的试验场景，并在每个实验场景中完成对应指标的评价实验，得到评价指标实验结果。

步骤150：对所述评价指标实验结果进行加权计算，得到待评价旅游公路的景观设计评价结果。

在构建得到的数字孪生场景中，分别选取每个指标评价所对应的实验场景，设置相应指标评估所需的实验场景、实验内容和实验参数。

实施不同指标评价实验。在构建得到的数字孪生场景中，利用设置的实验场景，综合采用电子沙盘、虚拟驾驶、虚拟飞行、虚拟骑行、虚拟步行、全景感知等实验手段，完成对12个评价指标的评价实验。

对得到的12个评价指标实验结果进行加权计算，得到待评价旅游公路的评价结果；分析每一个分项指标的评估结果及差距，给出待评价旅游公路景观设计的优化建议。

图1中的方法，通过从多维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的景区串联度、换乘便捷度、线形契合度、生态恢复度、设施完善性、构筑协调性、景观展示度、景观持久性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性以及主题辨识度多个评价指标；基于获取的待评价旅游公路的旅游公路数据构建数字孪生场景模型；在构建得到的数字孪生场景模型中，基于预设景观要素的参数化模型，进行待评价旅游公路的数字孪生场景模型中各环境要素的动态演化；针对多个评价指标，在数字孪生场景模型中选取每个评价指标对应的试验场景，并在每个实验场景中完成对应指标的评价实验，得到评价指标实验结果；对评价指标实验结果进行加权计算，得到待评价旅游公路的景观设计评价结果。本发明通过构建旅游公路的数字孪生场景模型，在数字孪生场景模型中支持不同设计方案、环境要素的直观呈现、动态演化与虚拟现实感知，实施对不同旅游公路景观设计方案的评价，实现旅游公路设计方案的定量与定性评价，形成用于旅游公路景观设计方案评价的方法与工具，支持旅游公路景观设计方案的优化。

基于图1的方法，本说明书实施例还提供了该方法的一些具体实施方式，下面进行说明。

表1-评估维度、关注要素、评价指标和实施方法的关系映射表

如表1以及图2所示，从多维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的多个评价指标，具体可以包括：

从空间、时间和用户三个维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的多个评价指标；不选取与普通公路设计一致的指标如限速、路面宽度、车道数等参数；

基于获取的待评价旅游公路的旅游公路数据构建数字孪生场景模型，具体可以包括：

利用图像采集设备获取待评价旅游公路的现状数据；

当所述待评价旅游公路为在役旅游公路时，基于所述现状数据构建待评价旅游公路的数字孪生场景模型；

当所述待评价旅游公路为拟建旅游公路时，在已有的现状场景建模基础上，构建旅游公路设计方案BIM模型，融合工程现状模型和设计方案BIM模型，形成待旅游公路的数字孪生场景模型。

以上述提出的12个评价指标为例，每个指标取值范围为[0,100]，每个指标用途与计算方法具体为：

(1)景区串联度：用于评估旅游公路设计方案对沿线重要景区的串联程度，引导提升旅游公路对周边重要景区的串联度。计算方法为：(沿线联通的重要景区数量/沿线重要景区总量)*100。

(2)换乘便捷度：用于评估旅游公路周边交通枢纽公共交通换乘的方便程度。计算方法为：(沿线能够采用公共交通联通的枢纽数量/沿线交通枢纽总量)*100。

(3)线形契合度：用于评估道路线形是否流畅，是否与原有自然地形地貌相契合。采用定性转定量的评价方法，打分项分别为：{完全契合,比较契合,契合,比较不契合,完全不契合}，对应取值为{100,80,60,40,20}。

(4)生态恢复度：用于评估公路沿线植被恢复与生态保护情况，引导最大限度地保护，最小限度地破坏，最大限度地恢复自然环境。采用扣分制，满分100分，每发现一处生态破坏且未恢复场景扣5分，分数扣完为止。

(5)设施完善性：用于评估旅游公路的附属设施、交通诱导设施，旅游服务设施的是否完善。采用定性转定量的评价方法，打分项分别为：{十分完善，比较完善，完善，比较不完善，十分不完善}，对应取值为{100,80,60,40,20}。

(6)构筑协调性：用于评估边坡、挡墙、观景台、路侧绿化、护栏、声屏障、桥梁、隧道洞口、停车区、自行车道、步道等构筑物是否与周边环境协调，鼓励构筑物的隐蔽和自然，引导路景交融景观设计。采用扣分制，满分100分，每发现一处构筑物不协调场景扣5分，分数扣完为止。

(7)景观展示度：用于评估旅游公路设计方案是否能够展示沿线的重要景观或景色，倡导自然景色不被遮挡，在路外景观呈现出大面积良好的路段，如沿何分布的路段，取消乔木种植，削弱路侧绿化在视觉上的切割感，使沿线通透开敞，将周边景观元素引进公路，使公路成为欣赏沿途优美风景的走廊。采用定性转定量的评价方法，打分项分别为：{展示度非常好，展示度较好，展示度一般，展示度较差，展示度非常差}，对应取值为{100,80,60,40,20}。

(8)景观持久性：用于评估边坡绿植、乔木、路侧绿化、绿植分隔带等景观绿植随四季变化的维持程度，避免使用花期短、难养护的绿植或花卉。采用扣分制，满分100分，每发现一种绿植设计不合理扣5分，分数扣完为止。

(9)景观愉悦度：用于评估驾驶员或乘客在车辆行驶动态视觉条件下视觉舒适和美感度。采用定性与定量结合的评价方法，打分项分别为：{十分愉悦，比较愉悦，愉悦，比较不愉悦，十分不愉悦}，对应取值为{100,80,60,40,20}。

(10)驾驶安全感：用于评估驾驶员在车辆行驶动态视觉条件下驾驶安全的主观感知程度。采用定性与定量结合的评价方法，打分项分别为：{十分安全，比较安全，安全，比较不安全，十分不安全}，对应取值为{100,80,60,40,20}。

(11)诱导识认性：用于评估驾驶员在车辆行驶动态视觉条件下标志、标线、标牌的清晰程度及诱导的有效性。采用定性与定量结合的评价方法，打分项分别为：{十分有效，比较有效，有效，有些无效，无效}，对应取值为{100,80,60,40,20}。

(12)主题辨识度：用于评估驾驶员在车辆行驶动态视觉条件下对旅游公路文化内涵、地方特色文化设计主题的识别程度。采用定性与定量结合的评价方法，给出备选的10个主题词，从中选择两项作为拟评估对象的主题，两项全对得100分，只对一项得50分，两项全不对得0分。

采用专家打分法或者历史数据自动确定指标权重，对于拟评价的12个指标赋权，总权重各为1，对多位专家的赋权结果进行统计，求每个指标权重的均值即为该指标的权重值。

评价指标选取与赋权”具体过程为：

(1)从空间、时间和用户3个维度来选取旅游公路景观设计评价指标，不选取与普通公路设计一致的指标如限速、路面宽度、车道数等参数。

(2)空间维又分为宏观、中观和微观3个细分维度，其中宏观维度包括“景区串联度”和“换乘便捷度”两个指标；中观维度包括“线形契合度”和“生态恢复度”两个指标；微观维度包括“设施完善性、构筑协调性、景观展示度”3个指标。

(3)时间维指标为“景观持久性”，主要评估植被随季节性变化的情况。

(4)用户维包括“景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性、主题辨识度”4维驾驶员第一视角的主观评价指标。

(5)每个指标取值区间为[0,100]。

(6)采用专家打分法确定指标权重，对于拟评价的12个指标，分别让不同专家为12个指标赋权，总权重各为1，对多位专家的赋权结果进行统计，求每个指标权重的均值即为该指标的权重值。

对于已经建成的旅游公路，利用无人机倾斜摄影和全景相机采集得到的数据，构建旅游公路现状的三维场景模型，形成待评价旅游公路的基础设施数字孪生模型；

对于新建或拟建旅游公路，利用无人机倾斜摄影重建、全景相机数据采集与发布、设计方案BIM建模等技术，构建并融合形成基础设施数字孪生场景模型；对于新建或拟建旅游公路，利用无人机倾斜摄影和全景相机采集得到的数据，构建旅游公路所在区域的现状环境场景模型；基于旅游公路设计图纸构建待评价公路基础设施、附属设施、景观要素等对象的BIM模型；三维融合现状环境场景模型与设计要素的BIM模型，形成待评估旅游公路设计方案的基础设施数字孪生模型基础；

在待评价旅游公路的基础设施数字孪生模型构建的基础上，汇聚融合旅游公路沿线重要景区、交通枢纽、公交线路设计、主要植被季节性变化数据、历史气象、历史或预测车流量等数据，形成包括基础设施、交通运行、环境变化等要素的数字孪生场景，支持数字孪生场景中的基础设施、交通运行、动态环境的动态演化推演。

设置设计方案评价实验场景时，分析12个评价指标所关注要素及特征，在待评价旅游公路数字孪生场景中，分别选择每个指标评价实验所涉及的场景或对象；针对每项评价指标，在其涉及的数字孪生场景中设置实验方式、实验参数及主观评价问卷内容等；设置实验观察者视角、场景动态演化模型参数、虚拟驾驶速度等实验执行所需的参数。

如图3-4所示，不同指标评价实验实施时，在构建并设置好的数字孪生实验场景中，利用电子沙盘、虚拟飞行、动态演化、虚拟驾驶、虚拟骑行、虚拟步行、全景感知等实验手段，让用户沉浸式执行景观设计方案的评价操作，具体为：

对于空间维的宏观评价指标“景区串联度”和“换乘便捷度”，采用电子沙盘的感知方式进行实验评价，结合汇聚融合的沿线重要景区、交通枢纽、公共交通线路设计与换乘信息，实现对宏观指标的评价与计算。

对于空间维的中观评价指标“线形契合度”和“生态恢复度”，采用虚拟飞行的感知方式进行实验评价，提供中观飞行视角对线路的线形、沿线生态恢复情况进行查看，并实施对中观指标的评价与计算。

对于空间维的微观评价指标“设施完善性”和“景观展示度”，采用虚拟驾驶的感知方式进行实验评价，提供驾驶员在以一定限速的动态视觉条件下对旅游服务设施是否完善、沿线自然风光的展示情况的评价手段，并实施对这两项指标的评价与计算。

对于空间维的微观评价指标“构筑协调性”，采用了虚拟驾驶、虚拟骑行、虚拟步行和全景感知4种组合方式来进行综合评价，对于边坡、挡墙、路侧绿化、护栏、声屏障、景观桥梁、隧道洞口、停车区等构筑物，采用虚拟驾驶的方式进行评价，对于自行车道采用虚拟骑行的方式进行评价，对于步道及附属设施采用虚拟步行的方式进行评价，对于观景台采用全景感知的方式进行评价，满分100分，发现1处不协调的构筑物扣5份，直到0分为止。

对于时间维的“景观持久性”指标，采用数字孪生场景中的动态演化功能进行感知评价，基于绿植、花卉随季节变化的历史数据，在数字孪生场景中对绿植类景观进行动态演化展示，为用户提供定性感知与定量绿植保持时间的综合评价方法，并实施时间维指标的评价与计算。

对于用户维的“景观愉悦度”、“驾驶安全感”、“诱导识认性”和“主题辨识度”均为主观类评价指标，采用虚拟驾驶动态视觉条件下评价的方式进行实验，结合生理传感器和眼动仪等人因分析实验装置，实现实量与定性结合的指标评价，并实施用户维指标的评价与计算。

对于用户维的“景观愉悦度”、“驾驶安全感”、“诱导识认性”和“主题辨识度均为主观类评价指标，采用虚拟驾驶动态视觉条件下评价的方式进行实验，结合生理传感器和眼动仪等人因分析实验装置，实现实量与定性结合的指标评价”，具体为：

采用虚拟驾驶与生理传感器监测方法进行“景观愉悦度”指标评价，在虚拟驾驶动态视觉条件下进行景观愉悦度问卷调查，得到景观愉悦度指标问卷得分结果，分析实验过程中用户生理指标监测结果，如果指标变化与愉悦度相匹配则设置生理监测权重为1，如果指标变化不明显则设置生理监测权重为0.8，本指标最终得分为：景观愉悦度问卷调查结果对应取值×生理监测权重。

采用虚拟驾驶与生理传感器监测方法进行“驾驶安全感”指标评价，在虚拟驾驶动态视觉条件下进行驾驶安全感问卷调查，得到驾驶安全感指标计算结果，分析实验过程上用户生理指标监测结果，如果指标变化与安全感结果相匹配则设置生理监测权重为1，如果指标变化不明显则设置生理监测权重为0.8，本指标最终得分为：驾驶安全感问卷调查结果对应取值×生理监测权重。

采用虚拟驾驶与眼动仪注意力监测方法进行“诱导识认性”指标评价，在虚拟驾驶动态视觉条件下进行诱导识认性问卷调查，得到诱导识认性指标计算结果，分析眼动仪数据与评价结果的相关度，如果眼动变化与诱导设施位置正相关则设置眼动监测权重为1，如果眼动变化与诱导设施位置无正相关则设置眼动监测权重为0.8，本指标最终得分为：诱导识认性问卷调查结果对应取值×眼动监测权重。

采用虚拟驾驶与眼动仪注意力监测方法进行“主题辨识度”指标评价，在虚拟驾驶动态视觉条件下进行主题辨识度问卷调查，得到主题辨识度指标计算结果，分析眼动仪数据与主题设置关键点位的相关度，如果眼动变化与主题设置关键点位正相关则设置眼动监测权重为1，如果眼动变化与主题设置关键点位无正相关则设置眼动监测权重为0.8，本指标最终得分为：主题辨识度问卷调查结果对应取值×眼动监测权重。

基于同样的思路，本发明还提供基于数字孪生的旅游公路景观设计评价系统，如图5所示，所述系统可以包括：

场景加载模块501，用于加载待评价旅游公路的数字孪生场景模型，并集成多源业务与感知数据；

实验设计模块502，用于配置不同评价指标所关注的要素、场景、参数与感知方式；

动态演化模块503，用于执行数字孪生场景模型中环境要素随时间变化的演化仿真，用于执行景观持久性的指标评价；

电子沙盘模块504，用于提供旅游公路全线电子沙盘查看功能，提供上帝视角的全局查看和三维空间的交互式查看功能，用于执行“景区串联度”和“换乘便捷度”指标评价；

虚拟驾驶模块505，用于提供以一定限速行驶的动态视觉条件下驾驶员第一视角的驾驶员感知实验功能，用户可以通过驾驶模拟器控制车辆的启停、加减速、视角查看等操作，用于执行“设施完善性、景观展示度、构筑协调性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性、主题辨识度”7种指标的评价；

虚拟飞行模块506，用于提供以一定高度、速度进行中观飞行与俯视查看的视角，支持用户以手柄控制的方式实现俯仰角变化、速度变化、方向变化等操作，用于执行“线形契合度、生态恢复度”两种中观指标的评价；

虚拟骑行模块507，用于提供自行车虚拟骑行的沉浸式感知实验功能，支持加减速、启停、自由视角查看等骑行功能，用于执行“构筑协调性”指标中自行车道及附属设施构筑协调性的评价；

虚拟步行模块508，用于提供游客步行视角与自然交互试进行沉浸式场景感知实验功能，支持自然步行行走、自由视角查看等操作，用于执行“构筑物协调性”指标中步行道及附属设施协调性的评价；

全景感知模块509，用于提供游客沉浸式全景查看的感知实验功能，通过不同高程的全景数据采集，形成不同高度的全景图像与视频，通过VR头盔进行全景图像和视频的沉浸式查看，用于执行“构筑协调性”指标中观景台设置合理性的评价；

结果分析模块510，用于执行12个评价指标的计算与分析，输出各个指标的评价分数、加权求和的总分数及针对每个指标的优化提升建议，为景观设计方案的优化提供参考。

(1)提出了一种从空间、时间、用户3个维度评估旅游公路景观设计效果的评价指标体系，其中空间维又分为宏观、中观和微观3个层次，重点关注旅游公路与普通公路设计的差异性，提出了景区串联度、换乘便捷度、线形契合度、生态恢复度、设施完善性、构筑协调性、景观展示度、景观持久性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性、主题辨识度12个评价指标，实现了旅游公路设计方案的综合性科学评价。

(2)提出一种基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，在数字孪生场景中复现或预现旅游公路设计方案，支持环境、交通运行、路侧绿化等要素的动态变化，实现不同指标的可视化呈现与评价。

(3)提出一种综合电子沙盘、虚拟驾驶、虚拟飞行、虚拟骑行、虚拟步行、全景感知6种感知方式的旅游公路景观设计方案的感知评价方法，结合眼动仪、生理监测传感器等人因工程分配设备，以定性与定量结合的方式，实现12个指标的评价实施。

(4)设计并实现一种包括场景加载、实验设计、动态演化、电子沙盘、虚拟驾驶、虚拟飞行、虚拟骑行、虚拟步行、全景感知、结果分析10个功能模块的数字孪生的旅游公路景观设计评价系统，支持基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法的实现。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机程序或指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序或指令时，全部或部分地执行本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、终端、用户设备或者其它可编程装置。所述计算机程序或指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机程序或指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是集成一个或多个可用介质的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带；也可以是光介质，例如，数字视频光盘(digital video disc，DVD)；还可以是半导体介质，例如，固态硬盘(solid state drive，SSD)。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，方法包括：

从多维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的多个评价指标；多个所述评价指标至少包括：景区串联度、换乘便捷度、线形契合度、生态恢复度、设施完善性、构筑协调性、景观展示度、景观持久性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性以及主题辨识度；

基于获取的待评价旅游公路的旅游公路数据构建数字孪生场景模型；

在构建得到的数字孪生场景模型中，基于预设景观要素的参数化模型，进行待评价旅游公路的数字孪生场景模型中各环境要素的动态演化；

针对多个所述评价指标，在所述数字孪生场景模型中选取每个所述评价指标对应的试验场景，并在每个实验场景中完成对应指标的评价实验，得到评价指标实验结果；

对所述评价指标实验结果进行加权计算，得到待评价旅游公路的景观设计评价结果。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，从多维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的多个评价指标，具体包括：

从空间、时间和用户三个维度选取用于评价待评价旅游公路的景观设计方案的多个评价指标；

基于获取的待评价旅游公路的旅游公路数据构建数字孪生场景模型，具体包括：

利用图像采集设备获取待评价旅游公路的现状数据；

当所述待评价旅游公路为在役旅游公路时，基于所述现状数据构建待评价旅游公路的数字孪生场景模型；

当所述待评价旅游公路为拟建旅游公路时，在已有的现状场景建模基础上，构建旅游公路设计方案BIM模型，融合工程现状模型和设计方案BIM模型，形成待旅游公路的数字孪生场景模型。

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，在构建得到的数字孪生场景模型中，基于预设景观要素的参数化模型，进行待评价旅游公路的数字孪生场景模型中各环境要素的动态演化，具体包括：

在所述数字孪生场景模型中，基于景观要素的参数化模型，实现待评价旅游公路的数字孪生场景中绿植要素的季节性变化，并进行环境要素的动态演化；所述环境要素至少包括气候、天气以及光照；所述景观要素至少包括边坡绿化以及路侧绿化。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，针对多个所述评价指标，在所述数字孪生场景模型中选取每个所述评价指标对应的试验场景，并在每个实验场景中完成对应指标的评价实验，得到评价指标实验结果，具体包括：

在所述数字孪生场景模型中，分别选取每个评价指标所对应的实验场景以及实验对象；

针对每个所述评价指标对应的数字孪生场景模型中设置实验数据以及实验执行所需参数；所述实验数据至少包括实验方式、实验参数及主观评价问卷内容；所述实验执行所需参数至少包括实验观察者视角、场景动态演化模型参数以及虚拟驾驶速度；

在构建得到的数字孪生场景中，利用每个评价指标所对应的实验场景，采用相应的实验手段完成对多个所述评价指标的评价实验，得到针对每个所述评价指标对应的评价指标实验结果；所述实验手段包括电子沙盘、虚拟驾驶、虚拟飞行、虚拟骑行、虚拟步行和/或全景感知。

5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，多个评价指标中的每个评价指标的取值范围均为0～100；

根据沿线联通的重要景区数量与沿线重要景区总量之间的比值确定所述景区串联度；所述景区串联度用于评估待评价旅游公路的景观设计方案对沿线重要景区的串联程度；根据沿线能够采用公共交通联通的枢纽数量与沿线交通枢纽总量之间的比值确定换乘便捷度；所述换乘便捷度用于评估旅游公路周边交通枢纽公共交通换乘的方便程度；

所述线形契合度用于评估道路线形的流畅性以及与原有自然地形地貌的契合度；所述生态恢复度用于评估公路沿线植被恢复与生态保护情况；所述设施完善性用于评估旅游公路各种设施的完善性；所述设施包括旅游公路的附属设施、交通诱导设施以及旅游服务设施；所述构筑协调性用于评估构筑物与周边环境的协调性；所述构筑物包括边坡、挡墙、观景台、路侧绿化、护栏、声屏障、桥梁、隧道洞口、停车区、自行车道以及步道；

所述景观展示度用于确定待评价旅游公路的景观设计方案对于沿线的重要景观或景色的展示度；所述景观持久性用于评估景观绿植随四季变化的维持程度，所述景观绿植包括边坡绿植、乔木、路侧绿化、绿植分隔带；所述景观愉悦度用于评估驾驶员或乘客在车辆行驶动态视觉条件下视觉舒适和美感度；所述驾驶安全感用于评估驾驶员在车辆行驶动态视觉条件下驾驶安全的主观感知程度；

所述诱导识认性用于评估驾驶员在车辆行驶动态视觉条件下标志、标线、标牌的清晰程度及诱导的有效性；所述主题辨识度用于评估驾驶员在车辆行驶动态视觉条件下对旅游公路设计主题的识别程度。

6.根据权利要求2所述的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，从空间、时间和用户三个维度选取用于评价旅游公路景观设计方案的多个评价指标，具体包括：

从空间维度、时间维度和用户维度选取旅游公路景观设计评价指标；所述空间维度分为宏观维度、中观维度和微观维度，其中，所述宏观维度包括景区串联度和换乘便捷度两个评价指标；所述中观维度包括线形契合度和生态恢复度两个评价指标；所述微观维度包括设施完善性、构筑协调性以及景观展示度三个评价指标；所述时间维度的评价指标为景观持久性；所述用户维度包括景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性以及主题辨识度四个评价指标；

从空间、时间和用户三个维度选取用于评价旅游公路景观设计方案的多个评价指标之后，还包括：

确定每个所述评价指标的权重，并为每个所述评价指标进行赋权。

7.根据权利要求2所述的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，对于所述在役旅游公路，利用无人机倾斜摄影和全景相机采集待评价旅游公路的现状数据，构建待评价旅游公路现状的三维场景模型，形成待评价旅游公路的数字孪生场景模型；

对于所述拟建旅游公路，利用无人机倾斜摄影重建技术、全景相机数据采集与发布技术、设计方案BIM建模技术，构建并融合形成待评价旅游公路的数字孪生场景模型；利用无人机倾斜摄影和全景相机采集得到的数据构建旅游公路所在区域的现状环境场景模型；基于旅游公路设计图纸构建待评价公路基础设施、附属设施以及景观要对应的BIM模型；三维融合现状环境场景模型与设计要素的BIM模型，形成待旅游公路的数字孪生场景模型；

在所述待旅游公路的数字孪生场景模型的基础上，汇聚融合旅游公路沿线重要景区、交通枢纽、公交线路设计、主要植被季节性变化数据、历史气象、历史或预测车流量数据，形成包括预设要素的数字孪生场景模型，支持数字孪生场景模型中的基础设施、交通运行、动态环境的动态演化推演；所述预设要素包括基础设施、交通运行以及环境变化。

8.根据权利要求5所述的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，确定每个所述评价指标的权重，并为每个所述评价指标进行赋权，具体包括：

对于所述景观愉悦度，确定在虚拟驾驶动态视觉条件下景观愉悦度指标问卷得分结果，并分析实验过程中用户生理指标监测结果；若如果指标变化与愉悦度相匹配则设置生理监测权重为1，否则，则设置生理监测权重为0.8，所述景观愉悦度得分为景观愉悦度问卷调查结果对应取值与生理监测权重的乘积；

对于所述驾驶安全感，在虚拟驾驶动态视觉条件下得到驾驶安全感指标计算结果，并分析实验过程上用户生理指标监测结果，如果指标变化与安全感结果相匹配则设置生理监测权重为1，否则，则设置生理监测权重为0.8，本所述驾驶安全感得分为驾驶安全感问卷调查结果对应取值与生理监测权重的乘积；

对于所述诱导识认性，在虚拟驾驶动态视觉条件下得到诱导识认性指标计算结果，分析眼动仪数据与评价结果的相关度，如果眼动变化与诱导设施位置正相关则设置眼动监测权重为1，如果眼动变化与诱导设施位置无正相关则设置眼动监测权重为0.8，所述诱导识认性得分为诱导识认性问卷调查结果对应取值与眼动监测权重的乘积；

对于所述主题辨识度，在虚拟驾驶动态视觉条件下得到主题辨识度指标计算结果，分析眼动仪数据与主题设置关键点位的相关度，如果眼动变化与主题设置关键点位正相关则设置眼动监测权重为1，如果眼动变化与主题设置关键点位无正相关则设置眼动监测权重为0.8，所述主题辨识度得分为主题辨识度问卷调查结果对应取值与眼动监测权重的乘积。

9.根据权利要求4所述的基于数字孪生的旅游公路景观设计评价方法，其特征在于，对于所述景区串联度以及所述换乘便捷度，采用电子沙盘的感知方式进行实验评价，结合汇聚融合的沿线重要景区、交通枢纽、公共交通线路设计与换乘信息，实现对宏观指标的评价与计算；

对于所述线形契合度以及所述生态恢复度，采用虚拟飞行的感知方式进行实验评价，提供中观飞行视角对线路的线形、沿线生态恢复情况进行查看，并对所述线形契合度以及所述生态恢复度进行评价与计算；

对于所述设施完善性以及所述景观展示度，采用虚拟驾驶的感知方式进行实验评价；对于所述构筑协调性，采用虚拟驾驶、虚拟骑行、虚拟步行和全景感知四种组合方式来进行综合评价；

对于所述景观持久性，采用数字孪生场景模型中的动态演化功能进行感知评价，基于绿植、花卉随季节变化的历史数据，在数字孪生场景中对绿植类景观进行动态演化展示，为用户提供定性感知与定量绿植保持时间的综合评价方法，并实施时间维指标的评价与计算；

对于所述景观愉悦度、所述驾驶安全感、所述诱导识认性以及所述主题辨识度，采用虚拟驾驶动态视觉条件下评价的方式进行实验，结合分析实验装置，实现实量与定性结合的指标评价，并实施用户维度指标的评价与计算。

10.基于数字孪生的旅游公路景观设计评价系统，其特征在于，系统包括：

场景加载模块，用于加载待评价旅游公路的数字孪生场景模型，并集成多源业务与感知数据；

实验设计模块，用于配置不同评价指标所关注的要素、场景、参数与感知方式；

动态演化模块，用于执行数字孪生场景模型中环境要素随时间变化的演化仿真，用于执行景观持久性的指标评价；

电子沙盘模块，用于提供旅游公路全线电子沙盘查看功能，提供全局查看和三维空间的交互式查看功能，用于执行景区串联度以及换乘便捷度的指标评价；

虚拟驾驶模块，用于提供以设定限速行驶的动态视觉条件下驾驶员第一视角的驾驶员感知实验功能，用于执行设施完善性、景观展示度、构筑协调性、景观愉悦度、驾驶安全感、诱导识认性以及主题辨识度七种指标的评价；

虚拟飞行模块，用于提供以设定高度、设定速度进行中观飞行与俯视查看的视角，用于执行线形契合度以及生态恢复度两种中观指标的评价；

虚拟骑行模块，用于提供自行车虚拟骑行的沉浸式感知实验功能，用于执行构筑协调性指标中自行车道及附属设施构筑协调性的评价；

虚拟步行模块，用于提供游客步行视角与自然交互试进行沉浸式场景感知实验功能，用于执行构筑物协调性指标中步行道及附属设施协调性的评价；

全景感知模块，用于提供游客沉浸式全景查看的感知实验功能，通过不同高程的全景数据采集，形成不同高度的全景图像与视频，通过VR头盔进行全景图像和视频的沉浸式查看，用于执行构筑协调性指标中观景台设置合理性的评价；

结果分析模块，用于执行多个评价指标的计算与分析，输出各个指标的评价分数、加权求和的总分数及针对每个指标的优化提升建议。