智慧路燈在城市快速路的應用研究

摘 ?要：研究智慧路燈在城市快速路區域的設置、子系統配置選擇及相應的功能實現。通過VISSIM軟件分析城市快速路不同路段的車流量、事故發生率等因素對道路交通造成的影響，推斷出城市快速路一般事故發生區域。提出在不增加建設成本的前提下，以智慧路燈各個子系統利用率最大化為目的，解決智慧路燈的點位確定以及子系統配置選擇問題，為有關建設部門智慧交通建設提供參考。

關鍵詞：智慧路燈;道路交通;仿真

中圖分類號：TM923.34;TU113.666 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）12-0036-04

Abstract：This paper studies the setting，subsystem configuration selection and corresponding function realization of smart street lamp in urban expressway area. Through VISSIM software，the influence of traffic flow and accident rate of different sections of urban expressway on road traffic is analyzed，and the general accident area of urban expressway is deduced. This paper puts forward that，without increasing the construction cost，in order to maximize the utilization rate of each subsystem of smart streetlights，it is proposed to solve the problem of point location determination and subsystem configuration selection of smart streetlights，and provide reference for the construction department of intelligent transportation construction.

Keywords：intelligent street lamp;road traffic;simulation

0 ?引 ?言

隨著城市交通的發展，以往經驗化的交通運管方式已不能滿足使用需求。隨著大數據、云計算等技術的成熟，智慧交通概念也逐步成型。智慧交通通過各種高新技術的運用，使交通管理能在路段、區域具備感知、分析、測控能力。路燈作為道路沿線設置率最高的交通設施，具備為智慧交通采集、信息發布的天然優勢。因此，智慧路燈應運而生，并在未來將逐步取代傳統路燈，成為城市智慧交通的基礎設備。

智慧路燈可集成多種子系統，包括LED照明、信息發布、環境監測、視頻監控、汽車充電樁、緊急呼叫、無線Wi-Fi等子系統，功能強大的同時造價高昂。一般城市道路照明工程，除了滿足需求外，更應當考慮工程的合理性以及經濟性，因此不需要將所有一般照明路燈全部按照智慧路燈設計，應根據所在區域的交通狀況及使用需求，有針對性地設置智慧路燈，根據各個區域需求，選擇配套相應子系統配置的智慧路燈。

蘇交科集團股份有限公司作為國際性工程設計咨詢公司，承接了大量的城市快速路設計咨詢。本人在設計咨詢過程中發現現有路燈功能單一，沒有承載相應的城市交通監測、管理功能。本文主要研究智慧路燈在城市快速路上的應用。通過軟件對快速路進行建模，模擬快速路不同路段的車輛通行情況，在模型中事故多發地段改變模型組車輛行車的邏輯參數，模擬在不同位置設置智慧路燈后交通流的變化，提出智慧路燈子系統選型及點位設置的一般規律，為相關智慧路燈建設單位提供參考。

1 ?提出問題

工程建設應具有一定的前瞻性與超前性，才能確保工程建設完成后在使用年限內不會落伍，能夠延長項目的生命周期，保障投資及用管單位的利益。智慧交通概念的提出已有數年，并成為未來城市交通發展的主流方向。智慧路燈作為城市智慧交通的重要組成部分，已部分取代原有的功能性照明，在越來越多的城市道路上出現。

然而智慧路燈全面替代傳統路燈具有一定的難度，主要原因為：傳統LED照明路燈僅包含LED燈頭、控制器、路燈桿件、路燈基礎以及配套配電設備，功能結構簡單，造價較低;而智慧路燈滿足除了功能性照明外，還集成了多個子系統，造價高昂。一般一盞傳統照明路燈造價不到智慧路燈的十分之一，因此在實際工程建設中往往不是全線設置智慧路燈，而是將其安裝在特殊區域或重要交通節點。

一般城市道路交通環境主要是線性、平面的，智慧路燈設置的選址較為簡單，需要考慮的影響因素相對較少，智慧路燈主要安裝在道路的大型平交口。

城市交通除了一般城市道路，還有其他交通情況較為復雜的道路，比如城市快速路。城市快速路是現代城市路網的重要組成部分。城市快速路交通系統一般包含了主線地面段、主線高架段、高架上下匝道、高架下輔道、互通式立交、大型路口以及主、被交道，交通情況比一般城市道路復雜。

城市快速路具有交通環境多變、立體以及交通量大、服務水平要求高等特點，在工程設計過程中，用常規方式難以確定城市快速路上的重要交通節點并對其進行驗證，從而導致在城市快速路上設置智慧路燈，不能達到最優的使用效果。因此，需要采用一定的技術手段，對城市快速路智慧路燈的設置位置及其配置的子系統類型進行分析論證，在滿足設備功能需求的前提下降低智慧照明系統造價，以求得城市快速路智慧照明系統建設的最優解。

2 ?智慧路燈功能

現階段智慧路燈主要可集成無線Wi-Fi、充電樁、安防監控、環保監測、信息發布、事件廣播、市民應急報警等子系統。本文將智慧路燈子系統分為便民設備、信息采集設備、應急報警設備和信息發布設備四類子系統。

2.1 ?便民設備

（1）無線Wi-Fi子系統為使用者提供Wi-Fi熱點接入;

（2）充電樁子系統可為電動車提供充電點。

2.2 ?信息采集設備

（1）安防監控子系統可通過高清攝像機獲取道路及周邊區域信息，并上傳至中心服務器進行分析，主要能完成違停抓拍、事件檢測、視頻調度、車牌識別等功能;

（2）環保監測子系統通過傳感器可實時監測周邊區域氣象情況，如PM值、溫濕度、風速、CO含量、噪音等，并可通過網絡上傳至平臺進行發布，可以使市民直觀地了解路段氣象狀況。

2.3 ?應急報警設備

應急報警設備由一鍵報警按鈕、應急報警IP電話組成。通過智慧路燈集成應急報警，可實現戶外分機一鍵呼叫中心，在路段發生事故或緊急事件時可由附近人員進行人工報警，由中心通過報警分機IP地址可快速定位報警的具體位置，并通過報警位置附近智慧路燈上的安防監控子系統實時查看事件態勢，根據事件嚴峻程度選擇是否上報110、120。

2.4 ?信息發布設備

（1）LED發布屏是智慧交通的主要信息發布手段，可通過LED發布屏顯示附近路段一般情況，如通過環保監測子系統獲取的附近道路氣象狀況，或通過安防監控設備獲取路段前方實時路況，附近道路發生事故時可以通過后臺系統實時編輯并在LED屏上發布事故的相關信息;

（2）事件廣播一般作為LED發布屏的輔助發布手段，主要用于播放后臺預先錄入的應急預案，供事故點周圍市民參考執行。

3 ?建模仿真

以常州市某城市快速路為例，利用VISSIM軟件對快速路的運行情況進行建模，仿真快速路上的主要擁堵或事故路段，并將結果對照此快速路實際運營情況，尋求該快速路上事故多發路段主要位置的一般規律。

該模型路段包括一處高架互通、一處大型平交口以及若干條上下匝道，包含城市快速路典型路段，具有一定的代表性。根據一般情況下車流量范圍輸入各入口車流量大小，模擬快速路車輛運行情況，如圖1所示。

根據VISSIM軟件仿真結果，城市快速路主要擁堵路段及事故發生點主要集中于以下幾個區域：

（1）地面輔導行至高架匝道區域因坡度原因使車輛加速度發生變化，容易發生擁堵，如圖2所示;

（2）地面輔導主要平交口因車輛變道及被交道車輛駛入等因素，容易發生擁堵或事故;

（3）大型互通區域與快速路主線連接區域因車輛并線等因素容易發生事故或擁堵;

（4）匝道并入高架主線區域因車輛并線與車輛速度差異等因素容易發生事故或擁堵，如圖3所示。

4 ?智慧路燈的設置位置及子系統配置

4.1 ?智慧路燈的設置位置

為比較在事故及故障路段設置智慧路燈后的交通情況，在以上路段調整仿真模型的駕駛員決策方式，智慧路燈安裝LED發布屏，讓駕駛員可以提前了解前方路段的路況并作出決策，如圖4所示。

調整決策方式后，通過比較安裝LED發布屏前后的排隊長度以及擁堵情況可以得出結論：以上路段在安裝智慧路燈后交通環境良好。根據仿真結果，建議在以上區域設置智慧路燈，以增強快速路的交通環境。其他路段建議采用一般路燈進行功能性照明，無需設置智慧路燈，以降低項目建設成本。

4.2 ?智慧路燈子系統配置

針對道路周邊狀況及所處路段交通情況，對不同路段的智慧路燈的子系統配置建議遵循以下原則：

（1）無線Wi-Fi子系統為便民設備，無需考慮所處路段交通狀況，建議根據道路實際人流量設置于行人密集區域，如商圈附近道路或大型平交口附近的智慧路燈;

（2）充電樁子系統為便民子設備，無需考慮所處路段交通狀況，建議根據需求設置在靠邊停車不影響交通的區域設置，如地面輔道上停車位附近的智慧路燈;

（3）安防監控子系統為路段信息搜集的主要手段，建議根據仿真結果設置于快速路上的事故、擁堵多發位置的智慧路燈，以便于在第一時間獲取路段信息;

（4）環保監測子系統主要用于搜集周邊氣象信息;

（5）應急報警子系統主要用于人工報警，建議設置于事故、擁堵多發位置及行人密集區域的智慧路燈，作為輔助信息搜集手段;

（6）LED發布屏是信息發布的主要設備，一般情況下可顯示前方路況、事故發生時顯示事故情況以及相應預案，建議設置于在事故、擁堵多發位置以及多發位置前方一個停車視距處的智慧路燈;事件廣播是信息發布的輔助設備，設置位置建議與LED發布屏相同。停車視距是駕駛員在發現障礙物時停住所需要的最短距離，其計算公式為：

St=S1+S2+S0=（u1×t/3.6）+u12/（254×φ2）+S0

式中：S1為駕駛員反應時間內行駛的距離;S2為開始制動汽車到汽車完全停止所行駛距離（制動距離）;S0為安全距離（5～10 m）;t為駕駛員反應時間，一般取2.5 s;φ2為路面與輪胎之間的縱向摩阻系數;u1為行駛速度，設計中一般取值為道路設計速度。

5 ?結 ?論

本文基于VISSIM軟件模擬城市快速路的交通環境，通過輸入各路段交通量、駕駛員決策方式，確定了城市快速路的一般擁堵、事故發生路段，并通過調整路段的駕駛員決策方式，證明設置智慧路燈后城市快速路的交通環境有所改善。設計規劃單位根據仿真結果可合理規劃智慧路燈設置位置及子系統配置，能有效降低智慧路燈項目的建設成本，提高智慧路燈的使用效率，促進城市快速路智慧交通的發展。

參考文獻：

[1] 陸臣量.智慧路燈建設的思考 [J].城市道橋與防洪，2020（1）：175-178+23.

[2] 張亦弛.智慧路燈設計案例和建設方式的研究 [J].數字通信世界，2020（2）：129-131.

[3] 何瑋.智慧路燈在城市道路照明中的應用 [J].地產，2019（22）：13.

作者簡介：樂衛洪（1980.05—），男，漢族，江蘇溧陽人，高級工程師，本科，研究方向：電氣工程及自動化。