智慧路灯在城市快速路的应用研究

摘  要：研究智慧路灯在城市快速路区域的设置、子系统配置选择及相应的功能实现。通过VISSIM软件分析城市快速路不同路段的车流量、事故发生率等因素对道路交通造成的影响，推断出城市快速路一般事故发生区域。提出在不增加建设成本的前提下，以智慧路灯各个子系统利用率最大化为目的，解决智慧路灯的点位确定以及子系统配置选择问题，为有关建设部门智慧交通建设提供参考。

关键词：智慧路灯;道路交通;仿真

中图分类号：TM923.34;TU113.666     文献标识码：A 文章编号：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

隨着城市交通的发展，以往经验化的交通运管方式已不能满足使用需求。随着大数据、云计算等技术的成熟，智慧交通概念也逐步成型。智慧交通通过各种高新技术的运用，使交通管理能在路段、区域具备感知、分析、测控能力。路灯作为道路沿线设置率最高的交通设施，具备为智慧交通采集、信息发布的天然优势。因此，智慧路灯应运而生，并在未来将逐步取代传统路灯，成为城市智慧交通的基础设备。

智慧路灯可集成多种子系统，包括LED照明、信息发布、环境监测、视频监控、汽车充电桩、紧急呼叫、无线Wi-Fi等子系统，功能强大的同时造价高昂。一般城市道路照明工程，除了满足需求外，更应当考虑工程的合理性以及经济性，因此不需要将所有一般照明路灯全部按照智慧路灯设计，应根据所在区域的交通状况及使用需求，有针对性地设置智慧路灯，根据各个区域需求，选择配套相应子系统配置的智慧路灯。

苏交科集团股份有限公司作为国际性工程设计咨询公司，承接了大量的城市快速路设计咨询。本人在设计咨询过程中发现现有路灯功能单一，没有承载相应的城市交通监测、管理功能。本文主要研究智慧路灯在城市快速路上的应用。通过软件对快速路进行建模，模拟快速路不同路段的车辆通行情况，在模型中事故多发地段改变模型组车辆行车的逻辑参数，模拟在不同位置设置智慧路灯后交通流的变化，提出智慧路灯子系统选型及点位设置的一般规律，为相关智慧路灯建设单位提供参考。

1  提出问题

工程建设应具有一定的前瞻性与超前性，才能确保工程建设完成后在使用年限内不会落伍，能够延长项目的生命周期，保障投资及用管单位的利益。智慧交通概念的提出已有数年，并成为未来城市交通发展的主流方向。智慧路灯作为城市智慧交通的重要组成部分，已部分取代原有的功能性照明，在越来越多的城市道路上出现。

然而智慧路灯全面替代传统路灯具有一定的难度，主要原因为：传统LED照明路灯仅包含LED灯头、控制器、路灯杆件、路灯基础以及配套配电设备，功能结构简单，造价较低;而智慧路灯满足除了功能性照明外，还集成了多个子系统，造价高昂。一般一盏传统照明路灯造价不到智慧路灯的十分之一，因此在实际工程建设中往往不是全线设置智慧路灯，而是将其安装在特殊区域或重要交通节点。

一般城市道路交通环境主要是线性、平面的，智慧路灯设置的选址较为简单，需要考虑的影响因素相对较少，智慧路灯主要安装在道路的大型平交口。

城市交通除了一般城市道路，还有其他交通情况较为复杂的道路，比如城市快速路。城市快速路是现代城市路网的重要组成部分。城市快速路交通系统一般包含了主线地面段、主线高架段、高架上下匝道、高架下辅道、互通式立交、大型路口以及主、被交道，交通情况比一般城市道路复杂。

城市快速路具有交通环境多变、立体以及交通量大、服务水平要求高等特点，在工程设计过程中，用常规方式难以确定城市快速路上的重要交通节点并对其进行验证，从而导致在城市快速路上设置智慧路灯，不能达到最优的使用效果。因此，需要采用一定的技术手段，对城市快速路智慧路灯的设置位置及其配置的子系统类型进行分析论证，在满足设备功能需求的前提下降低智慧照明系统造价，以求得城市快速路智慧照明系统建设的最优解。

2  智慧路灯功能

现阶段智慧路灯主要可集成无线Wi-Fi、充电桩、安防监控、环保监测、信息发布、事件广播、市民应急报警等子系统。本文将智慧路灯子系统分为便民设备、信息采集设备、应急报警设备和信息发布设备四类子系统。

2.1  便民设备

（1）无线Wi-Fi子系统为使用者提供Wi-Fi热点接入;

（2）充电桩子系统可为电动车提供充电点。

2.2  信息采集设备

（1）安防监控子系统可通过高清摄像机获取道路及周边区域信息，并上传至中心服务器进行分析，主要能完成违停抓拍、事件检测、视频调度、车牌识别等功能;

（2）环保监测子系统通过传感器可实时监测周边区域气象情况，如PM值、温湿度、风速、CO含量、噪音等，并可通过网络上传至平台进行发布，可以使市民直观地了解路段气象状况。

2.3  应急报警设备

应急报警设备由一键报警按钮、应急报警IP电话组成。通过智慧路灯集成应急报警，可实现户外分机一键呼叫中心，在路段发生事故或紧急事件时可由附近人员进行人工报警，由中心通过报警分机IP地址可快速定位报警的具体位置，并通過报警位置附近智慧路灯上的安防监控子系统实时查看事件态势，根据事件严峻程度选择是否上报110、120。

2.4  信息发布设备

（1）LED发布屏是智慧交通的主要信息发布手段，可通过LED发布屏显示附近路段一般情况，如通过环保监测子系统获取的附近道路气象状况，或通过安防监控设备获取路段前方实时路况，附近道路发生事故时可以通过后台系统实时编辑并在LED屏上发布事故的相关信息;

（2）事件广播一般作为LED发布屏的辅助发布手段，主要用于播放后台预先录入的应急预案，供事故点周围市民参考执行。

3  建模仿真

以常州市某城市快速路为例，利用VISSIM软件对快速路的运行情况进行建模，仿真快速路上的主要拥堵或事故路段，并将结果对照此快速路实际运营情况，寻求该快速路上事故多发路段主要位置的一般规律。

该模型路段包括一处高架互通、一处大型平交口以及若干条上下匝道，包含城市快速路典型路段，具有一定的代表性。根据一般情况下车流量范围输入各入口车流量大小，模拟快速路车辆运行情况，如图1所示。

根据VISSIM软件仿真结果，城市快速路主要拥堵路段及事故发生点主要集中于以下几个区域：

（1）地面辅导行至高架匝道区域因坡度原因使车辆加速度发生变化，容易发生拥堵，如图2所示;

（2）地面辅导主要平交口因车辆变道及被交道车辆驶入等因素，容易发生拥堵或事故;

（3）大型互通区域与快速路主线连接区域因车辆并线等因素容易发生事故或拥堵;

（4）匝道并入高架主线区域因车辆并线与车辆速度差异等因素容易发生事故或拥堵，如图3所示。

4  智慧路灯的设置位置及子系统配置

4.1  智慧路灯的设置位置

为比较在事故及故障路段设置智慧路灯后的交通情况，在以上路段调整仿真模型的驾驶员决策方式，智慧路灯安装LED发布屏，让驾驶员可以提前了解前方路段的路况并作出决策，如图4所示。

调整决策方式后，通过比较安装LED发布屏前后的排队长度以及拥堵情况可以得出结论：以上路段在安装智慧路灯后交通环境良好。根据仿真结果，建议在以上区域设置智慧路灯，以增强快速路的交通环境。其他路段建议采用一般路灯进行功能性照明，无需设置智慧路灯，以降低项目建设成本。

4.2  智慧路灯子系统配置

针对道路周边状况及所处路段交通情况，对不同路段的智慧路灯的子系统配置建议遵循以下原则：

（1）无线Wi-Fi子系统为便民设备，无需考虑所处路段交通状况，建议根据道路实际人流量设置于行人密集区域，如商圈附近道路或大型平交口附近的智慧路灯;

（2）充电桩子系统为便民子设备，无需考虑所处路段交通状况，建议根据需求设置在靠边停车不影响交通的区域设置，如地面辅道上停车位附近的智慧路灯;

（3）安防监控子系统为路段信息搜集的主要手段，建议根据仿真结果设置于快速路上的事故、拥堵多发位置的智慧路灯，以便于在第一时间获取路段信息;

（4）环保监测子系统主要用于搜集周边气象信息;

（5）应急报警子系统主要用于人工报警，建议设置于事故、拥堵多发位置及行人密集区域的智慧路灯，作为辅助信息搜集手段;

（6）LED发布屏是信息发布的主要设备，一般情况下可显示前方路况、事故发生时显示事故情况以及相应预案，建议设置于在事故、拥堵多发位置以及多发位置前方一个停车视距处的智慧路灯;事件广播是信息发布的辅助设备，设置位置建议与LED发布屏相同。停车视距是驾驶员在发现障碍物时停住所需要的最短距离，其计算公式为：

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

式中：S1为驾驶员反应时间内行驶的距离;S2为开始制动汽车到汽车完全停止所行驶距离（制动距离）;S0为安全距离（5～10 m）;t为驾驶员反应时间，一般取2.5 s;φ2为路面与轮胎之间的纵向摩阻系数;u1为行驶速度，设计中一般取值为道路设计速度。

5  结  论

本文基于VISSIM软件模拟城市快速路的交通环境，通过输入各路段交通量、驾驶员决策方式，确定了城市快速路的一般拥堵、事故发生路段，并通过调整路段的驾驶员决策方式，证明设置智慧路灯后城市快速路的交通环境有所改善。设计规划单位根据仿真结果可合理规划智慧路灯设置位置及子系统配置，能有效降低智慧路灯项目的建设成本，提高智慧路灯的使用效率，促进城市快速路智慧交通的发展。

参考文献：

[1] 陆臣量.智慧路灯建设的思考 [J].城市道桥与防洪，2020（1）：175-178+23.

[2] 张亦弛.智慧路灯设计案例和建设方式的研究 [J].数字通信世界，2020（2）：129-131.

[3] 何玮.智慧路灯在城市道路照明中的应用 [J].地产，2019（22）：13.

作者简介：乐卫洪（1980.05—），男，汉族，江苏溧阳人，高级工程师，本科，研究方向：电气工程及自动化。