摘 ?要：研究智慧路燈在城市快速路區(qū)域的設(shè)置、子系統(tǒng)配置選擇及相應(yīng)的功能實現(xiàn)。通過VISSIM軟件分析城市快速路不同路段的車流量、事故發(fā)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(fā)生區(qū)域。提出在不增加建設(shè)成本的前提下，以智慧路燈各個子系統(tǒng)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(tǒng)配置選擇問題，為有關(guān)建設(shè)部門智慧交通建設(shè)提供參考。

關(guān)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(fā)展，以往經(jīng)驗化的交通運管方式已不能滿足使用需求。隨著大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)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(shù)的運用，使交通管理能在路段、區(qū)域具備感知、分析、測控能力。路燈作為道路沿線設(shè)置率最高的交通設(shè)施，具備為智慧交通采集、信息發(fā)布的天然優(yōu)勢。因此，智慧路燈應(yīng)運而生，并在未來將逐步取代傳統(tǒng)路燈，成為城市智慧交通的基礎(chǔ)設(shè)備。

智慧路燈可集成多種子系統(tǒng)，包括LED照明、信息發(fā)布、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、汽車充電樁、緊急呼叫、無線Wi-Fi等子系統(tǒng)，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(yīng)當考慮工程的合理性以及經(jīng)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(shè)計，應(yīng)根據(jù)所在區(qū)域的交通狀況及使用需求，有針對性地設(shè)置智慧路燈，根據(jù)各個區(qū)域需求，選擇配套相應(yīng)子系統(tǒng)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(shè)計咨詢公司，承接了大量的城市快速路設(shè)計咨詢。本人在設(shè)計咨詢過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有路燈功能單一，沒有承載相應(yīng)的城市交通監(jiān)測、管理功能。本文主要研究智慧路燈在城市快速路上的應(yīng)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(fā)地段改變模型組車輛行車的邏輯參數(shù)，模擬在不同位置設(shè)置智慧路燈后交通流的變化，提出智慧路燈子系統(tǒng)選型及點位設(shè)置的一般規(guī)律，為相關(guān)智慧路燈建設(shè)單位提供參考。

1 ?提出問題

工程建設(shè)應(yīng)具有一定的前瞻性與超前性，才能確保工程建設(shè)完成后在使用年限內(nèi)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(shù)年，并成為未來城市交通發(fā)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(xiàn)。

然而智慧路燈全面替代傳統(tǒng)路燈具有一定的難度，主要原因為：傳統(tǒng)LED照明路燈僅包含LED燈頭、控制器、路燈桿件、路燈基礎(chǔ)以及配套配電設(shè)備，功能結(jié)構(gòu)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(tǒng)，造價高昂。一般一盞傳統(tǒng)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(shè)中往往不是全線設(shè)置智慧路燈，而是將其安裝在特殊區(qū)域或重要交通節(jié)點。

一般城市道路交通環(huán)境主要是線性、平面的，智慧路燈設(shè)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(fù)雜的道路，比如城市快速路。城市快速路是現(xiàn)代城市路網(wǎng)的重要組成部分。城市快速路交通系統(tǒng)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(fù)雜。

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

2 ?智慧路燈功能

現(xiàn)階段智慧路燈主要可集成無線Wi-Fi、充電樁、安防監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)測、信息發(fā)布、事件廣播、市民應(yīng)急報警等子系統(tǒng)。本文將智慧路燈子系統(tǒng)分為便民設(shè)備、信息采集設(shè)備、應(yīng)急報警設(shè)備和信息發(fā)布設(shè)備四類子系統(tǒng)。

2.1 ?便民設(shè)備

（1）無線Wi-Fi子系統(tǒng)為使用者提供Wi-Fi熱點接入;

（2）充電樁子系統(tǒng)可為電動車提供充電點。

2.2 ?信息采集設(shè)備

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

（2）環(huán)保監(jiān)測子系統(tǒng)通過傳感器可實時監(jiān)測周邊區(qū)域氣象情況，如PM值、溫濕度、風(fēng)速、CO含量、噪音等，并可通過網(wǎng)絡(luò)上傳至平臺進行發(fā)布，可以使市民直觀地了解路段氣象狀況。

2.3 ?應(yīng)急報警設(shè)備

應(yīng)急報警設(shè)備由一鍵報警按鈕、應(yīng)急報警IP電話組成。通過智慧路燈集成應(yīng)急報警，可實現(xiàn)戶外分機一鍵呼叫中心，在路段發(fā)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(jiān)控子系統(tǒng)實時查看事件態(tài)勢，根據(jù)事件嚴峻程度選擇是否上報110、120。

2.4 ?信息發(fā)布設(shè)備

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

（2）事件廣播一般作為LED發(fā)布屏的輔助發(fā)布手段，主要用于播放后臺預(yù)先錄入的應(yīng)急預(yù)案，供事故點周圍市民參考執(zhí)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(jié)果對照此快速路實際運營情況，尋求該快速路上事故多發(fā)路段主要位置的一般規(guī)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(jù)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(jù)VISSIM軟件仿真結(jié)果，城市快速路主要擁堵路段及事故發(fā)生點主要集中于以下幾個區(qū)域：

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

（2）地面輔導(dǎo)主要平交口因車輛變道及被交道車輛駛?cè)氲纫蛩兀菀装l(fā)生擁堵或事故;

（3）大型互通區(qū)域與快速路主線連接區(qū)域因車輛并線等因素容易發(fā)生事故或擁堵;

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

4 ?智慧路燈的設(shè)置位置及子系統(tǒng)配置

4.1 ?智慧路燈的設(shè)置位置

為比較在事故及故障路段設(shè)置智慧路燈后的交通情況，在以上路段調(diào)整仿真模型的駕駛員決策方式，智慧路燈安裝LED發(fā)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(diào)整決策方式后，通過比較安裝LED發(fā)布屏前后的排隊長度以及擁堵情況可以得出結(jié)論：以上路段在安裝智慧路燈后交通環(huán)境良好。根據(jù)仿真結(jié)果，建議在以上區(qū)域設(shè)置智慧路燈，以增強快速路的交通環(huán)境。其他路段建議采用一般路燈進行功能性照明，無需設(shè)置智慧路燈，以降低項目建設(shè)成本。

4.2 ?智慧路燈子系統(tǒng)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(tǒng)配置建議遵循以下原則：

（1）無線Wi-Fi子系統(tǒng)為便民設(shè)備，無需考慮所處路段交通狀況，建議根據(jù)道路實際人流量設(shè)置于行人密集區(qū)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(tǒng)為便民子設(shè)備，無需考慮所處路段交通狀況，建議根據(jù)需求設(shè)置在靠邊停車不影響交通的區(qū)域設(shè)置，如地面輔道上停車位附近的智慧路燈;

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

（4）環(huán)保監(jiān)測子系統(tǒng)主要用于搜集周邊氣象信息;

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

（6）LED發(fā)布屏是信息發(fā)布的主要設(shè)備，一般情況下可顯示前方路況、事故發(fā)生時顯示事故情況以及相應(yīng)預(yù)案，建議設(shè)置于在事故、擁堵多發(fā)位置以及多發(fā)位置前方一個停車視距處的智慧路燈;事件廣播是信息發(fā)布的輔助設(shè)備，設(shè)置位置建議與LED發(fā)布屏相同。停車視距是駕駛員在發(fā)現(xiàn)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(yīng)時間內(nèi)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(yīng)時間，一般取2.5 s;φ2為路面與輪胎之間的縱向摩阻系數(shù);u1為行駛速度，設(shè)計中一般取值為道路設(shè)計速度。

5 ?結(jié) ?論

本文基于VISSIM軟件模擬城市快速路的交通環(huán)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(fā)生路段，并通過調(diào)整路段的駕駛員決策方式，證明設(shè)置智慧路燈后城市快速路的交通環(huán)境有所改善。設(shè)計規(guī)劃單位根據(jù)仿真結(jié)果可合理規(guī)劃智慧路燈設(shè)置位置及子系統(tǒng)配置，能有效降低智慧路燈項目的建設(shè)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(fā)展。

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作者簡介：樂衛(wèi)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。