一种基于动态交通流量的智能化路灯照明系统

本发明属于城市交通照明，涉及考虑夜间交通流量(交通流量即车流量)变化的智能路灯协同控制策略的设计和应用。

背景技术：

1、路灯是城市中重要的基础设施，对于改善人居环境、增强城市综合承载能力、提高城市运行效率具有重要作用。随着城市的不断扩展，城市路灯照明系统也不断增加，为了节约能源，可以通过光照传感器采集外界环境光强数据用以判断路灯开启和关闭的时间，实现路灯开关自动调节，例如中国专利202023008294.2，但这种控制方式不能根据车流量变化调整路灯亮度，因此在夜间车辆通行数量少的路段仍存在由于路灯控制智能化程度低导致的能源浪费。为了弥补以上控制方式的不足，在深夜车流量较小时对路灯的控制可以采用单排点亮、交叉点亮等提前设置的路灯照明预案中的方式，但这些照明预案并不能根据车辆通行需要自动调整路灯照明，且路灯一经点亮往往就是满亮状态，依然存在较大的能源浪费问题。

2、在路灯的智能化控制中主要选取车速作为车辆在道路通行的判定依据，从而为进入道路的车辆开启路灯，并根据车速控制车辆前方路灯的打开以及车辆后方路灯的关闭，但在未考虑车速以及车辆与路灯之间的距离对路灯开启数量的影响，以及路灯之间的协同控制，并缺乏对不同速度车辆的提前感知的情况下，当车辆速度较快时，存在因路灯未能及时开启导致驾驶员视野范围受限的情况，例如中国专利202020319783.0。尽管中国专利201910796580.2中通过路灯区域组划分和区域组内车辆的检测及预判信息控制路灯，一定程度上解决了测速信号滞后导致的控制精准度低的问题，但对路灯进行成组控制，弱化了单台路灯的可控性和自适应性，从而不利于降低路灯照明系统的能源消耗以及保障交通安全。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术存在的问题与不足，本发明的目的在于提供一种基于动态交通流量的智能化路灯照明系统。

2、为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种智能化路灯照明系统，该路灯照明系统包括若干路灯、数据采集系统和云服务器；所述路灯包括路灯本体以及设置在路灯本体上的路灯集成控制器，所述数据采集系统包括道路信息采集系统和环境信息采集系统，所述环境信息采集系统包括光强传感器，所述道路信息采集系统包括摄像头，所述路灯集成控制器根据光强传感器采集的环境光强数据和云服务器发出的指令对该路灯集成控制器所在的路灯本体进行开关控制和亮度控制，所述云服务器发出的指令包括云服务器基于对摄像头采集的视频数据进行车辆识别所确定并经多时间尺度表征的动态交通流量而发出的针对任意路灯本体的亮度控制指令。

4、优选的，所述开关控制包括打开状态的调节和关闭状态的调节，打开状态的调节是指路灯本体在环境光强减弱时相适应的从亮度为零达到安全照明亮度，关闭状态的调节是指路灯本体在环境光强增强时相适应的从安全照明亮度达到亮度为零，即开关控制为基于光强传感器的单个路灯本体的亮度控制，属于一种针对任意路灯本体的亮度自适应控制。其中安全照明亮度由环境光强与路灯集成控制器内设定的开关阈值的缺额确定(若环境光强小于该阈值，则路灯本体应处于打开状态；否则路灯本体应处于关闭状态)。

5、优选的，所述道路信息采集系统还包括激光雷达传感器，或者所述道路信息采集系统还包括激光雷达传感器和超声波雷达传感器；所述路灯集成控制器在激光雷达传感器检测到有车辆驶向或驶离该路灯集成控制器所在的路灯本体时启动摄像头进行视频数据采集并将采集的视频数据和激光雷达传感器检测的车辆速度发送至云服务器，以及在超声波雷达传感器检测到有车辆驶离该路灯集成控制器所在的路灯本体时启动摄像头进行视频数据采集并将采集的视频数据发送至云服务器。

6、优选的，所述激光雷达传感器和超声波雷达传感器同时设置在每个路灯本体上，从而避免同时设置两个同类型雷达可能存在的相互干扰问题，其中激光雷达传感器在车辆驶来方向上能够实现长度为x的路段上车辆驶入以及车辆速度的检测，x为激光雷达传感器检测距离(即激光雷达传感器检测位置与路灯本体所在位置的距离)，超声波雷达传感器在车辆驶离方向上能够实现对驶离路灯本体所在位置的车辆的检测，所述路灯本体上的路灯集成控制器根据车辆驶来情况(即有无驶来车辆)和/或车辆驶离情况(即有无驶离车辆)控制该路灯本体上的摄像头的视频数据采集的启闭。

7、优选的，所述动态交通流量具体包括单位时间交通流量和实时交通流量，单位时间交通流量是对某路灯本体在参照其确定的驶来车辆检测范围内一段时间(时间段长度可以根据不同城市、不同区域、不同街道的交通流量实际情况调整)检测车辆数量累计的反映，实时交通流量是对某路灯本体在参照其确定的驶来车辆检测范围内的当前车辆数量的反映；所述单位时间交通流量和实时交通流量用于作为云服务器判定需要在开关控制所得的亮度状态基础上进行亮度自适应控制的单个路灯本体的依据，所述实时交通流量还用于作为云服务器判定需要在各自开关控制所得的亮度状态基础上进行亮度协同控制的多个路灯本体(这些路灯本体称为被协同路灯本体，相应的路灯称为被协同路灯)的依据。

8、优选的，所述云服务器在开关控制所得的单个路灯本体的亮度状态基础上通过发出以下亮度控制指令对相应路灯本体的亮度进行自适应控制：在根据任意路灯本体处采集的视频数据所确定的单位时间交通流量超过流量阈值a的情况下，将该路灯本体的亮度调节到高于安全照明亮度(如调节到满亮状态)的亮度控制指令，以及在根据任意路灯本体处采集的视频数据所确定的单位时间交通流量小于等于流量阈值a的情况下，以该路灯本体处采集的视频数据所确定的实时交通流量为调节依据的相应亮度控制指令。

9、优选的，若单位时间交通流量小于等于流量阈值a同时实时交通流量大于零，则云服务器发出将单个路灯本体的亮度调节到高于安全照明亮度(如调节到满亮状态)的亮度控制指令；若单位时间交通流量小于等于流量阈值a同时实时交通流量不大于零(如等于零)，则云服务器发出保持单个路灯本体经开关控制所得的亮度状态(即安全照明亮度)或者云服务器发出将单个路灯本体的亮度从高于安全照明亮度(如满亮状态)调节到相适应的安全照明亮度(即经开关控制所得的亮度状态)的亮度控制指令。

10、优选的，所述流量阈值a满足使前一车辆驶离某路灯本体照亮范围(由路灯间距确定)的时刻与后一车辆驶入该路灯本体照亮范围的时刻相吻合，具体采用以下公式计算：

11、

12、其中，v为当前道路单位时间内的规定的平均车辆速度，l为路灯间距(沿车辆行驶方向)。

13、优选的，所述云服务器在多个路灯本体各自开关控制所得的亮度状态基础上通过发出以下亮度控制指令对相应路灯本体的亮度进行协同控制：在根据任意路灯本体处采集的视频数据所确定的实时交通流量大于零的情况下将以该路灯本体(作为当前路灯本体)为参照划定的车辆视野安全距离s内的n个路灯本体的亮度调节到高于安全照明亮度(如调节到满亮状态)的亮度控制指令(即在单位时间交通流量小于等于流量阈值a同时实时交通流量大于零的情况下，当前路灯本体与n个被协同路灯本体采用相同的亮度控制指令)。

14、优选的，所述亮度控制指令进行协同控制的优先级高于自适应控制，例如当路灯本体上的路灯集成控制器同时接收到云服务器发出的保持开关控制所得的亮度状态以及与其他路灯本体协同调节到高于安全照明亮度(如调节到满亮状态)两个不同亮度控制指令时，则所述路灯集成控制器优先执行后一个亮度控制指令，即将该路灯集成控制器所在的路灯本体的亮度调节为高于安全照明亮度(如调节到满亮状态)。

15、优选的，所述车辆视野安全距离s采用以下公式计算：

16、s＝4v

17、其中，v为车辆速度。

18、优选的，所述n的计算公式如下：

19、

20、其中，l为路灯间距(沿车辆行驶方向)，n为被协同路灯本体数量(该数量不包含当前路灯本体，且计算时通过向上取整确保n为整数)。

21、优选的，所述环境信息采集系统还包括pm2.5传感器、温湿度传感器、火焰传感器、碰撞检测传感器中的一种或多种，这些传感器可以实现对道路其他环境信息的实时监测，监测获得的相应环境信息数据与上述视频数据等一样也可以通过设置于同一路灯本体上的路灯集成控制器发送至云服务器，从而为实现远程报警提供用于判定相应警情(包括烟雾报警、温湿度报警、交通事故报警、路灯损坏报警)的原始数据。

22、优选的，所述路灯照明系统还包括供电系统，所述供电系统包括太阳能板、蓄电池、电网接口以及供能切换单元，其中太阳能板与蓄电池相连，蓄电池和电网接口分别通过供能切换单元与路灯集成控制器相连，供能切换单元包括可以在路灯集成控制器的控制下实现不同电源(蓄电池、电网接口)间切换的芯片，从而实现通过太阳能或电网为路灯集成控制器、路灯本体以及数据采集系统(包括各类型传感器以及摄像头等)提供电源。

23、优选的，所述路灯照明系统还包括后台监控管理平台和/或app管理软件；所述app管理软件与所述后台监控管理平台的主要功能(包括信息展示、资产管理、数据分析和报警)一致。

24、优选的，所述后台监控管理平台、app管理软件可以通过云服务器向路灯集成控制器发送指令，从而实现对该路灯集成控制器所在的路灯本体的开关状态及亮度的强制性调节。即云服务器发出的指令还包括云服务器在未获得摄像头采集的视频数据或根据视频数据未完成车辆识别等情况下而发出的针对任意路灯本体的亮度控制指令。

25、本发明的有益效果体现在：

26、本发明的路灯照明系统，不仅能够利用光强传感器实现单个路灯亮度的控制，还能够通过对交通流量在不同时间尺度下的表征实现路灯亮度与交通流量的动态适配，使道路交通照明更加灵活、精准、可靠，且智能化程度明显提高，从而降低路灯照明系统的能源消耗并保障交通安全。

27、进一步的，本发明中的路灯集成控制器在感应到道路能见度较差(环境光强较低)时，即可根据光强传感器采集的环境光强值调节路灯亮度，实现路灯亮度随环境光强变化的自适应调整，完善道路通行安全保障。

28、进一步的，本发明提出了根据车辆视野安全距离s确定亮度协同控制下被协同路灯数量(即n)的策略，既保证了道路交通安全照明需求，又显著的降低了照明系统能源消耗，实现了城市照明节能。