一种考虑交通流的公路交叉口动态照明系统及方法

本发明属于公共场所照明，具体涉及一种考虑交通流的公路交叉口动态照明系统及方法。

背景技术：

1、近年来动态道路照明技术日益成熟，并已开始逐渐应用于城市道路照明以及公路隧道照明等场景。动态道路照明系统能够根据道路交通流的状态对照明水平进行自适应调整，使得智能化水平和节能效果都得到了显著提升。然而目前国内外针对动态道路照明方案的研究仍然存在如下问题，使其难以在公路交叉口进行推广应用。

2、一方面，现有动态道路照明方案仅考虑了隧道或直行路段内交通流状态的影响，而在公路交叉口，不同方向的交通流会在交叉口区域产生大量的交通冲突点，在这种情况下，须同时考虑相交道路上不同类型道路使用者的交通流状态对交通安全的影响，并根据相交道路的交通流状态设计照明方案，从而保障交叉口的夜间行车安全。

3、另一方面，由于堆叠了多种智能终端硬件，使得照明设备的能耗较大，需要可靠稳定的电力供应，而在低等级公路交叉口通常缺乏电力供应设施，从而让动态照明系统的安装和维护变得非常困难。此外，由于没有结合应用场景制定相对应的照明方案，导致照明系统成本极高，但应用效果较差，偏远地区难以承担安装动态照明系统所需的经济成本和运营成本。

4、综上所述，现有动态道路照明方案未考虑交叉口相交道路交通流对夜间事故率的影响，且照明装置的成本极高、能耗较大导致照明装置的可泛化性差，因此，建立一种考虑交通流的公路交叉口动态照明方案对于改善公路交叉口夜间行车安全性，提高在公路交叉口推广照明装置的可行性具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决现有动态道路照明方案未考虑交叉口相交道路交通流对夜间事故率的影响，以及照明装置的可泛化性差的问题，而提出了一种考虑交通流的公路交叉口动态照明系统及方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

3、基于本发明的一个方面，一种考虑交通流的公路交叉口动态照明系统，所述系统包括分别设置于公路交叉口的每个进口车道的灯具支架；

4、每个灯具支架均包括两根立柱和一根横梁，两根立柱对称固定于进口车道两侧的地面上，且两根立柱的另一端共同支撑横梁；

5、灯具支架的横梁上设置有照明灯具、摄像头、太阳能电池模组和控制单元；

6、所述太阳能电池模组用于将太阳能转化为电能，并为照明灯具、摄像头和控制单元供电；

7、且摄像头的信号输出端与控制单元的信号输入端连接，控制单元的信号输出端与照明灯具的信号输入端连接。

8、进一步地，所述照明灯具位于横梁的中间位置。

9、进一步地，所述公路交叉口中相邻进口车道的灯具支架共用一根立柱。

10、基于本发明的另一个方面，一种考虑交通流的公路交叉口动态照明方法，所述方法具体包括以下步骤：

11、步骤一、将公路交叉口的进口车道个数记为n，在每个进口车道上均设置有一条与车辆行进方向垂直的车辆检测线，且车辆检测线与公路交叉口几何中心点之间的垂直距离为l米，并初始化进口车道个数i＝1；

12、步骤二、利用摄像头对第i个进口车道上车辆通行的视频数据进行采集，摄像头将采集的视频数据传输给控制单元，控制单元再采用图像处理技术识别并跟踪车辆检测线内的全部车辆，根据识别和跟踪结果计算车辆检测线内每个车辆的速度，将第i个进口车道的车辆检测线内的第j辆车的速度记为vij；

13、步骤三、从第i个进口车道的车辆检测线内全部车辆的速度中选取出最大的速度vi＝max(vij)，将选取出的速度作为第i个进口车道的车速；

14、步骤四、将公路交叉口处，与第i个进口车道的交通流存在交通冲突点的进口车道作为第i个进口车道的冲突进口车道，将第i个进口车道所对应的冲突进口车道总数记为m；

15、并初始化冲突进口车道个数k＝1；

16、步骤五、计算第k个冲突进口车道与第i个进口车道的交通流之间的交通冲突概率p1ik；

17、步骤六、计算第i个进口车道的车辆在第k个冲突进口车道的交通流的冲突下，发生碰撞的概率p2ik；

18、步骤七、判断是否满足k＝m；

19、若不满足，则令k＝k+1，返回执行步骤五；

20、若满足，则执行步骤八；

21、步骤八、根据和计算第i个进口车道的最优照度k＝1,2,…,m；

22、步骤九、判断是否满足i＝n；

23、若不满足，则令i＝i+1，返回执行步骤二；

24、若满足，则执行步骤十；

25、步骤十、根据i＝1,2,…,n计算公路交叉口的最优照度em，控制单元再根据计算出的最优照度em生成数字信号并发送给照明灯具，照明灯具根据接收到的数字信号来调整照明亮度。

26、进一步地，所述交通冲突概率p1ik为：

27、

28、式中，tc是第i个进口车道上车辆在穿越第k个冲突进口车道交通流时的平均最小车头时距；dk是第k个冲突进口车道中的道路停车线与冲突点之间的距离；di是第i个进口车道中的道路停车线与冲突点之间的距离；vk是第k个冲突进口车道的车速；是第i个进口车道的交通流的车头时距；是第k个冲突进口车道的交通流的车头时距；为的概率密度函数；为的概率密度函数。

29、进一步地，所述发生碰撞的概率为：

30、

31、式中，x是驾驶人在夜间对周围移动目标的视认距离；e是公路交叉口照明系统的照度；d是车辆完全制动后，车辆的质心与冲突点之间的距离临界值；s是第i个进口车道上车辆的安全制动距离。

32、进一步地，所述安全制动距离s为：

33、

34、式中，t1是制动器自由行程时间；t2是制动减速度线性增长时间；ab是安全制动减速度。

35、进一步地，所述步骤八的具体过程为：

36、步骤八一、根据p1ik和计算满足的第i个进口车道的最小照度eik，pacp是允许的最大事故率；

37、步骤八二、将eik与照明标准规定中的最低照度emin进行对比；

38、若eik＞emin，则最小照度eik不变；

39、若eik≤emin，令最小照度eik＝emin；

40、同理，分别得到第i个进口车道对于每个冲突进口车道的最小照度；

41、步骤八三、根据eik，k＝1,2,…,m计算最优照度

42、进一步地，所述步骤八三的具体过程为：

43、

44、更进一步地，所述根据i＝1,2,…,n计算公路交叉口的最优照度em，具体为：

45、

46、本发明的有益效果是：

47、本发明提出了一种考虑交通流的公路交叉口动态照明系统及方法，能够在缺少历史事故数据的情况下，计算不同交通流状态下的公路交叉口动态照明方案，为制定分时段、分区域的照明管理策略提供理论支撑，不仅可以显著提高公路交叉口照明系统的节能效果，而且通过考虑交叉口相交道路交通流，可以降低公路交叉口夜间交通事故率，进而提高公路夜间行车安全性。

48、同时本发明的照明系统的成本低且能耗较小，因此照明系统的泛化性强。