本发明涉及公路工程附属设施，尤其涉及一种考虑交通实况的智慧路灯控制方法及系统。
背景技术：
1、城市道路照明是城市公共设施的重要组成部分，随着城镇化建设推进，道路照明的用电量呈逐年上升的趋势。传统路灯控制采用固定时间和光强的方式，针对性差、耗电量大，无法根据实际交通情况进行有效的调整；而采用感应式控制的智慧路灯，依赖感应元器件的长时间不间断工作，增加耗能，不利于节能，且在车辆经过时，路灯启亮个数或多或少，易造成电力资源的浪费或造成驾驶员看不清前方路况及道路线形，不利于道路安全。
2、我国交通部门为降低道路照明能耗，采用分级照明体系，分时段启动不同的照明强度，虽降低照明能耗，但加大了深夜行车的危险性。因此，在保障道路安全的同时节省能耗，是一个亟需解决的难题。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种考虑交通实况的智慧路灯控制方法及系统，旨在解决现有方法夜间行车视距不足、感应元器件长时间不间断工作、智慧路灯系统响应时间长、传统路灯控制模式能耗高的问题。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、本发明提供一种考虑交通实况的智慧路灯控制方法，该方法包括以下步骤：
4、s1：对智慧路段划分交通小区，并对交通小区进行编号；
5、s2：在交通小区中设置光敏传感器采集外界环境光线强度，设定光感阈值，根据外界环境光线强度和光感阈值判断是否开启路灯；
6、s3：路灯开启后，实时监测并预测各交通小区内的车辆密度；
7、s4：设定车辆密度阈值，划分高低密度时段，根据车辆密度和密度阈值分时段控制路灯，生成控制策略；
8、s5：将控制策略对应的控制信号发送至路灯控制终端。
9、进一步地，本发明的所述步骤s1的方法具体包括：
10、智慧路段是指城市中安装有接入物联网的智慧路灯的路段，将智慧路段划分为若干交通小区，划分方法包括以交叉口、道路出入口、固定路段长度为节点划分；
11、各交通小区按照道路车辆行驶方向划分为双向两个控制子区，通过控制子区实时动态计算向下游控制子区传输的车流量，进而完成下一时刻各控制子区车辆密度的预测，从而实时预测各交通小区的车辆密度；其中下游控制子区是指相对于车辆行驶方向的末端位置设定的控制子区。
12、进一步地，本发明的所述步骤s2的方法具体包括：
13、在每个控制子区中至少设置一个光敏传感器，通过光敏传感器采集交通小区的外界环境光线强度，考虑道路等级、功能及环境条件的因素，对不同的控制子区设置不同的光感阈值，以满足不同位置、功能、等级的道路安全行车需求；实时判断外界环境光线强度是否低于光感阈值，当外界环境光线强度高于光感阈值时，路灯保持关闭状态，当外界环境光线强度低于光感阈值时，路灯启动照明。
14、进一步地，本发明的所述步骤s3的方法具体包括：
15、路灯开启后，通过摄像头或智能路侧检测器获取t时刻各交通小区中控制子区内的车辆数；
16、s31：计算t时刻各控制子区的密度kij(t)，公式如下：
17、
18、其中，i表示车辆行驶方向，取值为0或1，0表示上行方向，1表示下行方向；j表示控制子区的编号，控制子区的编号随行驶方向逐渐增大，上下行方向的编号方向相反；nij(t)表示t时刻i方向第j个控制子区的车辆数，lij表示i方向第j个控制子区的路段长度；kij(t)表示t时刻i方向第j个控制子区的密度；
19、s32：计算t时刻各控制子区的流量qij(t)，公式如下：
20、
21、其中，qij(t)表示t时刻i方向第j个控制子区的车辆数；
22、s33：计算t时刻各控制子区的拥堵波速ωij(t)，公式如下：
23、
24、其中，qi，j+1(t)表示t时刻i方向第j+1个控制子区的流量；ki，j+1(t)表示t时刻i方向第j+1个控制子区的密度；ωij(t)表示t时刻i方向第j个控制子区的拥堵波速；
25、s34：计算t时刻各控制子区向下游控制子区传输的车流量qij(t)，公式如下：
26、qij(t)＝min{vf×kij(t),ωij(t)×(qi,j+1,jam(t)-ki,j+1(t))}
27、其中，vf表示路段的自由流速度；qi,j+1,jam(t)表示i方向第j+1个控制子区的阻塞密度；qij(t)表示i方向第j个控制子区向下游控制子区传输的车流量；
28、s35：计算t+1时刻各控制子区的车辆密度kij(t+1)，公式如下：
29、
30、其中，qi,j-1(t)表示t时刻i方向第j-1个控制子区向下游路段传输的车流量；kij(t+1)表示t+1时刻i方向第j个控制子区的车辆密度；
31、s36：计算t+1时刻各交通小区的车辆密度mj(t+1)，公式如下：
32、mj(t+1)＝k0,j(t+1)+k1,s+1-j(t+1)
33、其中，j表示交通小区的编号，交通小区编号与上行控制子区编号一致，交通小区、上行控制子区及下行控制子区数量均为s个；mj(t+1)表示第j个交通小区t+1时刻的车辆密度；k0，j(t+1)表示t+1时刻上行方向第j个控制子区(即第j个交通小区的上行控制子区)的车辆密度；k1，s+1-j(t+1)表示t+1时刻下行方向第s+1-j个控制子区(即第j个交通小区的下行控制子区)的车辆密度。
34、进一步地，本发明的所述步骤s4的方法具体包括：
35、设定车辆密度阈值，划分车辆高低密度时段，分时段控制路灯，其中高密度时段采用全照明策略，路灯全部启动照明100％亮度；低密度时段路灯采用感应控制策略，感应控制的步骤如下：
36、s41：识别检测区域内是否有车即将驶入，无车驶入时路灯保持节能模式，有车驶入时路灯提前启动高亮模式；
37、s42：待检测前方有来车时，获取行驶车辆的速度、行进方向及位置信息，并根据来车速度并考虑路面条件计算停车视距，确定启亮路灯个数；
38、基于车速及路面条件计算车辆的安全停车视距，将视距范围内的路灯调整为100％亮度，保障行车安全，视距计算公式如下：
39、
40、其中：d表示停车视距，单位为m；v表示汽车行驶速度，单位为km/h；t表示反应时间，单位为s；g表示重力加速度9.8m/s2；表示汽车轮胎和路面的纵向摩阻系数；l0表示前后两车的安全距离，单位为m；
41、基于安全停车视距计算启亮路灯个数，为时刻满足车辆的安全视距，对于视距边界在两组路灯之间的情况，要多开启一组路灯来满足视距，路灯启亮对数或个数计算公式如下：
42、
43、其中：n表示路灯启亮对数或个数；roundup表示向上取整函数，式中0表示小数点后保留0位小数；d表示停车视距，单位为m；lm表示前进方向距最近一组路灯的距离，单位为m；ld表示相邻两组路灯间距，单位为m；
44、s43：车辆驶过后，考虑驾驶人的心理特性，路灯保持一定时长的100％照明状态，若检测区域内再无来车，路灯恢复节能模式。
45、进一步地，本发明的所述步骤s41中节能模式采用20％亮度，高亮模式采用100％亮度。
46、进一步地，本发明的所述步骤s42中反应时间t取值为2.5s，其中判断时间为1.5s，操作时间为1s；前后两车的安全距离l0取值为5m。
47、进一步地，本发明的所述步骤s5的方法具体包括：
48、将智慧路段的控制策略数据生成控制信号，并将控制信号发送至路灯终端，包括通过有线或无线的方式进行通信，从而实现对路灯的智能控制。
49、本发明提供一种考虑交通实况的智慧路灯控制系统，该系统包括：
50、交通小区划分模块，用于对智慧路段划分交通小区，并对交通小区进行编号；
51、路灯开启控制模块，用于在交通小区中设置光敏传感器采集外界环境光线强度，设定光感阈值，根据外界环境光线强度和光感阈值判断是否开启路灯；
52、车辆密度监测和预测模块，用于路灯开启后，实时监测并预测各交通小区内的车辆密度；
53、控制策略生成模块，用于设定车辆密度阈值，划分高低密度时段，根据车辆密度和密度阈值分时段控制路灯，生成控制策略；
54、控制信号发送模块，用于将控制策略对应的控制信号发送至路灯控制终端。
55、本发明产生的有益效果是：
56、(1)本发明提出了“实时车辆密度预测+感应控制”的照明策略，有效解决了传统形式的路灯无法根据季节、天气的变换实时更新照明策略，且无法根据实际交通情况进行有效的调整，造成夜间无法及时启动照明，以及电力资源浪费的问题；
57、(2)本发明考虑到不同交通小区的日照条件和受环境遮挡情况不同，以及不同等级、功能的道路所需照明条件不同，对不同的交通小区设置不同的光感阈值，以满足不同位置、功能、等级的道路安全行车需求。
58、(3)本发明提出在启动路灯后，实时监测各交通小区中控制子区内的车辆密度，设定车辆密度阈值，划分高低密度时段，高密度时段采取全照明策略，低密度时段采取感应控制，无车驶入时路灯采取节能模式，既有利于节省能耗，又有效解决了感应元器件长时间不间断工作的问题；
59、(4)本发明在低密度时段的感应控制系统中，将夜间安全行车视距考虑在内，基于车辆的行驶速度和路面条件计算安全停车视距，从而确定提前启动照明的路灯个数，保障了夜间行车安全；
60、(5)本发明基于交通波理论实时预测下一时刻各交通小区中控制子区的车辆密度，无需存储大量的历史数据，响应时间短、预测精度高，可实现在线实时预测车辆密度并反馈至路灯控制终端。
1.一种考虑交通实况的智慧路灯控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑交通实况的智慧路灯控制方法，其特征在于，所述步骤s1的方法具体包括：
3.根据权利要求1所述的考虑交通实况的智慧路灯控制方法，其特征在于，所述步骤s2的方法具体包括：
4.根据权利要求1所述的考虑交通实况的智慧路灯控制方法，其特征在于，所述步骤s3的方法具体包括：
5.根据权利要求1所述的考虑交通实况的智慧路灯控制方法，其特征在于，所述步骤s4的方法具体包括：
6.根据权利要求5所述的考虑交通实况的智慧路灯控制方法，其特征在于，所述步骤s41中节能模式采用20％亮度，高亮模式采用100％亮度。
7.根据权利要求5所述的考虑交通实况的智慧路灯控制方法，其特征在于，所述步骤s42中反应时间t取值为2.5s，其中判断时间为1.5s，操作时间为1s；前后两车的安全距离l0取值为5m。
8.根据权利要求1所述的考虑交通实况的智慧路灯控制方法，其特征在于，所述步骤s5的方法具体包括：
9.一种考虑交通实况的智慧路灯控制系统，其特征在于，该系统包括：
