一种辅助交通信号灯节能供电系统的制作方法

本实用新型涉及交通控制领域，具体涉及一种辅助交通信号灯节能供电系统。

背景技术：

辅助信号灯可以帮助驾驶员观察交通信号灯，提升路口通行能力，但同时也耗费了双倍的电量。现有的辅助信号灯大多使用市电，每日不间断的供电消耗很大，而太阳能电源系统由于节能环保也深受欢迎，但太阳能供电受天气影响较大，无法保证稳定的电量供给，一旦电量匮乏，将影响路口交通状况。其他节能装置也都是在原有耗电基础上进行优化，减少用电量，但都要以市电为主。

本实用新型提供了一种与辅助交通信号灯深度融合的辅助交通信号灯节能供电系统，解决了现有的辅助交通信号灯的节能供电系统供电效果不佳的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中存在的供电效果不佳、太阳能容易断的技术问题。提供一种新的辅助交通信号灯节能供电系统，该辅助交通信号灯节能供电系统具有供电持续的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种辅助交通信号灯节能供电系统，所述辅助交通信号灯节能供电系统包括用于监测信号灯运行状态的状态监测模块，与状态监测模块通过状态接口系统连接的mcu主控系统，所述mcu主控系统连接有控制单元，控制单元连接有辅助信号灯系统；所述辅助信号灯系统通过供电系统连接到市电；

所述供电系统包括连接在市电与辅助信号灯系统之间的电源管理单元，与电源管理单元依次连接的蓄电池组、超级电容组，超级电容组通过整流电路连接有压电模组；

所述压电模组设置在道路路口地下，压电模组的上表面与地面平行，用于将汽车经过所产生的压力转化为电能。

本实用新型的工作原理：本实用新型通过信号灯运行状态进行监测，从而感知红灯、绿灯、黄灯的交通灯状态，判断出红灯时没有对应的车流，绿灯和黄灯时有对应的车流。在地面设置有压电模组，采集汽车车流路过路口的压力进行电能采集，再通过蓄电转换为备用电源，达到了节约供电并持续供电，解决了太阳能的受天气影响较大，无法保证稳定的电量供给的问题。

上述方案中，为优化，进一步地，所述道路路口地面处挖有深槽，深槽底部铺设混凝土刚性稳固板，铺设混凝土刚性稳固板上铺设压电模组，压电模组上方铺设水泥胶柔性保护层。

进一步地，状态监测模块为颜色识别传感器。

本实用新型的辅助交通信号灯节能供电系统可采用一种控制方法，可以进一步优化充电与供电。控制方法包括：

步骤一，计算出蓄电池组的容量；

步骤二，采集并统计路口车流量数据，建立径向基函数神经网络模型，通过径向基函数神经网络进行样本学习实现自动曲线拟合，得到路口车流量曲线；

步骤三，根据步骤二所述的路口车流量曲线设置供电管理策略，确定压电模组的供电时长。

具体地，步骤一计算出蓄电池组的容量是根据下式计算出的：

其中，cb为蓄电池组的电容量，pr是红灯的功率，tr是红灯亮的时间，py是黄灯的功率，tr是冗余工作时间，u是工作电压。

具体地，步骤二包括：

步骤1，建立径向基函数神经网络模型，统计路口车流量数据，将每一个时间段路口车流方向的车流量作为一个输入样本，共k个车流方向，输入层节点定义为k个；定义神经网络包括k个输入层神经元，n个隐含层神经元以及一个输出层神经元；输入层到隐藏层之间通过输入样本与中心点的距离连接，直接映射到隐空间；隐含层的激活函数为径向基函数，采用高斯形式：

其中，k为正整数，n为正整数，d＝||x-x0||，x是样本数据点，x0是样本数据点的中心，d是样本数据点到中心的距离，即函数自变量，σ是基函数的方差；

步骤2，计算出神经网络的输出是隐单元输出的线性加权和，为：

其中，ω是隐含层与输出层之间的权值；

步骤3，求解基函数的中心、方差以及隐含层到输出层的权值；

随机地在输入样本中选取n个样本中心点作为隐含层神经元的中心，中心可以移动，通过自学习确定基函数的中心位置，计算出高斯核函数的方差为：

其中，cm耀x是中心点之间的最大距离；

步骤4，通过最小二乘法计算隐含层到输出层的权值：

步骤5，通过训练样本集来获得网络中心和其他权重参数，重复步骤1-步骤4经过不断优化学习，训练误差小于阈值τ时，得到最优解作为理想的拟合效果，生成路口车流量曲线。

具体地，步骤三中的供电管理策略包括：

步骤a，定义蓄电池组的安全余度阀值，在安全余度低于阀值时强制切换为市电，安全余度高于阀值时将蓄电池组的电量给辅助信号灯系统使用，安全余度为百分数；

步骤b，根据车流量计算出充电时长为te-ts：

其中，σ是随机变量的方差，s为高峰期的总面积，sf是充电期间的曲线面积，td和te分别是开始充电和结束充电的时间点；

步骤c，预置充电控制策略。

具体地，所述预置的充电控制策略为：

将各个高峰期按车流量进行由大到小依次排序，优选选取第一高峰期、第二高峰期进行充电；当剩余电量在车流量到达第三高峰期之前低于安全余度阀值+f1时，在到达第三个高峰时进行充电，剩余电量在车流量到达第三高峰期之前低于安全余度阀值+f2时，立即充电；其中，f1和f2为百分数，f1大于f2。

本实用新型的有益效果：本实用新型所述的一种辅助交通信号灯节能供电系统及控制方法，具有可靠又节能环保的特点，采用不受天气和地域影响的压电供电系统，其采用压力转化为电能进行存储供电的改进，考虑到了道路路口车流量路过路口地面的压力能源浪费。具有高效可靠，环保节能的有益效果。实现了对于交通灯信号辅助系统的节能供电。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1，实施例1中的辅助交通信号灯节能供电系统示意图。

图2，压电模组放置示意图。

图3，辅助交通信号灯节能供电系统的控制方法流程图。

图4，径向基函数神经网络模型示意图。

图5，实施例的车流量曲线样例。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供一种辅助交通信号灯节能供电系统，如图1，所述辅助交通信号灯节能供电系统包括用于监测信号灯运行状态的状态监测模块，与状态监测模块通过状态接口系统连接的mcu主控系统，所述mcu主控系统连接有控制单元，控制单元连接有辅助信号灯系统；所述辅助信号灯系统通过供电系统连接到市电；

所述供电系统包括连接在市电与辅助信号灯系统之间的电源管理单元，与电源管理单元依次连接的蓄电池组、超级电容组，超级电容组通过整流电路连接有压电模组；

所述压电模组设置在道路路口地下，压电模组的上表面与地面平行，用于将汽车经过所产生的压力转化为电能。

如图2，所述道路路口地面处挖有深槽，深槽底部铺设混凝土刚性稳固板，铺设混凝土刚性稳固板上铺设压电模组，压电模组上方铺设水泥胶柔性保护层。在槽底铺设混凝土刚性稳固板，使底部刚度大、强度高、稳定耐久。在压电元件模组上面铺设水泥胶柔性保护层，减缓压电元件模组所承受的压力，减轻损伤程度。

本实施例中，状态监测模块可采用现有的检测交通灯运行状态的方案或是颜色识别传感器识别交通信号灯的红灯、绿灯或黄灯状态。颜色识别传感器安装在交信号灯处。

本实施例优选可采用如下控制方法，如图3，控制方法包括：

步骤一，计算出蓄电池组的容量；

步骤二，采集并统计路口车流量数据，建立径向基函数神经网络模型，通过径向基函数神经网络进行样本学习实现自动曲线拟合，得到路口车流量曲线；

步骤三，根据步骤二所述的路口车流量曲线设置供电管理策略，确定压电模组的供电时长。

具体地，步骤一计算出蓄电池组的容量是根据下式计算出的：

其中，cb为蓄电池组的电容量，pr是红灯的功率，tr是红灯亮的时间，py是黄灯的功率，tr是冗余工作时间，u是工作电压。

具体地，步骤二包括：

步骤1，建立径向基函数神经网络模型如图4，统计路口车流量数据，将每一个时间段(本实施例定位15min)路口车流方向的车流量作为一个输入样本，共8个车流方向，输入层节点定义为8个；定义神经网络包括8个输入层神经元，n个隐含层神经元以及一个输出层神经元，隐含层神经元的个数取决于样本的数量和实际需求；输入层到隐藏层之间通过输入样本与中心点的距离连接，直接映射到隐空间；隐含层的激活函数为径向基函数，采用高斯形式：

其中，k为正整数，n为正整数，d＝||x-x0||，x是样本数据点，x0是样本数据点的中心，d是样本数据点到中心的距离，即函数自变量，σ是基函数的方差；

步骤2，计算出神经网络的输出是隐单元输出的线性加权和，为：

其中，ω是隐含层与输出层之间的权值；

步骤3，求解基函数的中心、方差以及隐含层到输出层的权值；

随机地在输入样本中选取n个样本中心点作为隐含层神经元的中心，中心可以移动，通过自学习确定基函数的中心位置，计算出高斯核函数的方差为：

其中，cm耀x是中心点之间的最大距离；

步骤4，通过最小二乘法计算隐含层到输出层的权值：

步骤5，通过训练样本集来获得网络中心和其他权重参数，重复步骤1-步骤4经过不断优化学习，训练误差小于阈值τ时，得到最优解作为理想的拟合效果，生成路口车流量曲线。

具体地，步骤三中的供电管理策略包括：

步骤a，定义蓄电池组的安全余度阀值为30％，在安全余度低于阀值时强制切换为市电，安全余度高于阀值时将蓄电池组的电量给辅助信号灯系统使用；

步骤b，根据车流量计算出充电时长为te-ts：

如图5，计算出蓄电池组充电时长为路口车流量曲线三个高峰期曲线面积的80％，

其中，σ是随机变量的方差，s为高峰期的总面积，sf是充电期间的曲线面积，ts和te分别是开始充电和结束充电的时间点；

步骤c，预置充电控制策略。

具体地，所述预置的充电控制策略为：

将各个高峰期按车流量进行由大到小依次排序，优选选取第一高峰期、第二高峰期进行充电；当剩余电量在车流量到达第三高峰期之前低于安全余度阀值+20％时，在到达第三个高峰时进行充电，剩余电量在车流量到达第三高峰期之前低于安全余度阀值+10％时，立即充电。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本实用新型，但是本实用新型不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本实用新型精神和范围内，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。