行人交通安全警示系統(tǒng)研究*

李 捷 張冠鳴 何永明

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院 哈爾濱 150040)

行人交通事故在所有交通事故中占有的比例持續(xù)增高。研究結(jié)果表明過街時(shí)使用手機(jī)的行人更加危險(xiǎn)；長(zhǎng)安大學(xué)的彭金栓[1]從宏觀的角度對(duì)道路交通安全問題進(jìn)行了研究，并且引入了系統(tǒng)工程理論及熱力學(xué)熵的相關(guān)概念，定性與定量相結(jié)合，從不同角度對(duì)道路安全系統(tǒng)進(jìn)行分析。行人是交通系統(tǒng)中的弱勢(shì)群體，一旦出現(xiàn)交通事故，行人所受的傷害要高于一般事故。目前行人交通安全問題在我國(guó)仍然是一個(gè)比較嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)問題[2]。因此，行人交通事故預(yù)防和管理的措施應(yīng)當(dāng)更加深入。

作為交通工程學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容之一，行人交通安全的研究在國(guó)內(nèi)外越來(lái)越深入。本文所研究的行人交通安全警示系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)交通管理設(shè)施價(jià)格昂貴、效率低下的缺陷，為行人交通安全提供了更可靠的保障。

1 行人交通安全措施分析

1.1 傳統(tǒng)交通安全警示措施

現(xiàn)有的行人交通安全警示措施相對(duì)較少，主要以標(biāo)線、警示語(yǔ)及紅綠燈限行為主，這類措施一般只能達(dá)到警示部分人群的作用，而且它們往往需要更多的空間及較高的造價(jià)。

由于傳統(tǒng)交通標(biāo)志顯示信息固定，不能適應(yīng)隨時(shí)可變的道路交通狀況，因此，僅擁有傳統(tǒng)的行人交通安全警示措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

1.2 新型行人交通安全警示裝置

隨著智能交通概念的普及及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，已有可變LED交通標(biāo)志為主的各種新型行人交通警示裝置出現(xiàn)并應(yīng)用于城市道路交通系統(tǒng)中。以LED為光源的信號(hào)燈產(chǎn)業(yè)可謂方興未艾[3]， 例如，語(yǔ)音警示柱、可發(fā)光人行橫道等，見圖1、圖2。

圖1 語(yǔ)音警示柱

圖2 可發(fā)光人行橫道

將語(yǔ)音警示柱與地面固定，放置在人行橫道的兩端，對(duì)過往的行人進(jìn)行預(yù)警。在傳統(tǒng)信號(hào)燈的基礎(chǔ)之上增加了語(yǔ)音提示。

在人行橫道周圍裝置發(fā)光設(shè)施，由埋在地下的輸電線路進(jìn)行供電，可以在夜間對(duì)過往的行人和車輛起到預(yù)警作用。

由此可見，越來(lái)越多的交通警示裝置正逐漸趨于智能化和綜合化，無(wú)論如何，追求更強(qiáng)的適應(yīng)性、更低的造價(jià)及更好的警示效果，將是未來(lái)交通警示裝置的發(fā)展趨勢(shì)。

2 技術(shù)方案

2.1 模型構(gòu)成

本行人交通安全警示系統(tǒng)主要的模型依據(jù)為現(xiàn)代信息控制論和傳感技術(shù)，利用Auto CAD軟件進(jìn)行基礎(chǔ)交通預(yù)警標(biāo)志模型的繪制，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膱D樣和構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化和精確化的目的,圖3所示即為本系統(tǒng)的模型原件。

圖3 模型原件

該套系統(tǒng)主要由信息采集模塊、信號(hào)輸出模塊、控制模塊及電源模塊構(gòu)成。

2.2 工作原理

該系統(tǒng)的工作原理為：通過信息采集模塊采集道路上的交通信息，由控制模塊處理這些信息，并且控制模塊對(duì)鋪設(shè)于道路表面的信號(hào)輸出模塊發(fā)出指令，對(duì)道路上的行人進(jìn)行警示。

以往的行人安全警示措施主要針對(duì)正常行走的行人，而忽略了如今數(shù)量越來(lái)越多的“低頭族”，見表1。

表1 行人交通事故構(gòu)成分析

由表1可見，半數(shù)以上的行人交通安全事故是因行人的“未注意”造成的，因此，為包括“低頭族”在內(nèi)的行人提供必要的安全預(yù)警，可以減少行人交通事故的發(fā)生。本行人交通安全警示系統(tǒng)彌補(bǔ)了這一不足，對(duì)低頭行人也能起到警示作用，從而更全面地保障行人的交通安全[4]。實(shí)驗(yàn)所研究的警示系統(tǒng)，鋪設(shè)于道路表面，不會(huì)對(duì)行人的正常行走和過往車輛的視線造成干擾，信息采集精確，被感知能力強(qiáng)，具有一定的容錯(cuò)能力。

2.3 適用地點(diǎn)

1) 信號(hào)交叉口。信號(hào)交叉口是行人與機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生沖突的主要地點(diǎn)，并且隨著城市交通體系的迅速發(fā)展，一些信號(hào)交叉口的交通狀況相當(dāng)復(fù)雜。此外，絕大部分城市交通系統(tǒng)都是以機(jī)動(dòng)車為主導(dǎo)，機(jī)動(dòng)車占據(jù)了大部分路權(quán)與通行權(quán)?；诖朔N現(xiàn)狀，產(chǎn)生了針對(duì)于信號(hào)交叉口的行人交通安全預(yù)警系統(tǒng)。此種系統(tǒng)的信號(hào)在一般情況下與交叉口的信號(hào)同步，其信號(hào)輸出模塊鋪設(shè)于地面，便于行人發(fā)覺；當(dāng)傳感器檢測(cè)到未注意交通信號(hào)變化的行人時(shí)，會(huì)對(duì)行人發(fā)出相應(yīng)預(yù)警，提示行人注意安全。

圖4即為信號(hào)交叉口行人交通安全警示系統(tǒng)安裝分布簡(jiǎn)圖，圖中方形標(biāo)記為行人感應(yīng)裝置，圓形標(biāo)記為車輛感應(yīng)裝置。

圖4 裝置安裝位置示意圖(信號(hào)交叉口)

2) 危險(xiǎn)地點(diǎn)。在一些可能會(huì)有行人經(jīng)過的地點(diǎn)(如溝壑、轉(zhuǎn)彎處、施工區(qū)域)，放置本裝置，當(dāng)傳感器檢測(cè)到有行人靠近時(shí)，警示燈會(huì)以一定頻率閃爍，同時(shí)語(yǔ)音提示系統(tǒng)會(huì)發(fā)出語(yǔ)音警告，以達(dá)到警示行人的目的。

3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱?/h2>

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱饕孕盘?hào)交叉口為例。信號(hào)交叉口車流、人流特征具有典型代表性，是交通建模不可缺少的部分。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ㄐ畔⒉杉K、控制模塊、信號(hào)輸出模塊、電源模塊，通過各模塊的有效聯(lián)結(jié)，形成了系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。

3.1 信息采集模塊

交通信息采集是利用交通檢測(cè)器對(duì)交通系統(tǒng)中所需求的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息進(jìn)行獲取的過程,主要任務(wù)是獲得道路上的運(yùn)行信息[5]。信息采集模塊主要由2組傳感器構(gòu)成，其中第一組采集車輛信息，第二組采集行人信息，2組傳感器相互并聯(lián)工作，并與控制模塊連接。2組傳感器均為重載型半導(dǎo)體壓電阻傳感器，且具有不同的壓力表征范圍，第一組為250～1 200 kN，第二組為9×103～2×105kN，分別用于感應(yīng)行人與車輛。當(dāng)車輛或行人通過它們時(shí)，即可接收對(duì)重力的感應(yīng)，并完成信息的基本采集。采集后的壓力信號(hào)將通過傳感器的中央處理單元將信息輸送到相應(yīng)的控制模塊。本系統(tǒng)信息采集不需要地上空間，準(zhǔn)確可靠，還具有實(shí)時(shí)采集，便于運(yùn)用等特點(diǎn)。

3.2 控制模塊

控制模塊為系統(tǒng)的核心部分，主要由具有一定運(yùn)算功能的單片機(jī)組成。其功能為處理信號(hào)采集模塊采集的道路信息，并對(duì)信號(hào)輸出模塊發(fā)出指令控制其工作。

信息控制模塊與重載型壓力傳感器及信號(hào)輸出模塊相互連接，包括處理傳感信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、應(yīng)變計(jì)及相應(yīng)的保護(hù)裝置。控制模塊將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，使輸出模塊進(jìn)行正常工作。在未接收到壓力信號(hào)時(shí)，發(fā)光模塊發(fā)綠光，表示可以通行，控制模塊只接收到機(jī)動(dòng)車的壓力信號(hào)時(shí)，指示LED發(fā)光模塊發(fā)出紅光，表示不能通行，此為一級(jí)預(yù)警信息。當(dāng)同時(shí)接收到機(jī)動(dòng)車和行人的壓力信號(hào)時(shí)，發(fā)光模塊紅光閃爍，并且對(duì)聲音預(yù)警模塊發(fā)出指令，蜂鳴器開始報(bào)警，警示行人注意安全，此為二級(jí)預(yù)警信息。

3.3 信號(hào)輸出模塊

信號(hào)輸出模塊主要由LED燈和蜂鳴器組成，可根據(jù)控制模塊發(fā)出的不同指令顯示不同的預(yù)警信息。根據(jù)GB/T 8417-2011 《燈光信號(hào)顏色》，所述LED發(fā)光模塊由12個(gè)紅色和12個(gè)綠色發(fā)光二極管組成，形成可變交通標(biāo)志。聲音預(yù)警模塊由蜂鳴器構(gòu)成。所述蜂鳴器與1個(gè)保護(hù)電阻串聯(lián)后接到鋰離子蓄電池兩端。蜂鳴器與發(fā)光裝置連接，系統(tǒng)在發(fā)光的同時(shí)可通過蜂鳴器報(bào)警音對(duì)行人進(jìn)行警示。整個(gè)信號(hào)輸出模塊安裝布置在人行橫道處及人行道等需要進(jìn)行預(yù)警的地方，系統(tǒng)符合GB 14886-2016 《道路信號(hào)燈設(shè)置與安裝規(guī)范》。信號(hào)輸出模塊簡(jiǎn)單可靠，具有占用空間少，成本低的特點(diǎn)。

3.4 電源模塊

實(shí)驗(yàn)所述電源模塊由太陽(yáng)能光伏發(fā)電板和鋰離子蓄電池構(gòu)成。所述太陽(yáng)能光伏發(fā)電板發(fā)電電壓為20 V，鋰離子蓄電池充電電壓為14～15 V，放電電壓為11.1～12.6 V，符合GB 14887-2011 《道路交通信號(hào)燈》要求。經(jīng)過電能儲(chǔ)存之后,由供電系統(tǒng)向各模塊進(jìn)行電能供應(yīng),整個(gè)過程為單向傳遞，互不重復(fù)。各部分供電不交叉，保證了可檢測(cè)性,具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。具體的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)通過太陽(yáng)能電池板進(jìn)行發(fā)電，由蓄電池的充放電控制器完成對(duì)壓力傳感器、發(fā)光裝置、蜂鳴器的電力供應(yīng),保障整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。

4 實(shí)用性評(píng)估

4.1 技術(shù)評(píng)估

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行系統(tǒng)的技術(shù)評(píng)估，供電系統(tǒng)、控制和顯示模塊工作穩(wěn)定。通過Vissim 軟件進(jìn)行交通仿真，并且以不同質(zhì)量的模型小車和行人模擬路上的機(jī)動(dòng)車及行人，進(jìn)行穩(wěn)定性和工作時(shí)長(zhǎng)的測(cè)定，經(jīng)過連續(xù)7 d的循環(huán)模擬，警示系統(tǒng)正常工作，并未發(fā)生短路及發(fā)熱嚴(yán)重等問題。

4.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)查與分析評(píng)估

根據(jù)交通調(diào)查與分析理論[6]，分別在校園主干道，商場(chǎng)人行道及道路交叉口等3種不同環(huán)境下進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析評(píng)估。通過對(duì)學(xué)生、社會(huì)人員和校園家屬共計(jì)200人進(jìn)行意見詢問及調(diào)查。經(jīng)過整合，得到了評(píng)估報(bào)告，部分結(jié)果見表2。

表2 行人警示系統(tǒng)工作效果

由表2可見，其中72%的人認(rèn)為起到了警示的作用，部分人認(rèn)為如果報(bào)警聲音過大可能會(huì)對(duì)行人有所影響，更多人認(rèn)為裝置適用于車流量與人流量較大的區(qū)域。

5 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

5.1 性能及造價(jià)

表3為常見警示裝置在造價(jià)和適用性方面的比較。

表3 造價(jià)、適用性比較

通過上述對(duì)比，各種行人交通安全警示裝置都有一定的適用范圍。本文所述的行人交通安全警示系統(tǒng)在一定程度上擁有更可靠的性能和較低的造價(jià)，其獨(dú)特的預(yù)警效果相比于以往的警示裝置具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

5.2 市場(chǎng)需求

據(jù)2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在中國(guó)，大約有1 800萬(wàn)家各類交通預(yù)警及指示標(biāo)志的生產(chǎn)銷售商家。交通行業(yè)的建設(shè)由政府部門主導(dǎo)，具有很強(qiáng)的計(jì)劃性和執(zhí)行能力。由于行人交通事故的頻發(fā)，交通標(biāo)志系統(tǒng)的更新?lián)Q代越來(lái)越快。在提高道路使用效率、保障交通安全等方面，可變交通信息標(biāo)志的作用效果顯著[7]，因此，需要利用此類可變交通信號(hào)設(shè)施彌補(bǔ)現(xiàn)有設(shè)施的不足。行人交通安全始終是交通安全的首位，新型行人交通警示系統(tǒng)預(yù)計(jì)會(huì)有良好的市場(chǎng)前景。

6 結(jié)語(yǔ)

本文在分析了傳統(tǒng)警示標(biāo)志和現(xiàn)有警示裝置基礎(chǔ)之上，提出了新型行人交通安全警示系統(tǒng)。通過對(duì)此系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、模型制造、市場(chǎng)需求等方面進(jìn)行研究與分析，并結(jié)合一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，證明了此系統(tǒng)的合理性與可行性。相比于傳統(tǒng)及現(xiàn)階段新型預(yù)警措施，此套裝置更為高效實(shí)用，并且可節(jié)約一定能源，具有為我國(guó)現(xiàn)有交通系統(tǒng)服務(wù)的能力。