智能“禮讓行人”交通控制系統(tǒng)設(shè)計與制作

陳雨瀟

摘 要：禮讓行人是現(xiàn)代司機必須遵守的規(guī)則，但是由于行人行動的不確定性和突發(fā)性，在沒有提前預(yù)警下，司機難免急剎車，這就容易導(dǎo)致后車追尾。另外，如果司機行駛到人行道附近就要減速等待行人通過，有時只有一位行人，就會造成整條道路的擁堵，尤其是在上下班的高峰時段。制作一款既能夠預(yù)警又能夠保證車輛行駛效率的交通燈控制系統(tǒng)十分必要。本文分析了已有的文獻，指出各種已有解決方案的不足，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一套智能禮讓行人交通控制系統(tǒng)，利用各種元配件組裝成演示模型。演示模型能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，重復(fù)性好，對未來實際應(yīng)用是有益的探索。

關(guān)鍵詞：禮讓行人;智能交通燈;人行道;交通規(guī)則

中圖分類號：U495 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0034-02

0 引言

“禮讓行人”是近年全國各地推行的一項重要交通規(guī)則，行人作為交通中的弱者需要得到切實的保護，但是實際交通狀況復(fù)雜，如果簡單的執(zhí)行發(fā)現(xiàn)有行人要通過馬路所有正常行駛的汽車就必須緊急停止的規(guī)定，容易造成交通擁堵，甚至交通事故。山東省濰坊市區(qū)內(nèi)就發(fā)生多起因前車禮讓行人緊急剎車而導(dǎo)致后車追尾的事故。經(jīng)常發(fā)生追尾事故的人行橫道往往沒有配套的交通燈控制，如果能夠有合理的人行道交通燈控制系統(tǒng)，就可以從技術(shù)手段解決禮讓行人帶來的交通隱患。當(dāng)前已經(jīng)有多項研究工作報道了各類交通控制系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)存在以下一些問題：

（1）研究關(guān)注點多在于十字路口汽車通行效率，而沒有關(guān)注普通人行道禮讓行人[1-4]。禮讓行人引發(fā)的交通事故往往在普通車道中的某一段，而非十字路口，由于禮讓行人是新推行的規(guī)則，當(dāng)前完全為其設(shè)計系統(tǒng)還很少見。（2）有的研究解決問題的方案側(cè)重于在原有交通燈上更改規(guī)則[1]。由于傳統(tǒng)交通燈多用探測器探測車流量而不是行人流量，單純的更改交通規(guī)則仍沒有將行人作為一個改變交通燈的因素考慮進來，不能解決禮讓行人問題。（3）有的研究利用地感線圈探測流量[2]。地感線圈作為主要探測元件存在一些不可避免的問題，例如安裝時需要將道路破壞，安裝成本大，且容易受到地下電纜管線、鋼筋、下水道蓋等金屬物的干擾。相關(guān)裝置也沒有針對人行道禮讓行人進行設(shè)計。（4）有的研究利用圖像技術(shù)監(jiān)控流量[3]。這套系統(tǒng)結(jié)合模糊算法控制交通燈但是并沒有考慮禮讓行人問題，同時視頻采集車流量容易受到雨天、霧天等天氣的影響，容易出現(xiàn)統(tǒng)計誤差。（5）有的研究利用壓力傳感器探測車流量[4]。這套方案容易產(chǎn)生大型車誤判，當(dāng)大型車滿載時，其重量將是小型車的幾倍，但是壓力傳感器不能夠分辨，會誤以為有多輛車等待通行，反而擾亂了正常的交通順序。（6）有的研究設(shè)計了按鈕式人行道交通燈[5]。這種方案不能有效區(qū)分行人人數(shù)，在繁忙地段如果是單個行人便阻斷車流的行駛，會降低車輛運行的效率。最好能夠根據(jù)地段的不同，能夠粗略統(tǒng)計行人人數(shù)再改變交通燈。另外，這種方案需要行人主動發(fā)起信號，增加了行人的不便。

在已有研究的成果基礎(chǔ)上，本文考慮到行人的重量相差不大，可以以壓力傳感器粗略統(tǒng)計行人個數(shù)，同時利用紅外傳感器統(tǒng)計車流量，避免天氣影響并降低施工的困難，設(shè)計了一種能夠應(yīng)用于普通道路的交通等系統(tǒng)。

1 工作原理

車流量檢測裝置采用紅外傳感器，通過感應(yīng)記錄持續(xù)通過車輛時間，進而預(yù)估車流量。紅外傳感器位置可以根據(jù)道路特點安裝在距離交通燈不同的距離，安裝的距離越遠(yuǎn)并持續(xù)檢測到信號意味著車流量越大。行人流量檢測裝置采用壓力傳感器，由于人體重量基本相當(dāng)，可以通過設(shè)定特定壓力值來代表運行行人通行的基礎(chǔ)人數(shù)。紅外傳感器和壓力傳感器檢測到信號后，再根據(jù)設(shè)定的交通燈變換規(guī)則，控制交通燈。由于各個路段情況不同，可以設(shè)定不同的規(guī)則，下面舉例一種簡單的規(guī)則。首先對可能出現(xiàn)的交通情況進行定義。

人流量大定義：壓力傳感器感受到超過某一數(shù)值的壓力（假設(shè)為5個人，400kg，實際模型用手指壓力代替）;

人流量小定義：壓力傳感器感受到較小壓力或沒有受到壓力;

車流量大定義：如果紅外探測器持續(xù)探測到車，說明車輛很多;

車流量小定義：紅外探測器沒有探測到車。

根據(jù)以上定義，設(shè)定下列規(guī)則。

1.1 車流量大，人流量大

信號燈采取10秒間隔，輪流交替放行車輛和行人。

1.2 車流量大，人流量小

優(yōu)先汽車通行，避免擁堵。汽車車道方向交通燈綠燈亮10秒，變換紅燈亮3秒。人行道方向車燈紅燈亮10秒，變換綠燈亮3秒。

1.3 車流量小，人流量大

優(yōu)先行人通行。人行道方向交通燈綠燈亮10秒，變換紅燈亮3秒。汽車車道方向車燈紅燈亮10秒，變換綠燈亮3秒。

1.4 車流量小，人流量小

優(yōu)先行人通行。人行道方向交通燈綠燈常亮。當(dāng)檢測到有汽車后，激發(fā)“車流量大，人流量小”條件。

2 配件材料

為了實現(xiàn)上述規(guī)則，本文利用電阻式薄膜壓力傳感器探頭制作壓力傳感器探測行人流量，利用紅外線發(fā)射與接收管制作紅外傳感器探測車流量。整套裝置還利用了杜邦線、面包板、電阻、交通燈模型、開發(fā)板、擴展板、布景貼紙等元配件。所有配件如圖1所示。

3 線路連接

線路設(shè)計圖如圖2所示，線路連接模擬圖如圖3所示。

4 實際效果

將各部件組裝調(diào)試后，完成了圖4所示的系統(tǒng)模型，該模型各項功能均能正常運行。

4.1 車流量大，人流量大

當(dāng)車輛設(shè)置在紅外傳感器附近使其一直探測到車輛信號，同時壓力傳感器承受超過設(shè)定值的壓力后，啟動車流量大、人流量大模式。交通燈采取紅綠燈間隔10秒變換，輪流交替放行車輛和行人。

4.2 車流量大，人流量小

當(dāng)紅外傳感器一直檢測到車輛信號，但是壓力傳感器沒有檢測到超過設(shè)定值的壓力，則啟動車流量大、人流量小模式，保證汽車通行時間長，行人通行時間短，提升交通效率。汽車通行時間較長為10秒，等待時間較短為3秒;行人通行時間較短為3秒，等待時間較長為10秒。

4.3 車流量小，人流量大

當(dāng)設(shè)置在合適位置的紅外傳感器沒有檢測出車輛信號，說明車流量較小，而如果此時壓力傳感器檢測到超過設(shè)定值的壓力，說明人流量較大，啟動車流量小、人流量大模式。這種模式下優(yōu)先行人通行，行人通行時間較長為10秒，等待時間較短為3秒;汽車通行時間較短為3秒，等待時間較長為10秒。

4.4 車流量小，人流量小

當(dāng)紅外傳感器和壓力傳感器都沒有檢測到明顯的信號，此時啟動車流量小人流量小模式，優(yōu)先行人通行。這種情況下，將人行道方向交通燈綠燈設(shè)置為常亮，行人可以隨時通過。而只有當(dāng)紅外傳感器檢測到汽車后，啟動車流量大、人流量小模式。

整套裝置能夠有效完成前期規(guī)則設(shè)定，能夠有效避免禮讓行人帶來的交通安全隱患，同時提升交通運行效率。

5 結(jié)語

禮讓行人是近年推行的保護行人的交通規(guī)則，這個規(guī)則的出發(fā)點是好的，但是實際的交通設(shè)施以及配套的規(guī)則與禮讓行人規(guī)則匹配度不高，經(jīng)常造成車輛在人行道緊急剎車，后車極易追尾。傳統(tǒng)的智能交通燈方案往往只針對車流量大的十字路口，并不適用于普通道路上的人行橫道。按鈕式交通燈雖然能夠起到預(yù)警作用，但是其不能夠分辨人數(shù)，容易造成交通運行效率下降。本文設(shè)計了一款通過壓力傳感器粗略統(tǒng)計行人人數(shù)，利用紅外傳感器統(tǒng)計車流量的交通燈控制系統(tǒng)，并設(shè)計了一套針對各類交通情況的交通燈變換方案，能夠有效為汽車提示行人通過人行道的預(yù)警同時保證交通運行效率最大化。

參考文獻

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[5] 陳連勇.基于三菱PLC的城市主干車道按鈕式人行道交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機電信息，2014（27）：142-143.