金曉峰 沈詩(shī)婕 薛珂磊 趙飛洋 徐如意 葛夢(mèng)嬌 舒妮 尉鵬飛

摘 要：本文分析了黃燈頻閃十字路口信號(hào)燈路段中的司機(jī)和路人心理，采集該路段事故頻發(fā)率，統(tǒng)計(jì)信號(hào)燈切換緩沖時(shí)間等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其存在著交通效率低下，安全系數(shù)低等社會(huì)問(wèn)題。結(jié)合浙江省紹興市的調(diào)研結(jié)果，以行人的安全性，司機(jī)便利性作為主要側(cè)重點(diǎn)，運(yùn)用LSD統(tǒng)計(jì)方法比較該市不同環(huán)境下行人通行的時(shí)間。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用紅外感應(yīng)實(shí)現(xiàn)道路黃燈預(yù)警，壓力感應(yīng)完成黃燈與紅綠燈之間的切換，硅光傳感實(shí)現(xiàn)不同模式的轉(zhuǎn)化，設(shè)計(jì)了一套針對(duì)該路口以及相似路段的優(yōu)化模型。結(jié)果表明，優(yōu)化的紅綠燈模型可以提高交通的效率，同時(shí)提升了安全系數(shù)，為未來(lái)中國(guó)隱患路段的改良提供了新思路。

關(guān)鍵詞：黃燈頻閃路口 紅外探測(cè) 壓力傳感 光電效應(yīng) 信息交互 智能交通

中圖分類號(hào)：U49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（c）-0126-04

1 研究路段概況

近幾年來(lái)，黃燈頻閃十字路口（某些十字路口的雙向主干道上設(shè)有黃燈一直閃爍的交通信號(hào)燈）越來(lái)越受到人們的關(guān)注。該路段一般設(shè)置于機(jī)動(dòng)車道路與偏僻村莊的交界處，如紹興市蘭亭國(guó)家森林公園機(jī)動(dòng)車道；中小學(xué)附近的道路口，如文理附屬小學(xué)與政府機(jī)構(gòu)的十字路口。示意圖如圖1所示。其存在著明顯的問(wèn)題：（1）交通效率低下。副車道上穿越馬路的行人相對(duì)較少，主車道司機(jī)必須減速確認(rèn)無(wú)人時(shí)才能通過(guò)路口，耽誤了時(shí)間，不符合“快捷高效城市”的要求，同時(shí)不必要的減速加速了機(jī)動(dòng)車的磨損以及污染物的排放[1-2]。（2）存在極大的安全隱患，《中華人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例》（國(guó)務(wù)院令第405號(hào)）第四十二條明確指出閃光警告信號(hào)燈為持續(xù)閃爍的黃燈，提示車輛、行人通行時(shí)注意瞭望，確認(rèn)安全后通過(guò)。但黃燈長(zhǎng)期閃爍，大部分司機(jī)對(duì)此已經(jīng)麻木疲怠，?？焖偻ㄟ^(guò)路口，黃燈閃爍往往起不到太大的警示作用。此外，副車道旁的小區(qū)建筑、樹木等障礙物極度妨礙視線，即使司機(jī)左右張望確認(rèn)無(wú)人，也極有可能發(fā)生猝不及防的交通意外事故。

2 國(guó)內(nèi)相關(guān)改進(jìn)情況與局限性

在中國(guó)國(guó)內(nèi)，例如浙江省秦望大酒店路口如圖2所示，該地區(qū)由于高大建筑以及綠化帶的遮擋使得行人與車輛的信息交互受阻，當(dāng)?shù)卣畡?dòng)用一年的時(shí)間對(duì)該問(wèn)題路段提出改進(jìn)，于2016年初投入使用，其改進(jìn)的方式：正常情況時(shí)道路紅綠燈顯示綠燈，當(dāng)有行人要穿越馬路時(shí)，需長(zhǎng)時(shí)間按行人過(guò)街按鈕如圖3所示2～3s，10s后行人紅綠燈紅燈閃爍一下進(jìn)入10s倒計(jì)時(shí)變?yōu)榫G燈，道路紅綠燈延后2s也進(jìn)入10s倒計(jì)時(shí)變?yōu)榧t燈。行人有30s（包括最后10s倒計(jì)時(shí)）通過(guò)馬路的時(shí)間，最后恢復(fù)到正常狀態(tài)。

但其設(shè)計(jì)但也存在以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）行人過(guò)街按鈕需要長(zhǎng)按且沒(méi)有提示觸發(fā)成功的信號(hào)，使得有些行人按完，直接進(jìn)入人行道通行。（2）對(duì)于文化水平落后的人，不理解該系統(tǒng)的運(yùn)行，造成了“中國(guó)式過(guò)馬路”的混亂。（3）行人過(guò)街的緩沖時(shí)間過(guò)于單一，但實(shí)際上不同情況下行人通行的時(shí)間存在較大的差異。（4）衛(wèi)生性，維護(hù)成本等方面也存在較大的問(wèn)題。

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用

智能化交通系統(tǒng)是在道路運(yùn)輸管理中，以道路和車輛為研究對(duì)象，綜合應(yīng)用通訊、電子、計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)而建立的適時(shí)管理系統(tǒng)[3-5]。故只有采取智能化的手段提高問(wèn)題路段的安全系數(shù)。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成模塊

改進(jìn)模型主要由五個(gè)部分組成：主CPU stm32f103，全彩LED和紅外感應(yīng)模塊TCRT5000，光電池測(cè)量模塊，壓力傳感器模塊。

3.2 紅外感應(yīng)實(shí)驗(yàn)預(yù)警模式的切換

在道路的左右兩端安裝紅外探頭，當(dāng)被檢測(cè)物體出現(xiàn)在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，紅外線被反射且強(qiáng)度足夠大，紅外接收管飽和，此時(shí)模塊的輸出端為高電平[6]，指示二管被點(diǎn)亮。正常情況下道路紅綠燈為綠燈，行人紅綠燈為紅燈。將紅外探頭安裝于道路兩側(cè)隱蔽處防止不同環(huán)境下的對(duì)其的損壞，實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)行人通過(guò)紅外探頭時(shí)兩者均切換為黃燈頻閃狀態(tài)，警示車輛即將有行人通過(guò)。內(nèi)部原理如圖4所示。

3.3 壓力傳感器實(shí)現(xiàn)雙保險(xiǎn)機(jī)制

壓力傳感器由兩部分組成：第一部分電阻應(yīng)變片，感受外界力與負(fù)荷變化。通過(guò)第二部分電阻電壓轉(zhuǎn)變模塊轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。此傳感器安裝于斑馬線前當(dāng)行人通過(guò)并觸碰時(shí)，道路紅綠燈為紅燈，行人紅綠燈為綠燈，車輛制動(dòng)停止，行人安全通過(guò)馬路。

3.4 硅光電池實(shí)現(xiàn)白天黑夜模式的變換

硅光電池能根據(jù)光線亮度的變化自動(dòng)改變電流大小，通過(guò)放大電路如圖5所示放大為電壓信號(hào)輸出。在實(shí)際使用時(shí)將其安置于綠化帶非隱蔽處實(shí)現(xiàn)白天黑夜模式的切換，改變行人通過(guò)馬路的緩沖時(shí)間。

4 模型實(shí)際運(yùn)行與相關(guān)參數(shù)的改進(jìn)

4.1 紅外探頭的設(shè)置細(xì)節(jié)調(diào)整

本模型運(yùn)用紅外探頭來(lái)實(shí)現(xiàn)黃燈頻閃的觸發(fā)，但在實(shí)際操作中卻存在這樣一個(gè)問(wèn)題：行人在通過(guò)一個(gè)路口時(shí)會(huì)切斷一次紅外信號(hào)，但是在走過(guò)馬路后勢(shì)必回觸發(fā)另一個(gè)探頭，造成了單行為雙觸發(fā)。因此在單側(cè)路口設(shè)計(jì)了兩個(gè)紅外探頭，只有從內(nèi)向外才能觸發(fā)整一套機(jī)制。

4.2 模型演示示意圖及說(shuō)明

4.2.1 正常狀態(tài)

（1）行人紅綠燈顯示為紅燈。

（2）道路紅綠燈顯示為綠燈，雙向機(jī)動(dòng)車道正常通行（圖6）。

4.2.2 行人通過(guò)紅外探頭

（1）行人紅綠燈切換為黃燈，若行人未觸及壓力傳感器，將一直保持黃燈狀態(tài)。

（2）道路紅綠燈切換為黃燈，黃燈持續(xù)時(shí)間與行人紅綠燈一致，車輛減速慢行（圖7）。

4.2.3 行人觸碰壓力傳感器

（1）行人紅綠燈由黃燈切換為綠燈，行人通行。

（2）道路紅綠燈切換為紅燈，車輛制動(dòng)停止等待行人通過(guò)（圖8）。

4.2.4 行人通過(guò)馬路

（1）硅光傳感器根據(jù)光線強(qiáng)度的變化自由改變行人紅綠燈（道路紅綠燈）中綠燈（紅燈）的持續(xù)時(shí)間。

（2）白天持續(xù)時(shí)間為20s，晚上為25s。

（3）紅燈綠燈即將切換前有閃爍警示（圖9）。

4.3 實(shí)際特殊情況下的解決方案

特殊情況1：行人通過(guò)兩個(gè)紅外探頭后原路返回，并不觸發(fā)壓力傳感器，造成道路紅綠燈與行人紅綠燈長(zhǎng)期處于黃燈頻閃的狀態(tài)，交通系統(tǒng)混亂。

解決方案：程序當(dāng)中定義黃燈頻閃超過(guò)一段時(shí)間后將自動(dòng)切換為正常狀態(tài)。

特殊情況2：一個(gè)行人通過(guò)紅外探頭且觸碰壓力傳感器，另一個(gè)行人從后面或者是另側(cè)通過(guò)，使得黃燈與紅綠燈的切換一直處于頻繁狀態(tài)。

解決方案：當(dāng)一個(gè)行人經(jīng)過(guò)紅外探頭后，系統(tǒng)在一個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)運(yùn)行若程序未運(yùn)行結(jié)束將處于保護(hù)狀態(tài)，即在該段時(shí)間內(nèi)任何輸入信號(hào)都無(wú)法改變系統(tǒng)的輸出指令。

特殊情況3：在系統(tǒng)受保護(hù)的時(shí)間內(nèi)，道路紅綠燈即將恢復(fù)為綠燈時(shí)，部分行人還未完全通過(guò)馬路，造成混亂。

解決方案：根據(jù)車輛優(yōu)先禮讓行人的習(xí)慣，讓行人通過(guò)，另外該路段副車道上通行的人相對(duì)較少，極少出現(xiàn)3中所述情況。

4.4 模型全景圖

模型全景圖如圖10所示。

4.5 邏輯流程圖

邏輯流程圖如圖11所示。

5 結(jié)語(yǔ)

近幾年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的持續(xù)提高，私家車輛迅速增多，公共交通日益繁忙，道路交通事故成為了我國(guó)面臨的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，人、車輛、道路、環(huán)境都是導(dǎo)致交通事故發(fā)生的因素，以上四者之間是否保持協(xié)調(diào)決定了道路交通的安全。根據(jù)有關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)設(shè)置持續(xù)閃爍的黃燈的路口發(fā)生的交通事故遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于一般的十字路口，這種路口行人少且車輛多，駕駛者的視野往往不是很好所以無(wú)法及時(shí)看到行人。本組提出的模型以這種路口為背景，在黃燈持續(xù)閃爍提示車輛注意行人的基礎(chǔ)上，通過(guò)在行人區(qū)域設(shè)置紅外探頭來(lái)感知行人的路線并將信息傳輸給中心系統(tǒng)，控制交通信號(hào)燈的紅綠信號(hào)轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到“車停人行”的目的。

本模型使黃燈閃爍路口在有行人通過(guò)的時(shí)候與一般的十字路口一樣，遵循了“行人優(yōu)先”的交通法則，科學(xué)地控制了車輛和行人的通行，改善了交通環(huán)境，大大降低了交通事故率，避免了人身傷亡與財(cái)務(wù)損失。同時(shí)通過(guò)壓力傳感與紅外感應(yīng)相結(jié)合使得安全指數(shù)大幅度上升，硅光傳感器的應(yīng)用也全面提升其應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜環(huán)境的能力。該系統(tǒng)運(yùn)用光感，壓敏以及紅外等技術(shù)，將大幅度提升黃燈警示城市單交叉路口的安全性。由于這三大技術(shù)誕生時(shí)間早，應(yīng)用廣泛，維護(hù)成本低[7]，能在短時(shí)間內(nèi)低成本地優(yōu)化改進(jìn)具有安全隱患的路段。也能根據(jù)各大城市不同車輛情況和人流量調(diào)整參數(shù)[8]。

后續(xù)的開發(fā)中可進(jìn)一步靈活運(yùn)用電子元件分析空氣各動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行氣象反饋，以實(shí)現(xiàn)多種模式工作。以此模型為基礎(chǔ)，可衍生出更多復(fù)雜信號(hào)燈模型，對(duì)國(guó)內(nèi)存在的多種交通弊病進(jìn)行改良，使“機(jī)器視覺(jué)”效益最大化。

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