岳志坤

摘 要：為有效解決“中國式過馬路”問題，文中研究了行人綠燈放行系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由升降道閘、單向門禁、行人信號燈、語音提示四部分組成，不僅是將交通信號與行人放行系統(tǒng)相結合的一種新型交通設施，也是杜絕“中國式過馬路”的有效手段。通過仿真建模驗證了該系統(tǒng)能夠有效減少交通事故的發(fā)生，提高交通效率。

關鍵詞：PLC;Vissim;強制約束;交通效率

1 系統(tǒng)簡介

為減少“中國式過馬路”問題帶來的交通隱患，部分城市采取罰款的方式，但此方式不但增加了交警的工作量，還容易引起警民矛盾，并沒有取得很好的效果，不能從根本上解決問題，因此對行人綠燈放行系統(tǒng)的研究非常必要。行人綠燈放行系統(tǒng)主要由PLC控制的升降道閘、單向門禁、行人信號燈、語音提示、智能感應控制系統(tǒng)組成，配合分向人行橫道標線實現(xiàn)行人按信號雙向控制放行。單向門禁只能向允許行人通行的方向開啟，逆行則被單向門禁阻止。該系統(tǒng)可以強制約束行人遵守交通信號和秩序，保障交通安全，減少交通事故的發(fā)生，提高交通效率。

2 設計目的和基本思路

2.1 設計目的

據(jù)調查顯示，近年來全球每年死于交通事故的人數(shù)高達100萬人，其中約有四分之一是行人，而行人不按交通信號指引隨意穿越馬路是引發(fā)交通事故的重要原因。

本文項目旨在研究一種將交通信號與行人放行系統(tǒng)相結合的新型交通設施行人綠燈放行系統(tǒng)，從而減少交通事故，保證行人安全、快速地通過馬路，同時實現(xiàn)車輛快速高效運行。

2.2 基本思路

在實驗前首先應收集好相關資料，查閱國內外研究現(xiàn)狀，明確系統(tǒng)的創(chuàng)新點和所能達到的基本技術指標，從而制定出一個相對合理的研究方案。通過研究紅綠燈的工作原理、控制系統(tǒng)、信號傳遞系統(tǒng)，明確信號控制相關知識;通過學習Vissim分析建模軟件，構建出電子動態(tài)仿真，得出實驗分析數(shù)據(jù);通過搭建實物模型，從實踐的角度出發(fā)驗證本文系統(tǒng)的可行性和所能達到的效果。

具體技術路線如圖1所示。

構造Vissim交通仿真模型和搭建實物模型的行人綠燈放行系統(tǒng)正視圖、俯視圖如圖2、圖3所示。

3 創(chuàng)新點分析

3.1 創(chuàng)新點

本文系統(tǒng)創(chuàng)新點主要包括以下幾方面：

（1）該系統(tǒng)由道路兩側各一對道閘和單向門禁組成，配合地面標線，可使行人按方向分流通過人行橫道;

（2）放行時間與人行橫道綠燈聯(lián)動，當綠燈亮時放行系統(tǒng)開啟;

（3）智能感應控制系統(tǒng)控制升降道閘降落過程中不會誤傷行人;

（4）當放行系統(tǒng)開啟或關閉時設置提示語音，可使行人根據(jù)提示有序通過人行橫道。

3.2 技術對比

目前應用范圍最廣的行人綠燈通行系統(tǒng)直接由人行橫道信號燈控制，還有一部分配置有語音提示系統(tǒng)。雖然這些裝置可讓行人比較安全地通過馬路，但是無法根治“中國式過馬路”的現(xiàn)象。本文系統(tǒng)主要由升降道閘、單向門禁、行人信號燈、語音提示四部分組成，配合地面標線實現(xiàn)行人放行，通過時間與空間的巧妙結合及多方位限制，便利了路口的交通管理。在理論研究的基礎上，通過實驗的方法，對行人綠燈放行系統(tǒng)進行深入研究，以最新的交通系統(tǒng)研究文獻為依據(jù)，結合實際情況對行人放行系統(tǒng)做出最新方案。

3.3 突出的實質性技術特點和顯著進步

本文擬解決的主要技術問題是實現(xiàn)升降道閘和單向門禁的開啟及關閉與行人信號燈的顯示聯(lián)動，實現(xiàn)紅綠燈與人之間的“溝通”，限制人為過馬路的想法，有效阻止中國式過馬路的行為，從而有效提高行車速度和交通量，減少交通事故，有利于道路的通暢運行，為交通系統(tǒng)更通暢、更安全的發(fā)展帶來新的曙光。

3.4 技術性分析說明

本文創(chuàng)新實驗的主要技術分析過程：當行人信號紅燈即將結束時，提前2～3 s，語音提示準備放行;紅燈亮變?yōu)榫G燈亮時，升降道閘開啟，行人進入人行橫道;到達道路另一側時，行人通過單向道閘進入人行橫道，完成過街過程。

行人綠燈放行系統(tǒng)效果圖如圖4所示。系統(tǒng)十字路口效果圖如圖5所示。

4 工作原理

4.1 使用方法

行人綠燈放行系統(tǒng)是將交通信號與行人放行系統(tǒng)相結合的一種新型交通設施。該系統(tǒng)由升降道閘、行人信號燈、智能感應控制系統(tǒng)、單向門禁、揚聲器、護欄和地面標線組成。升降道閘、行人信號燈、單向門禁和揚聲器及智能感應控制系統(tǒng)由PLC控制。單向門禁只能向人流方向開啟，行人不能從單行門禁進入人行橫道。

控制周期分為四個階段，按順序分為顯示紅燈、紅燈閃爍、顯示綠燈、綠燈閃爍。

（1）顯示紅燈：當行人信號顯示紅燈時，升降道閘處于關閉狀態(tài)，過街行人在入口處等待過街。

（2）紅燈閃爍：當行人信號燈紅燈顯示結束時，紅燈閃爍，揚聲器語音提示升降道閘即將開啟，過街行人準備過街。

（3）顯示綠燈：當紅燈閃爍結束時，顯示綠燈，兩側升降道閘同時開啟，行人進入人行橫道，橫穿馬路，經(jīng)過單向門禁到達另一側人行橫道，完成過街過程。

（4）綠燈閃爍：當綠燈顯示結束時，綠燈閃爍，語音提示升降道閘即將關閉，過街行人需要等待下一次升降道閘開啟，此時已經(jīng)進入人行橫道的行人可繼續(xù)通過。

4.2 技術特點和優(yōu)勢

通過交通調查實驗和Vissim軟件仿真對行人綠燈放行系統(tǒng)設置前后交通流平均延誤和平均車速進行比較，根據(jù)實驗原理搭建實物模型，從理論和實踐的角度對系統(tǒng)進行多方位實驗論證，由此確保系統(tǒng)的實用性和可行性。

4.2.1 交通仿真

（1）仿真路段基本情況

仿真路段由行人信號交叉口和十字信號交叉口組成。行人信號交叉口采用兩相位信號控制。十字交叉口采用四相位信號控制，配有人行橫道信號控制燈。為了取得更好的仿真效果，在仿真范圍內加入了靜態(tài)建筑物和樹木。

仿真路段基本情況如圖6所示。

（2）建模過程

①道路建模

根據(jù)Vissim軟件建模流程，繪制仿真范圍內的道路網(wǎng)，包括機動車道和非機動車道，本文模型十字交叉口相交路段均為雙向四車道，道路兩側無非機動車道，機動車和行人均使用人行道。

道路建模時設置行程計時器，以便輸出行程時間數(shù)據(jù)。

十字信號交叉口和人行橫道仿真效果如圖7、圖8所示。

②交通量輸入

首先確定仿真交通量各組成部分的參數(shù)，包括組成比例、平均速度等;然后按照人行信號交叉口和十字信號交叉口交通組成流量和流向將交通量按照表1輸入。

③信號相位設置

十字信號交叉口信號周期為120 s，人行橫道信號周期120 s，均采用定時控制。十字信號交叉口和人行橫道信號共用一臺信號控制機。

仿真路段信號相位配時設置見表2所列。

④仿真結果分析

仿真數(shù)據(jù)見表3所列。

⑤平均延誤和平均車速的分析比較

仿真模型主要為了驗證行人綠燈放行系統(tǒng)設置后車輛通過交叉口時的平均速度和通行能力變化，因此仿真輸出主要參數(shù)為行程時間和延誤時間，具體數(shù)據(jù)見表4、表5所列。

（3）交通仿真結論

通過交通調查實驗和Vissim軟件仿真對行人綠燈放行系統(tǒng)設置前后交通流平均延誤和平均車速進行比較。研究結果表明，交通流平均延誤均有不同程度的降低，平均降低約1.89 s，平均車速有不同程度的提高，平均提高約2.03 km/h。

4.2.2 搭建實物模型

根據(jù)行人綠燈放行系統(tǒng)的運行原理，成功搭建出比例為

1∶100的實物模型，該模型實現(xiàn)了信號燈與升降道閘的聯(lián)動控制。行人綠燈放行系統(tǒng)模型如圖9所示。行人通過及車輛放行效果圖分別如圖10、圖11所示。

5 制作費用預算

本文系統(tǒng)制作費用總計600元，具體見表6所列。