感應(yīng)式行人過街信號控制系統(tǒng)

張新寧

【摘 要】為保證行人過街安全、降低車輛延誤，本文分析了行人過街特性，指出了行人過街存在的問題，提出了基于壓力感應(yīng)的行人過街信號控制方法，設(shè)計了壓力感應(yīng)式行人過街信號控制系統(tǒng)，并以哈爾濱市學(xué)府四道街與測繪路交叉口為例，對該交叉口信號控制系統(tǒng)進行改善。該信號控制系統(tǒng)對保證行人過街安全、降低車輛延誤具有一定作用。

【關(guān)鍵詞】壓力感應(yīng) 行人過街 信號控制

行人過街安全問題一直倍受交通出行者及管理者的關(guān)注。但當(dāng)機動車與行人發(fā)生沖突時，行人作為交通中的弱勢群體受到的傷害較大，往往會造成傷亡慘重、重大惡性交通事故。為保障行人在通過交叉口或路段時獲得合理的過街時間，進而降低其與機動車沖突的風(fēng)險，保障行人過街安全，減少車輛的延誤，本文通過分析不同控制條件下行人過街特性，發(fā)現(xiàn)行人過街存在的問題，進而提出壓力感應(yīng)式行人過街信號控制，對保障行人過街安全，降低車輛延誤有一定的效果。

1 壓力感應(yīng)式行人過街信號控制

本文提出基于壓力感應(yīng)檢測行人的方法，該方法利用壓力傳感器采集行人重量信息，測算每個周期過街行人的數(shù)量，進而確定行人過街所需最佳時間。

1.1 壓力感應(yīng)式信號控制原理

（1）壓力傳感器采集行人重量信息。通過在安全島上設(shè)置壓力傳感器實時檢測行人重量，行人踏上安全島，會引起壓力傳感器里惠更斯電橋不平衡，傳感器后續(xù)電路發(fā)出一個差動信號，此時差動信號為模擬信號。

（2）信號控制機計算行人數(shù)量。信號控制機由AD轉(zhuǎn)換器和單片機組成。通過調(diào)查統(tǒng)計出行人專用相位的每個安全島上的各個方向的行人的數(shù)量，按比例計算出各個對角線方向的行人所占的比重。信號控制機將壓力傳感器采集到的4個安全島傳來的行人重量模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過計算得出4個安全島的行人重量數(shù)據(jù)，將該重量除以平均體重，得到安全島上的行人數(shù)量。將各個方向行人數(shù)量乘以該對角線方向行人所占比重，以此獲得各對角線方向的行人數(shù)量。比較其大小，取最大值記為M。

（3）計算行人相位的時長。行人相位時間根據(jù)式1-1進行設(shè)定：

（1-1）

上式的各個符號的含義為：

：行人相位的時長；

：行人反應(yīng)時間；

：行人綠燈信號開始時等待的人數(shù)，一般等于一個周期行人的到達量p；

：行人流率，即單位時間單位寬度內(nèi)通過某一斷面的人數(shù)，p/m/s；

：人行橫道有效寬度；

：行人穿越長度；

：行人15%位平均速度，m/s。

4）感應(yīng)信號配時。在確定交叉口周期之前，先對指定的交叉口交通量進行調(diào)查，確定在不同時段的各個方向機動車所需的最短綠燈時間，南北方向進口的直左右機動車綠燈時間記為，東西方向進口的直左右機動車綠燈時間記為；最后根據(jù)第三步測得的行人專用相位時長，得出周期時長C。

1.2 壓力感應(yīng)式信號控制硬件設(shè)計

硬件部分采用AVR系列ATmega16單片機為主控芯片，實現(xiàn)動態(tài)信號配時的基本功能。系統(tǒng)的硬件部分包括以ATmega16單片機為核心的最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和動態(tài)信號配時顯示器。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框架如圖1.2所示。

系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，精度和靈敏度較高，壽命較長，能適應(yīng)較為惡劣的測量環(huán)境。它由彈性體、電阻應(yīng)變片、電纜線組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋。當(dāng)彈性體受荷載發(fā)生形變時，電阻應(yīng)變片受到拉或壓的變形，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，產(chǎn)生差動信號，供后續(xù)電路測量和處理，壓力傳感器結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。

1.3 壓力感應(yīng)式信號控制軟件設(shè)計

AVR Studio能為AVR單片機開發(fā)人員提供高度集成的開發(fā)方案。AVR Studio是編寫和調(diào)試AVR應(yīng)用程序的嵌入式開發(fā)環(huán)境。AVR Studio可以進行在線編輯源代碼，運行于AVR單片機，為AVR單片機開發(fā)者提供了方便。.

2 實例分析

2.1 交叉口現(xiàn)狀分析

本文以哈爾濱市黑龍江大學(xué)西門學(xué)府四道街與測繪路交叉口為例，該交叉口車道寬度為3.5m，中間設(shè)分隔帶，右轉(zhuǎn)不受信號燈控制，交叉口幾何現(xiàn)狀。該交叉口位于黑龍江大學(xué)附近，受學(xué)生影響較大，其信號配時方案為固定式行人專用相位，行人過街等待時間較長，超出行人忍受范圍，經(jīng)常出現(xiàn)行人不遵守交通規(guī)則過街的現(xiàn)象。對機動車行駛造成較大影響，且對行人安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

2.2 交叉口主要問題

該交叉口及附近路段步行過街學(xué)生多，固定的行人專用相位不能滿足突然增多的過街行人的要求，是學(xué)生安全出行的一大隱患。

2.3 交叉口改進方法

采用壓力感應(yīng)式行人過街信號控制進行行人專用相位配，在保證行人安全過街的前提下，減小行人相位時長，減小信號周期，進而減小各個方向交通流的等待時間。采用式4-1計算時，根據(jù)HCM2000，建議式中的各個參數(shù)的取值為：行人流率=1.23p/m/s，行人反應(yīng)時間取3.2s。行人綠燈信號開始時等待的人數(shù)取壓力傳感器測得的值；行人穿越長取兩個安全島對角線的長度。式2-1化為

（2-1）

通過調(diào)查統(tǒng)計得到各個對角線方向的行人數(shù)量占所在安全島上全部行人數(shù)量的百分比，見表2.1。

表2.1 交叉口各個安全島對角線方向行人數(shù)量所占比例

對角線流向

東北

東南

西南

西北

所占百分比

0.04

0.41

0.11

0.44

根據(jù)實測數(shù)據(jù)得人行橫道寬度=3m，行人穿越長度=25.2m，行人數(shù)量待測，行人步速=2m/s。最終確定行人綠燈時間為：

3結(jié)語

由于定時式信號控制無法解決行人數(shù)量少或變化大的問題，本文采用感應(yīng)式信號控制實時測算行人數(shù)量，進行動態(tài)配時。傳統(tǒng)的行人檢測技術(shù)系統(tǒng)程序復(fù)雜、受外界干擾大，測算行人數(shù)量時有較大的誤差，本文采用基于壓力感應(yīng)的行人檢測技術(shù)，可以減弱外界干擾，該信號控制系統(tǒng)可以適應(yīng)惡劣天氣。本文提出的壓力感應(yīng)式行人過街信號控制系統(tǒng)對保證行人過街安全、降低車輛延誤具有一定的作用，可以為未來的行人過街信號控制方法提供借鑒和參考。

參考文獻：

[1] Guo H， Wang W， Guo W， et al. Reliability analysis of pedestrian safety crossing in urban traffic environment[J].Safety Science， 2012， 50（4）： 968-973.

[2] 蘇松志，李紹滋，陳淑媛，等.行人檢測技術(shù)綜述[J].電子學(xué)報，2012，40（4）： 814-820.

[3] 李克平，倪穎.信號控制交叉口行人過街交通組織與控制[J].城市交通，2011（1）.

[4] 段堅堤，龍科軍，李磊.無信號控制路段過街橫道處行人過街行為[J].系統(tǒng)工程，2013，4：019.

[5] 楊琦，盧楊，汪利利，等.信號交叉口行人過街形式適用性分析[J].中國公路學(xué)報，2014，27（10）： 93-100.