行人過街智能控制系統(tǒng)設(shè)計探討

張惠榮, 蔡章輝, 高 霄

(上海電科智能系統(tǒng)股份有限公司, 上海 200063)

0 引 言

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展,我國機動車輛日趨增多,同時城市交叉口人車搶道問題日益突出;伴隨國家對行人過街情況的重視,包括實施“禮讓行人”措施,全國各地涌現(xiàn)不同形式的行人過街智能控制系統(tǒng),例如行人過街語音提示樁、機動車不禮讓行人抓拍系統(tǒng)、行人闖紅燈抓拍系統(tǒng)等。

行人既是信號控制交叉口交通事故中的弱者,也是交叉口秩序混亂和效率低下的根源之一[1]。本文從行人過街特性分析出發(fā),梳理近年來出現(xiàn)的為保障行人過街或治理行人闖紅燈而開發(fā)的智能控制系統(tǒng),并基于精細化控制的理念,提出一種精細化管理的行人過街與右轉(zhuǎn)車智能聯(lián)合控制系統(tǒng)。

1 行人過街特性分析

1.1 行人過街心理

為更好地解決行人與機動車搶道的問題,有必要了解行人過街時的心理特性,同時行人在過街時確實存在一些共性,歸納如下[1-3]:

(1) 省時心理。行人信號燈由綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時,行人不顧違法,存在闖紅燈過街的現(xiàn)象;當行人信號燈為紅燈,沖突車道上無車輛時,行人選擇違章過街。

(2) 僥幸心理。行人為弱勢群體,認為機動車會避讓,畢竟發(fā)生事故總是機動車的責(zé)任。

(3) 從眾心理。當在路口聚集足夠多過街行人時,一旦有人帶頭過街,將會引起其他人的效仿,這也是中國式過馬路出現(xiàn)的原因。

(4) 忍耐極限。若信號燈紅燈時間過長,超出行人能夠接受的極限,此時行人有可能會選擇闖紅燈的違章行為。

1.2 影響原因

闖紅燈主要原因歸納如下:

(1) 交通設(shè)施不合理,如過長的過街距離、較短的過街綠燈時長和較長的紅燈等待時長。

(2) 交通資源分配失衡,我國長久以來在道路交通的發(fā)展中奉行“車本位”的理念,現(xiàn)有的道路規(guī)劃設(shè)計、信號燈配時方案等均主要考慮機動車的運行效率,很少考慮行人和非機動車的需求[4]。

(3) 遵循交通規(guī)則意識淡薄,現(xiàn)階段部分行人仍不具備較強的守法意識,甚至不認為闖紅燈是違法行為,并且存在極強的僥幸心理,過于樂觀地估計違法過街的安全性。

2 行人過街智能控制系統(tǒng)

為了更好地保障行人過街安全及治理“闖紅燈”等違章行為,基于行人過街心理及違法原因,近年各地紛紛推出各種智能控制系統(tǒng),如秦皇島在人行橫道線處設(shè)置語音提示樁,南寧安裝的按鈕式路段斑馬線行人過街信號及電警系統(tǒng),深圳安裝的智能行人闖紅燈取證系統(tǒng),黃石大冶市安裝的防闖紅燈智能系統(tǒng),煙臺實施的機動車不禮讓行人自動抓拍系統(tǒng)等。

現(xiàn)有的行人過街智能控制系統(tǒng)主要分為保障型行人過街控制系統(tǒng)、防闖紅燈型行人過街控制系統(tǒng)、通行權(quán)分配型行人過街控制系統(tǒng)3類。

2.1 保障型行人過街控制系統(tǒng)

該類控制系統(tǒng)從保障行人過街的角度出發(fā),當機動車與行人發(fā)生沖突時,優(yōu)先讓行人通過。同時該系統(tǒng)符合《道路交通法》第47條的規(guī)定:“機動車行經(jīng)人行橫道線時,應(yīng)當減速行駛”;遇行人正在通過人行橫道線,應(yīng)當停車讓行;響應(yīng)國家加大對斑馬線不禮讓等交通違法整治的查處力度。屬于這類的控制系統(tǒng)有不禮讓行人抓拍系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由視頻采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和管理中心3部分組成。視頻采集包含高清一體化攝像機和補光燈,負責(zé)實時監(jiān)測斑馬線處行人和機動車通行情況,并在發(fā)生機動車未禮讓行人違法行為時,記錄該機動車違法前、中、后的圖片。網(wǎng)絡(luò)傳輸負責(zé)將記錄機動車違法的照片上傳給管理中心。管理中心通過拍照識別,以違法照片作為處罰依據(jù)對違法車輛進行處罰。保障型行人過街控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 保障型行人過街控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

該系統(tǒng)可實現(xiàn)全天候執(zhí)行監(jiān)控,加大對不禮讓行人違章的查處力度,一定程度上規(guī)范駕駛員禮讓行人的行為,提升了禮讓意識[5]。

2.2 防闖紅燈型行人過街控制系統(tǒng)

該類控制系統(tǒng)從預(yù)防行人闖紅燈的角度出發(fā),通過語音提示、物理隔離、闖紅燈抓拍等方式避免行人闖紅燈行為的發(fā)生。屬于此類的控制系統(tǒng)有行人過街語音提示樁、行人闖紅燈抓拍系統(tǒng)。

(1) 行人過街語音提示系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由主、副兩個語音提示樁、行人信號燈組成。語音提示樁內(nèi)嵌紅外檢測模塊、語音提示模塊、LED顯示模塊,紅外檢測模塊在行人信號燈為紅燈時,檢測是否有行人經(jīng)過主、副語音提示樁;語音提示模塊在行人闖紅燈時發(fā)出語音警示,勸阻行人勿闖紅燈;LED顯示模塊在紅燈時顯示“紅燈禁行”,綠燈亮?xí)rLED屏顯示“綠燈通行”;行人信號燈與語音提示樁連接,使語音提示樁與行人信號燈同步。設(shè)備布設(shè)示意圖如圖2所示。

圖2 設(shè)備布設(shè)示意圖

該系統(tǒng)可以自動檢測闖紅燈的行人,并予以語音警示,引導(dǎo)行人安全過街,再配合現(xiàn)場交警規(guī)范執(zhí)法,能夠減少行人、非機動車闖紅燈違法行為的發(fā)生,創(chuàng)造良好的交通秩序。

(2) 行人闖紅燈抓拍系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由違章抓拍子系統(tǒng)、違章警示子系統(tǒng)、室外顯示子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)、后臺服務(wù)器子系統(tǒng)組成[6]。違章抓拍子系統(tǒng)結(jié)合行人紅燈信息,檢測行人是否存在闖紅燈行為,并對闖紅燈行人進行抓拍;違章警示子系統(tǒng)在過街行人紅燈越過等待區(qū)時語音裝置發(fā)出警示聲音,勸阻行人勿闖紅燈;室外顯示子系統(tǒng)負責(zé)將違章抓拍子系統(tǒng)抓拍的違章行為圖像在大屏上顯示;網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)負責(zé)將抓拍的圖像視頻等資料回傳給管理中心;后臺服務(wù)器子系統(tǒng)負責(zé)將違章圖像視頻存儲、處理等操作。行人闖紅燈抓拍系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 行人闖紅燈抓拍系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)具備全天對行人/非機動車闖紅燈違章監(jiān)控,并通過語音警示和違章圖像抓拍顯示威懾闖紅燈行為;可在后臺服務(wù)器統(tǒng)計和分析闖紅燈行為,甚至通過人臉識別技術(shù)獲得其身份信息,從而進行違章處分,最終規(guī)范行人/非機動車的交通行為。

2.3 通行權(quán)分配型行人過街控制系統(tǒng)

該類控制系統(tǒng)從機動車和行人通行權(quán)分配的角度出發(fā),通過設(shè)置行人過街按鈕獲取通行權(quán)、動態(tài)感應(yīng)過街行人、分配行人通行權(quán)等方式,在保障機動車通行效率的同時分配過街行人通行權(quán)。屬于此類的控制系統(tǒng)有按鈕式行人過街控制系統(tǒng)、感應(yīng)式行人過街控制系統(tǒng)。

(1) 按鈕式行人過街控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由面向行人的信號燈、面向機動車的信號燈和信號燈桿處的行人過街按鈕、語音提示設(shè)備組成。通常情況下,指示行人的信號燈處于紅燈狀態(tài),指示機動車的信號燈處于綠燈狀態(tài),讓車輛順利通過。按鈕式行人過街系統(tǒng)邏輯原理如圖4所示,其中Tcar為機動車通行最小綠燈時長,Tyellow為機動車預(yù)留黃燈時長,Tpeople為行人過街綠燈且綠燈即將結(jié)束時,指示燈顯示倒計并發(fā)出響聲的時長。

該系統(tǒng)從以人為本的角度優(yōu)先考慮行人過街需求,同時通過設(shè)置機動車通過最短綠燈時長來保障機動車的通行效率。

圖4 按鈕式行人過街系統(tǒng)邏輯原理

(2) 感應(yīng)式行人過街控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由行人檢測模塊、信號控制模塊、行人信號燈(含倒計時顯示功能)、機動車信號燈、語音提示模塊組成。感應(yīng)式行人過街控制系統(tǒng)邏輯連接如圖5所示。

圖5 感應(yīng)式行人過街控制系統(tǒng)邏輯連接

行人檢測模塊負責(zé)檢測行人等待區(qū)域過街請求,即存在行人。信號控制模塊負責(zé)接收過街行人請求,結(jié)合當前行人和機動車信號燈的狀態(tài),判別信號燈切換條件,進而將切換指令下發(fā)至行人和機動車信號燈。語音提示模塊負責(zé)在檢測到行人及行人信號燈為紅燈時,警示過街行人。行人信號燈負責(zé)顯示當前行人是否具有通行權(quán),且在檢測到行人且行人信號燈為紅燈時顯示當下等待時間。機動車信號燈負責(zé)顯示當前機動車是否具有通行權(quán)。

該系統(tǒng)可動態(tài)檢測過街行人數(shù)量,自適應(yīng)地控制行人過街,通過設(shè)計等待時間倒計時顯示功能,響應(yīng)行人過街的請求,有效保障行人過街的需求和機動車的通行效率。

3 一種行人過街精細化控制系統(tǒng)

基于對行人過街特性分析、影響因素梳理以及現(xiàn)有的控制系統(tǒng)特點總結(jié),設(shè)想一種精細化控制系統(tǒng),應(yīng)用場景設(shè)置在有專用右轉(zhuǎn)車道的交叉口,對右轉(zhuǎn)車和對應(yīng)出口到斑馬線處行人通行權(quán)精細化分配。

現(xiàn)階段,一般情況下交叉口右轉(zhuǎn)車道不受信號燈控制,可隨時完成右轉(zhuǎn)而進入對應(yīng)出口道;針對行人過街信號配時,通常的做法:依據(jù)同方向的直行車道相位配時,設(shè)置過街行人的信號相位方案,因分配綠燈時長固定,故造成行人信號燈時長不能很好匹配行人過街波動規(guī)律;在此相位中右轉(zhuǎn)車與對應(yīng)出口到斑馬線過街行人存在嚴重的路權(quán)沖突。特別說明,后文中所述行人均指右轉(zhuǎn)車所對應(yīng)出口到斑馬線處的過街行人。

設(shè)計思路:對右轉(zhuǎn)車進行信號控制,可采用箭頭指示燈的方式，通行權(quán)分配模式分為3種：行人通行,右轉(zhuǎn)車禁止通行；機動車通行,行人禁止通行；行人和機動車均可通行。通過分析對右轉(zhuǎn)車排隊長度和行人過街狀況,將分配綠燈時長精細化分割為若干通行片段,各通行片段對應(yīng)通行權(quán)分配模式中的一種。

該系統(tǒng)在行人過街數(shù)量較多且集中過街時放行人通行,禁止機動車通行,可保障行人過街安全;行人過街數(shù)量較少,隨機達到時,禁止行人通行,放機動車通行,防止右轉(zhuǎn)車連續(xù)車流被打斷,提高右轉(zhuǎn)車通行效率;機動車和行人均放行通過,此時行人存在較大間隔,供機動車穿過。

4 結(jié) 語

分析行人過街特性以及影響因素,梳理近年來行人過街控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點,在借鑒各控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出一種行人過街精細化控制系統(tǒng),通過對右轉(zhuǎn)車和對應(yīng)出口到斑馬線處行人通行權(quán)精細化分配,優(yōu)化控制系統(tǒng)。