行人綠燈放行系統(tǒng)

岳志坤

摘 要：為有效解決“中國(guó)式過(guò)馬路”問(wèn)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(hào)燈、語(yǔ)音提示四部分組成，不僅是將交通信號(hào)與行人放行系統(tǒng)相結(jié)合的一種新型交通設(shè)施，也是杜絕“中國(guó)式過(guò)馬路”的有效手段。通過(guò)仿真建模驗(yàn)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(guān)鍵詞：PLC;Vissim;強(qiáng)制約束;交通效率

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

為減少“中國(guó)式過(guò)馬路”問(wèn)題帶來(lái)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(méi)有取得很好的效果，不能從根本上解決問(wèn)題，因此對(duì)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(hào)燈、語(yǔ)音提示、智能感應(yīng)控制系統(tǒng)組成，配合分向人行橫道標(biāo)線實(shí)現(xiàn)行人按信號(hào)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(qiáng)制約束行人遵守交通信號(hào)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(shè)計(jì)目的和基本思路

2.1 設(shè)計(jì)目的

據(jù)調(diào)查顯示，近年來(lái)全球每年死于交通事故的人數(shù)高達(dá)100萬(wàn)人，其中約有四分之一是行人，而行人不按交通信號(hào)指引隨意穿越馬路是引發(fā)交通事故的重要原因。

本文項(xiàng)目旨在研究一種將交通信號(hào)與行人放行系統(tǒng)相結(jié)合的新型交通設(shè)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(guò)馬路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)車輛快速高效運(yùn)行。

2.2 基本思路

在實(shí)驗(yàn)前首先應(yīng)收集好相關(guān)資料，查閱國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，明確系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)和所能達(dá)到的基本技術(shù)指標(biāo)，從而制定出一個(gè)相對(duì)合理的研究方案。通過(guò)研究紅綠燈的工作原理、控制系統(tǒng)、信號(hào)傳遞系統(tǒng)，明確信號(hào)控制相關(guān)知識(shí);通過(guò)學(xué)習(xí)Vissim分析建模軟件，構(gòu)建出電子動(dòng)態(tài)仿真，得出實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù);通過(guò)搭建實(shí)物模型，從實(shí)踐的角度出發(fā)驗(yàn)證本文系統(tǒng)的可行性和所能達(dá)到的效果。

具體技術(shù)路線如圖1所示。

構(gòu)造Vissim交通仿真模型和搭建實(shí)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(diǎn)分析

3.1 創(chuàng)新點(diǎn)

本文系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)主要包括以下幾方面：

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

（2）放行時(shí)間與人行橫道綠燈聯(lián)動(dòng)，當(dāng)綠燈亮?xí)r放行系統(tǒng)開啟;

（3）智能感應(yīng)控制系統(tǒng)控制升降道閘降落過(guò)程中不會(huì)誤傷行人;

（4）當(dāng)放行系統(tǒng)開啟或關(guān)閉時(shí)設(shè)置提示語(yǔ)音，可使行人根據(jù)提示有序通過(guò)人行橫道。

3.2 技術(shù)對(duì)比

目前應(yīng)用范圍最廣的行人綠燈通行系統(tǒng)直接由人行橫道信號(hào)燈控制，還有一部分配置有語(yǔ)音提示系統(tǒng)。雖然這些裝置可讓行人比較安全地通過(guò)馬路，但是無(wú)法根治“中國(guó)式過(guò)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(hào)燈、語(yǔ)音提示四部分組成，配合地面標(biāo)線實(shí)現(xiàn)行人放行，通過(guò)時(shí)間與空間的巧妙結(jié)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(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)行人綠燈放行系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，以最新的交通系統(tǒng)研究文獻(xiàn)為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)行人放行系統(tǒng)做出最新方案。

3.3 突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步

本文擬解決的主要技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)升降道閘和單向門禁的開啟及關(guān)閉與行人信號(hào)燈的顯示聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)紅綠燈與人之間的“溝通”，限制人為過(guò)馬路的想法，有效阻止中國(guó)式過(guò)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(yùn)行，為交通系統(tǒng)更通暢、更安全的發(fā)展帶來(lái)新的曙光。

3.4 技術(shù)性分析說(shuō)明

本文創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的主要技術(shù)分析過(guò)程：當(dāng)行人信號(hào)紅燈即將結(jié)束時(shí)，提前2～3 s，語(yǔ)音提示準(zhǔn)備放行;紅燈亮變?yōu)榫G燈亮?xí)r，升降道閘開啟，行人進(jìn)入人行橫道;到達(dá)道路另一側(cè)時(shí)，行人通過(guò)單向道閘進(jìn)入人行橫道，完成過(guò)街過(guò)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(hào)與行人放行系統(tǒng)相結(jié)合的一種新型交通設(shè)施。該系統(tǒng)由升降道閘、行人信號(hào)燈、智能感應(yīng)控制系統(tǒng)、單向門禁、揚(yáng)聲器、護(hù)欄和地面標(biāo)線組成。升降道閘、行人信號(hào)燈、單向門禁和揚(yáng)聲器及智能感應(yīng)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(jìn)入人行橫道。

控制周期分為四個(gè)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(dāng)行人信號(hào)顯示紅燈時(shí)，升降道閘處于關(guān)閉狀態(tài)，過(guò)街行人在入口處等待過(guò)街。

（2）紅燈閃爍：當(dāng)行人信號(hào)燈紅燈顯示結(jié)束時(shí)，紅燈閃爍，揚(yáng)聲器語(yǔ)音提示升降道閘即將開啟，過(guò)街行人準(zhǔn)備過(guò)街。

（3）顯示綠燈：當(dāng)紅燈閃爍結(jié)束時(shí)，顯示綠燈，兩側(cè)升降道閘同時(shí)開啟，行人進(jìn)入人行橫道，橫穿馬路，經(jīng)過(guò)單向門禁到達(dá)另一側(cè)人行橫道，完成過(guò)街過(guò)程。

（4）綠燈閃爍：當(dāng)綠燈顯示結(jié)束時(shí)，綠燈閃爍，語(yǔ)音提示升降道閘即將關(guān)閉，過(guò)街行人需要等待下一次升降道閘開啟，此時(shí)已經(jīng)進(jìn)入人行橫道的行人可繼續(xù)通過(guò)。

4.2 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

通過(guò)交通調(diào)查實(shí)驗(yàn)和Vissim軟件仿真對(duì)行人綠燈放行系統(tǒng)設(shè)置前后交通流平均延誤和平均車速進(jìn)行比較，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理搭建實(shí)物模型，從理論和實(shí)踐的角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多方位實(shí)驗(yàn)論證，由此確保系統(tǒng)的實(shí)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(hào)交叉口和十字信號(hào)交叉口組成。行人信號(hào)交叉口采用兩相位信號(hào)控制。十字交叉口采用四相位信號(hào)控制，配有人行橫道信號(hào)控制燈。為了取得更好的仿真效果，在仿真范圍內(nèi)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(guò)程

①道路建模

根據(jù)Vissim軟件建模流程，繪制仿真范圍內(nèi)的道路網(wǎng)，包括機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)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(cè)無(wú)非機(jī)動(dòng)車道，機(jī)動(dòng)車和行人均使用人行道。

道路建模時(shí)設(shè)置行程計(jì)時(shí)器，以便輸出行程時(shí)間數(shù)據(jù)。

十字信號(hào)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(hào)交叉口和十字信號(hào)交叉口交通組成流量和流向?qū)⒔煌堪凑毡?輸入。

③信號(hào)相位設(shè)置

十字信號(hào)交叉口信號(hào)周期為120 s，人行橫道信號(hào)周期120 s，均采用定時(shí)控制。十字信號(hào)交叉口和人行橫道信號(hào)共用一臺(tái)信號(hào)控制機(jī)。

仿真路段信號(hào)相位配時(shí)設(shè)置見(jiàn)表2所列。

④仿真結(jié)果分析

仿真數(shù)據(jù)見(jiàn)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(yàn)證行人綠燈放行系統(tǒng)設(shè)置后車輛通過(guò)交叉口時(shí)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(shí)間和延誤時(shí)間，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4、表5所列。

（3）交通仿真結(jié)論

通過(guò)交通調(diào)查實(shí)驗(yàn)和Vissim軟件仿真對(duì)行人綠燈放行系統(tǒng)設(shè)置前后交通流平均延誤和平均車速進(jìn)行比較。研究結(jié)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(shí)物模型

根據(jù)行人綠燈放行系統(tǒng)的運(yùn)行原理，成功搭建出比例為

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

5 制作費(fèi)用預(yù)算

本文系統(tǒng)制作費(fèi)用總計(jì)600元，具體見(jiàn)表6所列。