道路交叉口3D光屏信號裝置研究★

韓玉鵬 閻春利 楊 淇 李 昕 徐琳琳 羅曉亮

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

目前我國對信號交叉口的管理措施，尤其對于闖紅燈行為的處罰措施不顯著、行人的安全意識淡薄和法律約束力不夠、行人闖紅燈與紅綠燈等交通設(shè)施設(shè)置不合理以及行人的從眾心理和僥幸心理等因素，使得闖紅燈行為日益嚴(yán)重。為了減少行人闖紅燈的現(xiàn)象，利用激光光屏成像讓行人能“看得見”，利用語音識別系統(tǒng)讓行人“聽得到”，構(gòu)建道路交叉口3D光屏信號系統(tǒng)。論文設(shè)計(jì)的裝置對在紅燈時通過人行道的行人進(jìn)行語音以及光幕提醒，通過視覺和聽覺的雙重作用，達(dá)到提高道路交叉口交通秩序的目的。在綠燈時此裝置自動關(guān)閉，進(jìn)行待機(jī)狀態(tài)，不影響行人正常通行。此裝置比單純的道路交叉口信號裝置更醒目，更能阻止行人違規(guī)通行，從而降低交通事故的概率，保障人民群眾的生命安全。

1 3D光屏信號系統(tǒng)

1.1 3D光屏系統(tǒng)原理

此系統(tǒng)需要光束可見，并要求系統(tǒng)識別速度快，精度高，抗光、電干擾能力強(qiáng)等，所以發(fā)光端需要激光，因此需用激光傳感器。

激光傳感器由激光器、激光檢測器和測量電路組成。當(dāng)激光傳感器工作時，先由激光發(fā)射二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖,經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射,部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上,其工作原理如圖1所示。

雪崩光電二極管具有光電流成倍地激增的作用，當(dāng)雪崩二極管檢測到光信號的變化，其電流發(fā)生改變，由采樣電阻將電流轉(zhuǎn)換為電壓，再由差動放大器放大，傳入單片機(jī)控制器，電流放大電路如圖2所示。

RPR220是一種一體化反射型光電探測器。其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。

集成運(yùn)放LM324采用14腳雙列直插塑料封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立，每一組放大器有三個引腳，其中“+”“-”為兩個信號輸入端，“V0”為信號輸出端。

1.2 3D光屏軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)需要在單片機(jī)控制系統(tǒng)中接入與紅綠燈相同配時的計(jì)時系統(tǒng)，以達(dá)到與紅綠燈同步的目的。由于當(dāng)行人通過時接收機(jī)無法接收到激光以至于二極管電流減小，將此電流經(jīng)過電阻轉(zhuǎn)換后的電壓由差放器放大后設(shè)為此電路最小電壓。輸入單片機(jī)控制系統(tǒng)的電流為此電壓時(即最小電壓)，說明有行人橫穿此系統(tǒng)，報警器啟動，進(jìn)行語音提醒。

在初始化單片機(jī)后，根據(jù)當(dāng)前路段紅綠燈配時輸入紅綠燈倒計(jì)時數(shù)值，隨后判斷是否為紅燈。

1)若為紅燈則開啟3D光屏系統(tǒng)并進(jìn)入紅燈倒計(jì)時，在倒計(jì)時未完畢的整個過程中進(jìn)行電壓檢測，即是否為最小電壓，若不是則繼續(xù)計(jì)入倒計(jì)時，若是最小電壓則證明有行人違章通行，就會啟動報警器警示行人，繼而再回到倒計(jì)時。

2)若不是紅燈則關(guān)閉3D光屏系統(tǒng)并開啟行人通過語音提示，繼而進(jìn)行倒計(jì)時，直至倒計(jì)時完畢，關(guān)閉語音提示，開啟3D光屏系統(tǒng)。

2 3D光屏系統(tǒng)主要模塊

2.1 光屏成像模塊

通過視覺，人和動物感知外界物體的大小、明暗、顏色、動靜，獲得對機(jī)體生存具有重要意義的各種信息，至少有80%以上的外界信息經(jīng)視覺獲得，視覺是人和動物最重要的感覺。因此采用視覺刺激提示來提醒行人和車輛，在行人和車輛前呈現(xiàn)一個巨大的激光光屏達(dá)到這個目的。激光光屏成像由兩根激光發(fā)射器柱與接收器柱組成，兩柱之間的距離等于斑馬線的寬度。由激光發(fā)射器發(fā)出密集可見激光，這些可見激光被激光接收器接收，會出現(xiàn)由密集可見激光組成的光屏，光屏的顏色為紅色。當(dāng)面向行人的光屏為紅色時，表示禁止通行；而當(dāng)行人可以通行時，在垂直的機(jī)動車行駛方向顯示為紅色光屏。光屏顯示從視覺上提醒行人和車輛，給行人和駕駛員更加清晰的指示。而且由于光屏給人以一塊幕布遮擋的感覺，能更好地阻止行人的通行。這種光屏信號可以更好地起到交通信號管理的目的。

2.2 語音紅外檢測模塊

語音紅外檢測模塊的主要功能是對還沒有通行的人以及闖紅燈的行人進(jìn)行提示和警告，主要由紅外線檢測裝置和語音提示喇叭兩部分組成。當(dāng)綠燈信號時，紅外線檢測裝置關(guān)閉，語音功能開啟，對過街行人會進(jìn)行提前提示，語音喇叭會發(fā)出“請準(zhǔn)備過路口”或者“請迅速通過路口”的提示語音，紅燈信號時，紅外線檢測裝置開啟，當(dāng)紅外線檢測到有行人闖紅燈之后，通過指令發(fā)送語音功能，語音提示發(fā)出“請不要闖紅燈”的聲音，警告闖紅燈行為。

3 結(jié)語

3D光屏信號燈裝置是集光屏成像與語音提示為一體的交叉口信號控制裝置，目的在于控制交叉口行人闖紅燈的行為。此裝置能夠有效的控制路口交通秩序，減少行人闖紅燈的可能，是一種簡單易行的交叉口控制裝置。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，效率高，維護(hù)簡單并且采用單片機(jī)控制，目前國內(nèi)缺少這種實(shí)際的裝置。

在此感謝學(xué)校的支持以及東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目組同學(xué)的傾力付出和愉快合作。