智能斑馬線系統(tǒng)

陳曉航　張晶

摘 要：隨著生活水平的提高，道路上機動車輛日益增多，如何減少交通事故成為當今社會面臨的一大問題。本文提出了一種智能斑馬線系統(tǒng)，采用PLC控制，通過地燈閃爍、警報器警報和斑馬線“消失”這三種方式來提醒過往行人注意紅綠燈的變換，以免行人誤闖紅燈。

關鍵詞：行人事故;事故原因;智能斑馬線;模塊化發(fā)展

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）25-0008-03

Intelligent Zebra Line System

CHEN Xiaohang ZHANG Jing

（School of Mechanical and Electrical Engineering and Automotive Services， Wuhan Business University，Wuhan Hubei 430056）

Abstract： With the improvement of living standards and the increasing number of motor vehicles on the road， how to reduce traffic accidents has become a major problem facing the society today. This paper proposed an intelligent zebra crossing system， which adopted PLC control to remind pedestrians to pay attention to the change of traffic lights through three ways： ground flashing， siren alarm and zebra crossing "disappear"， so as to prevent pedestrians from accidentally ignoring traffic lights.

Keywords： pedestrian accident;cause of accident;intelligent zebra crossing;modular development

隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展越來越快，機動車增多，斑馬線上的交通事故發(fā)生率越來越高。從行人的角度來看，至少60%的行人致命事故主要是由行人違章橫穿道路造成的。一部分行人交通安全意識淡薄，交通語言識別能力弱，身體反應機能弱，缺少“路權意識”，以致危險來臨卻還不知。其中，兒童玩耍、飲酒行走、夜間著裝顏色較深等也是導致部分行人死亡事故的重要原因[1，2]。

1 智能斑馬線總體設計

1.1 產(chǎn)品介紹

本團隊設計了一種智能斑馬線系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能是通過人行道紅綠燈的變化，控制斑馬線轉(zhuǎn)換不同的形態(tài)，當壓力傳感器檢測到有人闖紅燈時，觸發(fā)警報器發(fā)出警報，同時也會通過攝像頭將不遵守交通規(guī)則的行人記錄下來，并將照片以LED屏播放的方式傳遞給大眾，以此來達到警示行人遵守交通規(guī)則的目的。

該智能斑馬線系統(tǒng)如圖1、圖2所示，其工作模式分為白天和黑夜兩種。當白天人行道處于紅燈時，系統(tǒng)會控制斑馬線消失，警示行人不能通過，綠燈時，斑馬線會重現(xiàn);光敏傳感器感應到光線不足時，進入黑夜模式，斑馬線白色區(qū)域部分底部設有LED燈，LED燈隨紅綠燈的變換而發(fā)生改變。

1.2 產(chǎn)品亮點

對比傳統(tǒng)的斑馬線，本文提出的智能斑馬線系統(tǒng)有如下優(yōu)點。一是該智能斑馬線檢測到光線偏暗時，斑馬線呈現(xiàn)為若干條白色或紅色的光帶，具有照明作用的同時也具有警示作用，夜間衣服著裝顏色較深導致事故發(fā)生的概率也大大降低。傳統(tǒng)的斑馬線效果較差，特別是在晚上或大霧天氣，容易讓司機和行人產(chǎn)生道路視距不良的情況而誤闖紅燈，從而導致車禍的發(fā)生。二是該智能斑馬線系統(tǒng)將闖紅燈的行人拍照記錄下來，以此督促行人遵守交通規(guī)則，減少交通安全事故的發(fā)生。許多車禍發(fā)生的原因在于行人違章穿越馬路，不遵守交通規(guī)則等。三是本系統(tǒng)在感應到有人闖紅燈時，警報器將會發(fā)出警報，警示行人退回等候區(qū)。隨著手機性能的不斷提高，低頭族越來越多，行走在路上時，許多行人低頭玩手機，忽略了信號燈的轉(zhuǎn)變，極易發(fā)生交通事故。

本系統(tǒng)采用西門子1200PLC進行控制，利用壓力傳感器和光線傳感器對斑馬線實際情況進行檢測，實現(xiàn)了自動化和智能化。

1.3 產(chǎn)品設計方案

1.3.1 傳統(tǒng)交通安全警示措施。由于傳統(tǒng)的交通標志顯示的信息固定，不能適應隨時可變的道路交通狀況，因此采取傳統(tǒng)的行人交通安全警示措施是遠遠不夠的。

1.3.2 新型行人交通安全警示裝置。隨著智能交通概念的普及及相關技術的發(fā)展，已有以可變LED交通標志為主的各種新型行人交通警示裝置出現(xiàn)并應用于城市道路交通系統(tǒng)中，以LED為光源的信號燈產(chǎn)業(yè)可謂方興未艾，如語音警示柱等。如圖3所示，將語音警示柱與地面固定，放置在人行道兩端，對過往的行人進行預警，其在傳統(tǒng)信號燈的基礎上增加了語音提示功能。越來越多的交通裝置正在逐漸趨向綜合化和智能化，無論如何，追求更強的適應性和更好的警示效果，這將是未來交通警示裝置的發(fā)展趨勢。

1.3.3 智能斑馬線系統(tǒng)。本文提到的智能斑馬線系統(tǒng)將信號燈信號直接顯示于路面之上，根據(jù)紅綠燈的變化而變換，實現(xiàn)全智能化，如圖4所示。這樣可以極大地減少行人交通事故的發(fā)生率。

2 產(chǎn)品技術說明

2.1 樣機模型構成

本智能斑馬線系統(tǒng)主要依據(jù)為PLC控制和傳感技術，利用Solid Edge軟件進行基礎交通設施的繪制和場景模擬，以便達到樣機模型構造標準化和精確化的目的。該系統(tǒng)主要由電源模塊、信息采集模塊、控制模塊和信號輸出模塊組成。

2.1.1 電源模塊。電源模塊包括AC220V轉(zhuǎn)DC24V14A的電源模塊、DC24V轉(zhuǎn)12V的變壓器、DC24V轉(zhuǎn)5V的變壓器以及9V的電源模塊。進行電壓轉(zhuǎn)換后，供電系統(tǒng)向各模塊提供電能供應，保證各模塊正常運行。電流為單向電流，互不干擾。樣機為220V交流電供電，后期將會采用蓄電池供電。

2.1.2 信息采集模塊。信息采集模塊利用傳感器獲取交通系統(tǒng)所需的動態(tài)信息和靜態(tài)信息，樣機包括6組壓力傳感器信息采集模塊和1組光線傳感器。壓力傳感器包括AD轉(zhuǎn)換模塊，感受到壓力后，以電阻變換的形式展現(xiàn)出來，通過AD轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為電壓信號，傳輸給控制模塊（PLC接收）。光線傳感器檢測光線強度，當光線較暗時，其切換成黑夜模式。

2.1.3 控制模塊。控制模塊為系統(tǒng)的核心部分，主要由西門子1200PLC組成，如圖5所示，其功能為處理信號輸出模塊采集的道路信息，并對信號輸出模塊發(fā)出指令控制其工作。

利用AD轉(zhuǎn)換模塊將壓力傳感器所檢測到的人行道路面信息轉(zhuǎn)化為電壓信號，接入西門子1200PLC中，紅燈時，斑馬線消失，人行道變?yōu)檐囕v通行狀態(tài)。由于重量的不同，輸入的電壓值大小不同，當壓力傳感器檢測到行人違章橫穿馬路時，系統(tǒng)觸發(fā)蜂鳴器警報和攝像頭拍照記錄。信號采集模塊光線傳感器將光線信號轉(zhuǎn)化為電信號，當光線過暗時，工作模式轉(zhuǎn)變，控制LED燈開啟。當交通信號燈為紅燈時，斑馬線整個呈紅色光帶，綠燈時呈現(xiàn)為白色光帶。

2.1.4 信號輸出模塊。信號輸出模塊由電機、蜂鳴器、LED燈和攝像頭組成，完成控制模塊發(fā)出的指令，從而使得斑馬線顯示不同的預警信息。電機以及LED燈埋在地下，攝像頭裝在斑馬線兩側(cè)，占用空間少，安全可靠。

2.2 核心技術實現(xiàn)解析

斑馬線的消失與恢復由齒輪齒條傳動，控制第二隔板往復移動來實現(xiàn)。而檢測行人是否闖紅燈，則是將壓力傳感器發(fā)出的電信號接入西門子1200PLC中，根據(jù)人和車的重量，壓力傳感器傳輸?shù)碾娦盘柌煌瑢⑵潆妷盒盘栟D(zhuǎn)化為浮點數(shù)，設置一個區(qū)間，當車輛從壓力傳感器上經(jīng)過時，浮點數(shù)偏大，不在設置的區(qū)間內(nèi)，當行人在紅燈狀態(tài)經(jīng)過壓力傳感器時，浮點數(shù)在區(qū)域范圍內(nèi)，輸出端輸出，蜂鳴器警報，同時控制攝像頭開啟拍照，記錄違章行人，將數(shù)據(jù)傳輸給LED。光線傳感器也接入模擬量輸入端，電信號過低代表光線不足，PLC控制第二隔板移動到斑馬線恢復的位置，所鋪設的LED燈帶亮，接受紅綠燈所傳輸?shù)男盘枺t色燈帶與白色燈帶交替變換。具體工作流程如圖6所示。

白天，紅燈時，電機轉(zhuǎn)動控制斑馬線消失，壓力傳感器檢測到行人時，蜂鳴器警報，攝像頭開啟;綠燈時，電機轉(zhuǎn)動，斑馬線恢復。光線傳感器感應到信號不足時，電機控制斑馬線恢復，同時進入黑夜模式。紅燈時，LED地燈亮紅色，壓力傳感器檢測到行人時，蜂鳴器警報，攝像頭開啟;綠燈時，LED地燈亮白色。

3 結(jié)語

我國智能交通系統(tǒng)研究起步較晚，但發(fā)展十分迅速。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展和積累，我國智能交通技術研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化、系統(tǒng)建設等方面已取得長足的進步。目前，我國智能交通系統(tǒng)已從探索階段進入實際開發(fā)和應用階段[3]。斑馬線的無人智能化管理可以引導行人遵守規(guī)章制度，降低夜間斑馬線上交通事故發(fā)生的概率，構建安全和諧的城市交通出行環(huán)境。智能紅綠燈系統(tǒng)可以讓行人產(chǎn)生闖紅燈的不適感，讓行人自覺遵守紅綠燈規(guī)則，做到安全出行，文明出行。

參考文獻：

[1]代艷萍，向珍，張新月，等.智能斑馬線[J].電子測試，2019（10）：13-15.

[2]黃藝娜，曠利平.智慧交通：大數(shù)據(jù)與人工智能的重要市場[J].南方農(nóng)機，2019（16）：218.

[3]王鍶佳，周妍.中國智能交通現(xiàn)狀調(diào)查[J].交通企業(yè)管理，2017（4）：12-14.