基于紅外線雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)器技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路交叉口預(yù)警設(shè)計(jì)

水晨光，王芳，趙偉，鄭杰，張啟貴，張?zhí)镌讫?，劉雅?/p>

（宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

1 引言

近年來，隨著國(guó)家加大對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路建設(shè)的投入，群眾出行難問題得到了很大緩解。但由于目前交通設(shè)施不完備和群眾道路安全意識(shí)不強(qiáng)等原因，鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路交通安全問題頻發(fā)。特別是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交叉路口，由于周圍房屋遮擋、車輛時(shí)速過快、行人安全意識(shí)薄弱等原因，導(dǎo)致駕駛員和行人在通過交叉路口時(shí)無法準(zhǔn)確及時(shí)地判斷前方路況情況。當(dāng)側(cè)方路口有行人通過時(shí)，駕駛員不能及時(shí)減速避讓就會(huì)導(dǎo)致交通安全事故的發(fā)生。因此，采取有效的措施對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路交叉口進(jìn)行智能預(yù)警尤為重要。

交叉路口的智能化設(shè)計(jì)長(zhǎng)期以來都是學(xué)術(shù)界所關(guān)注和研究的熱點(diǎn)，諸多學(xué)者為此也提出了許多相應(yīng)的措施及解決方法。例如：車輛通信的控制，模糊邏輯的智能交通信號(hào)控制以及遺傳算法城市交叉路口交通流量?jī)?yōu)化控制等。雖然現(xiàn)已有了大量的研究實(shí)例和措施，但這對(duì)不同于城市地理位置的鄉(xiāng)鎮(zhèn)路網(wǎng)情況下仍然存在弊端，如對(duì)于某些獨(dú)特的的鄉(xiāng)鎮(zhèn)交叉路口，地理位置和和道路資源的限制，綜合使用各種傳統(tǒng)城市交通策略措施后，鄉(xiāng)鎮(zhèn)交叉口的安全事故仍然未得到實(shí)質(zhì)性解決。與此同時(shí)，隨著我國(guó)城鄉(xiāng)規(guī)劃體系的完善，鄉(xiāng)鎮(zhèn)交叉路口的交通壓力也日益增大，交叉路口的安全問題日益突出?；诖耍卷?xiàng)目提出了一種基于紅外線雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)器技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路交叉口預(yù)警設(shè)計(jì)方案，以期能夠有效地改善鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路交叉口預(yù)警不及時(shí)的情況，從而減少交通事故的發(fā)生。

2 紅外線雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)器

2.1 設(shè)計(jì)原理及思路

在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，道路交叉口因沒有安裝車輛減速帶、交通信號(hào)燈、警示標(biāo)志等相關(guān)道路交通安全設(shè)施，經(jīng)常出現(xiàn)車輛通過交叉路口速度過快、行人通過路口隨心所欲的現(xiàn)象，給來往的行人和車輛帶來了極大的安全隱患。為有效改善這種現(xiàn)象，本研究通過有針對(duì)性地在無安全設(shè)施的道路交叉口安裝紅外線雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置，能夠起到有效的提醒和規(guī)范車輛及行人通行的作用，同時(shí)通行效率也得到提高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本研究采用的技術(shù)思路為：

①構(gòu)建紅外線感應(yīng)區(qū)域：通過架設(shè)在道路兩側(cè)的雷達(dá)檢測(cè)器發(fā)射等離子紅外線投影于路面上形成感應(yīng)區(qū)域；

②當(dāng)行駛的車輛在視野盲區(qū)的紅外線感應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)行人時(shí)，雷達(dá)監(jiān)測(cè)器將接受的信息數(shù)據(jù)發(fā)送給終端，終端計(jì)算機(jī)經(jīng)過狀況分析再傳輸給汽車?yán)锩娴能囕d系統(tǒng)以便提醒駕駛員在行駛盲區(qū)存在行人，達(dá)到減速的提示作用；同時(shí)在行人視野盲區(qū)的的紅外線感應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)車輛時(shí)，LED提示燈和雷達(dá)監(jiān)測(cè)裝置會(huì)以語音播報(bào)的形式提醒行人前方交叉路口即將會(huì)出現(xiàn)車輛，以警示行人保持安全距離。

2.2 研究方法

①具體方法：在十字路口對(duì)立兩側(cè)分別安裝兩個(gè)雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)器，并且在雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)器上安裝有紅外線發(fā)射器元件，通過兩個(gè)雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上的紅外線發(fā)射器將感應(yīng)區(qū)域投影于路面上，從而形成四個(gè)區(qū)域路口的紅外線感應(yīng)區(qū)域，以此達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)行人和車輛的效果。

②紅外線雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)器主要包括裝置底座、雷達(dá)感應(yīng)器、收發(fā)裝置和頂部的太陽能板。底座有升降控制裝置調(diào)節(jié)裝置的高度以適應(yīng)不同地質(zhì)區(qū)域的鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路，內(nèi)部安裝有電池模板以備特殊情況下供電；雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)器為圓柱形，在雷達(dá)接受器上安裝兩個(gè)紅外線發(fā)射器元件和相應(yīng)的收發(fā)裝置；在頂部安裝太陽能電池板供電，同時(shí)安裝警告喇叭來提醒來往行人。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 紅外線雷達(dá)感應(yīng)裝置

③整個(gè)系統(tǒng)包括三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理中心和城市交通指揮控制中心。數(shù)據(jù)采集傳感器網(wǎng)絡(luò)采用車輛檢測(cè)器為基本單元，將多個(gè)檢測(cè)器安裝在鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路的關(guān)鍵路段和主要路口，就可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通過感應(yīng)區(qū)域行人和車輛的狀況。各個(gè)檢測(cè)器之間通過地址碼進(jìn)行區(qū)別，通過5G有線或者是無線的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理中心之間通過串口通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，數(shù)據(jù)處理中心的主要任務(wù)是讀取前端傳感器采集的數(shù)據(jù)，按照預(yù)定的算法進(jìn)行處理，提取出相應(yīng)的特征參數(shù)，然后通過無線收發(fā)設(shè)備傳給指揮控制中心，以便其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并且實(shí)時(shí)反饋信息給駕駛員和行人。

④數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：本次研究的軟件流程圖如圖2所示。為了系統(tǒng)的方便完成，將系統(tǒng)的工作流程總分為兩個(gè)部分——數(shù)據(jù)采集處理主程序和數(shù)據(jù)傳輸子程序。其中，數(shù)據(jù)采集處理主程序需要實(shí)現(xiàn)的功能是將前端傳感器采集的數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)，然后再依據(jù)相應(yīng)的算法進(jìn)行處理，最后將結(jié)果保存在指定的存儲(chǔ)地址內(nèi)。數(shù)據(jù)傳輸子程序的功能是將實(shí)時(shí)處理的結(jié)果通過無線模塊發(fā)送給移送終端。在這個(gè)傳送過程中考慮到應(yīng)盡量減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，同時(shí)兼顧到實(shí)際路段上的交通流的變化速率，在此處可以設(shè)為每?jī)擅胂蚪K端發(fā)送一次數(shù)據(jù)，從而使得數(shù)據(jù)能夠得到實(shí)時(shí)更新。

圖2 軟件流程圖

3 感應(yīng)區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1 設(shè)計(jì)思路

感應(yīng)區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以雷達(dá)監(jiān)測(cè)器為前端數(shù)據(jù)采集器，將采集的數(shù)據(jù)傳送到信號(hào)處理和控制中心，來實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)區(qū)域的控制。通過對(duì)主要路段的汽車經(jīng)過感應(yīng)區(qū)域的實(shí)時(shí)車速、單位時(shí)間進(jìn)入和離開某一感應(yīng)區(qū)域的車輛和行人數(shù)量等信息的分析和處理，獲取該感應(yīng)區(qū)域的相關(guān)數(shù)據(jù)。然后通過5G網(wǎng)絡(luò)快速將感應(yīng)獲取的結(jié)果發(fā)送給控制中心，處理結(jié)果以車載導(dǎo)航系統(tǒng)方式體現(xiàn)出來，見圖3；實(shí)時(shí)播報(bào)駕駛員視線盲區(qū)的感應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)了行人等情況以便駕駛員能有足夠的反應(yīng)時(shí)間和減速距離。這樣的控制中心可以根據(jù)當(dāng)前各個(gè)路口感應(yīng)區(qū)域通過的車輛和行人流量來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并且根據(jù)智能算法計(jì)算出當(dāng)前路口感應(yīng)區(qū)域的車輛和行人可能發(fā)生交通安全事故的安全距離，以此最大限度地避免發(fā)生交通安全事故的發(fā)生。

圖3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念圖

在本研究中，以機(jī)動(dòng)車通過感應(yīng)路口的平均速度、單位時(shí)間內(nèi)各個(gè)路口感應(yīng)區(qū)域通過的車輛和行人的流量以及行人和車輛得到具體感應(yīng)裝置發(fā)送的實(shí)時(shí)信號(hào)作出的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)距離為特征參量。整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集部分、信號(hào)處理部分、終端顯示部分。原始數(shù)據(jù)來自多個(gè)車輛監(jiān)測(cè)器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)處理部分對(duì)其進(jìn)行一定的分析和處理，提取出終端需要的信息，（感應(yīng)車輛和行人的特征參量）具體見圖4。

圖4 交通流量監(jiān)測(cè)裝置工程圖

4 結(jié)論

相較于傳統(tǒng)的交通安全設(shè)施而言，本文提出的基于紅外線雷達(dá)感應(yīng)監(jiān)測(cè)器技術(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路交叉口預(yù)警設(shè)計(jì)覆蓋面積廣、針對(duì)性強(qiáng)，同時(shí)也突破了傳統(tǒng)的信控方式，人性化建設(shè)充足。給行人和司機(jī)更加顯目的提醒和警告，從而降低了交通安全事故發(fā)生的頻率。一定程度上能夠彌補(bǔ)我國(guó)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路交通安全設(shè)施系統(tǒng)的短板，為未來全國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路交通安全設(shè)施系統(tǒng)問題提供一定的理論基礎(chǔ)和依據(jù)?？梢葬槍?duì)性地投入到鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃布局不規(guī)范且缺少交通安全設(shè)施或者有大量障礙物遮擋駕駛員和行人視線的十字交叉口，以減少鄉(xiāng)鎮(zhèn)交叉路口因缺乏交通安全設(shè)施導(dǎo)致的交通安全事故的概率。