智能“禮讓行人”交通控制系統設計與制作

陳雨瀟

摘 要：禮讓行人是現代司機必須遵守的規則，但是由于行人行動的不確定性和突發性，在沒有提前預警下，司機難免急剎車，這就容易導致后車追尾。另外，如果司機行駛到人行道附近就要減速等待行人通過，有時只有一位行人，就會造成整條道路的擁堵，尤其是在上下班的高峰時段。制作一款既能夠預警又能夠保證車輛行駛效率的交通燈控制系統十分必要。本文分析了已有的文獻，指出各種已有解決方案的不足，并在此基礎上設計了一套智能禮讓行人交通控制系統，利用各種元配件組裝成演示模型。演示模型能夠實現預期目標，重復性好，對未來實際應用是有益的探索。

關鍵詞：禮讓行人;智能交通燈;人行道;交通規則

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0034-02

0 引言

“禮讓行人”是近年全國各地推行的一項重要交通規則，行人作為交通中的弱者需要得到切實的保護，但是實際交通狀況復雜，如果簡單的執行發現有行人要通過馬路所有正常行駛的汽車就必須緊急停止的規定，容易造成交通擁堵，甚至交通事故。山東省濰坊市區內就發生多起因前車禮讓行人緊急剎車而導致后車追尾的事故。經常發生追尾事故的人行橫道往往沒有配套的交通燈控制，如果能夠有合理的人行道交通燈控制系統，就可以從技術手段解決禮讓行人帶來的交通隱患。當前已經有多項研究工作報道了各類交通控制系統，但這些系統存在以下一些問題：

（1）研究關注點多在于十字路口汽車通行效率，而沒有關注普通人行道禮讓行人[1-4]。禮讓行人引發的交通事故往往在普通車道中的某一段，而非十字路口，由于禮讓行人是新推行的規則，當前完全為其設計系統還很少見。（2）有的研究解決問題的方案側重于在原有交通燈上更改規則[1]。由于傳統交通燈多用探測器探測車流量而不是行人流量，單純的更改交通規則仍沒有將行人作為一個改變交通燈的因素考慮進來，不能解決禮讓行人問題。（3）有的研究利用地感線圈探測流量[2]。地感線圈作為主要探測元件存在一些不可避免的問題，例如安裝時需要將道路破壞，安裝成本大，且容易受到地下電纜管線、鋼筋、下水道蓋等金屬物的干擾。相關裝置也沒有針對人行道禮讓行人進行設計。（4）有的研究利用圖像技術監控流量[3]。這套系統結合模糊算法控制交通燈但是并沒有考慮禮讓行人問題，同時視頻采集車流量容易受到雨天、霧天等天氣的影響，容易出現統計誤差。（5）有的研究利用壓力傳感器探測車流量[4]。這套方案容易產生大型車誤判，當大型車滿載時，其重量將是小型車的幾倍，但是壓力傳感器不能夠分辨，會誤以為有多輛車等待通行，反而擾亂了正常的交通順序。（6）有的研究設計了按鈕式人行道交通燈[5]。這種方案不能有效區分行人人數，在繁忙地段如果是單個行人便阻斷車流的行駛，會降低車輛運行的效率。最好能夠根據地段的不同，能夠粗略統計行人人數再改變交通燈。另外，這種方案需要行人主動發起信號，增加了行人的不便。

在已有研究的成果基礎上，本文考慮到行人的重量相差不大，可以以壓力傳感器粗略統計行人個數，同時利用紅外傳感器統計車流量，避免天氣影響并降低施工的困難，設計了一種能夠應用于普通道路的交通等系統。

1 工作原理

車流量檢測裝置采用紅外傳感器，通過感應記錄持續通過車輛時間，進而預估車流量。紅外傳感器位置可以根據道路特點安裝在距離交通燈不同的距離，安裝的距離越遠并持續檢測到信號意味著車流量越大。行人流量檢測裝置采用壓力傳感器，由于人體重量基本相當，可以通過設定特定壓力值來代表運行行人通行的基礎人數。紅外傳感器和壓力傳感器檢測到信號后，再根據設定的交通燈變換規則，控制交通燈。由于各個路段情況不同，可以設定不同的規則，下面舉例一種簡單的規則。首先對可能出現的交通情況進行定義。

人流量大定義：壓力傳感器感受到超過某一數值的壓力（假設為5個人，400kg，實際模型用手指壓力代替）;

人流量小定義：壓力傳感器感受到較小壓力或沒有受到壓力;

車流量大定義：如果紅外探測器持續探測到車，說明車輛很多;

車流量小定義：紅外探測器沒有探測到車。

根據以上定義，設定下列規則。

1.1 車流量大，人流量大

信號燈采取10秒間隔，輪流交替放行車輛和行人。

1.2 車流量大，人流量小

優先汽車通行，避免擁堵。汽車車道方向交通燈綠燈亮10秒，變換紅燈亮3秒。人行道方向車燈紅燈亮10秒，變換綠燈亮3秒。

1.3 車流量小，人流量大

優先行人通行。人行道方向交通燈綠燈亮10秒，變換紅燈亮3秒。汽車車道方向車燈紅燈亮10秒，變換綠燈亮3秒。

1.4 車流量小，人流量小

優先行人通行。人行道方向交通燈綠燈常亮。當檢測到有汽車后，激發“車流量大，人流量小”條件。

2 配件材料

為了實現上述規則，本文利用電阻式薄膜壓力傳感器探頭制作壓力傳感器探測行人流量，利用紅外線發射與接收管制作紅外傳感器探測車流量。整套裝置還利用了杜邦線、面包板、電阻、交通燈模型、開發板、擴展板、布景貼紙等元配件。所有配件如圖1所示。

3 線路連接

線路設計圖如圖2所示，線路連接模擬圖如圖3所示。

4 實際效果

將各部件組裝調試后，完成了圖4所示的系統模型，該模型各項功能均能正常運行。

4.1 車流量大，人流量大

當車輛設置在紅外傳感器附近使其一直探測到車輛信號，同時壓力傳感器承受超過設定值的壓力后，啟動車流量大、人流量大模式。交通燈采取紅綠燈間隔10秒變換，輪流交替放行車輛和行人。

4.2 車流量大，人流量小

當紅外傳感器一直檢測到車輛信號，但是壓力傳感器沒有檢測到超過設定值的壓力，則啟動車流量大、人流量小模式，保證汽車通行時間長，行人通行時間短，提升交通效率。汽車通行時間較長為10秒，等待時間較短為3秒;行人通行時間較短為3秒，等待時間較長為10秒。

4.3 車流量小，人流量大

當設置在合適位置的紅外傳感器沒有檢測出車輛信號，說明車流量較小，而如果此時壓力傳感器檢測到超過設定值的壓力，說明人流量較大，啟動車流量小、人流量大模式。這種模式下優先行人通行，行人通行時間較長為10秒，等待時間較短為3秒;汽車通行時間較短為3秒，等待時間較長為10秒。

4.4 車流量小，人流量小

當紅外傳感器和壓力傳感器都沒有檢測到明顯的信號，此時啟動車流量小人流量小模式，優先行人通行。這種情況下，將人行道方向交通燈綠燈設置為常亮，行人可以隨時通過。而只有當紅外傳感器檢測到汽車后，啟動車流量大、人流量小模式。

整套裝置能夠有效完成前期規則設定，能夠有效避免禮讓行人帶來的交通安全隱患，同時提升交通運行效率。

5 結語

禮讓行人是近年推行的保護行人的交通規則，這個規則的出發點是好的，但是實際的交通設施以及配套的規則與禮讓行人規則匹配度不高，經常造成車輛在人行道緊急剎車，后車極易追尾。傳統的智能交通燈方案往往只針對車流量大的十字路口，并不適用于普通道路上的人行橫道。按鈕式交通燈雖然能夠起到預警作用，但是其不能夠分辨人數，容易造成交通運行效率下降。本文設計了一款通過壓力傳感器粗略統計行人人數，利用紅外傳感器統計車流量的交通燈控制系統，并設計了一套針對各類交通情況的交通燈變換方案，能夠有效為汽車提示行人通過人行道的預警同時保證交通運行效率最大化。

參考文獻

[1] 王成勇.智能交通燈控制系統[J].廣東技術師范學院學報，2006（04）：92-94.

[2] 溫志達，梁桂榮，陳碧銘，等.基于車流量的智能交通燈控制系統[J].自動化技術與應用，2009，28（06）：115-118.

[3] 張立成，蔣楠，杭亦文，等.基于視頻控制的智能交通燈[J].電子測量技術，2011，34（06）：30-32+36.

[4] 蔡軍，曹慧英.智能交通燈控制系統的設計與實現[J].重慶郵電學院學報（自然科學版），2004（03）：129-132.

[5] 陳連勇.基于三菱PLC的城市主干車道按鈕式人行道交通燈控制系統設計[J].機電信息，2014（27）：142-143.