行人過街信號智能優(yōu)化控制方法探討

張玉鑫 陳雨菲 白霄鵬 林薈子 王悅

摘 要 對行人過街進行精細化信號智能控制研究。基于行人過街特性，研究行人過街速度與數(shù)量關系及人車數(shù)量換算參數(shù)模型;利用視頻處理技術，采用yolov3-cuda算法以俯視視角識別行人及各種車輛。以行人最小/大綠燈時間、車輛最小/大綠燈時間、車輛總延誤及人車數(shù)量換算系數(shù)為判定條件，實時得出行人過街最優(yōu)信號配時方案從而提高道路通行效率。

關鍵詞 視頻處理;感應配時;人車協(xié)同;人車換算

引言

國內(nèi)外開展了大量研究，但在行人過街問題上集中為按鍵式信號控制或固定信號配時方式，缺乏對行人過街數(shù)量或過街特性的深層分析，易造成信號空放、行人闖紅燈、行人信號不足等問題，致使行人過街混亂、事故頻發(fā)等，構(gòu)成“中國式過馬路”的國際鬧劇[1-2]。基于上述問題，研究行人過街信號智能優(yōu)化控制至關重要。

1視頻圖像處理

采用yolov3算法，將圖片分割為數(shù)個小塊，對中心位于其中的物體進行特征分析，對每個小塊預測B個bounding box及其置信度（confidence score），并預測C個類別概率。

重點識別person、car、motorcycle、bus、truck五類。考慮到實際使用場合大多為俯視視角，使用官方默認數(shù)據(jù)集效果不理想，因此在應用中使用針對俯視視角訓練的數(shù)據(jù)集。

其中，通過顏色直方圖與位置分析組合的方式區(qū)分是否為同一物體，若下一幀中的某一物體在上一幀的同類物體附近，且顏色特征與上一幀中的物體相似即作為同一物體處理，由此測算物體的運動軌跡以及運動狀態(tài)。由于yolov3處理速率較慢，實際使用yolov3-cuda，accuracy>75%時視為檢測成功，在使用cuda的情況下處理速率可達約0.028s/張，可以達到及時（30幀）處理的性能要求[3-4]。

2行人過街特性分析

為獲取行人過街速度與數(shù)量的關系，微信號燈配時提供理論依據(jù)，本組于長春市、吉林市、松原市、公主嶺市、揚州市選取了部分交叉口進行實地考察觀測，并將考察數(shù)據(jù)進行擬合，得出適用于本課題的行人過街速度與數(shù)量關系：式中，表示行人過街速度;表示行人過街數(shù)量。3人-車協(xié)同的信號配時

車輛總延誤采用均衡延誤模型：

式中，表示車輛總延誤;表示飽和流率;表示到達率;表示車輛紅燈時間。行人過街車、人數(shù)量換算參數(shù)模型如下：

式中，Vc、VP表示行人過街速度及車輛在交叉口行駛速度;NP表示行人過街數(shù)量，檢測器檢測車輛數(shù)量;TP、TC表示行人過街時間及車輛通過交叉口時間;表示車輛在交叉口內(nèi)行駛距離，通常取10米，表示行人過街距離，數(shù)值視交叉口情況而定;h表示為飽和車頭時距，通常采用2秒;α為調(diào)整系數(shù)即為動態(tài)參數(shù)，可根據(jù)管理理念決定;表示為當前車輛起動總損失時間（單位/秒），車輛數(shù)為1/2/3時，ts分別為3/5/6秒，車輛數(shù)超過3輛時，ts取6.5秒。

其中，行人最小、最大綠燈時間，車輛最小、最大綠燈時間和D0可根據(jù)實地調(diào)研進行調(diào)整。

3結(jié)束語

本項目構(gòu)建了行人過街信號智能優(yōu)化控制方法，通過分析行人過街特性，研究行人過街數(shù)量等因素與過街時長的級配關系;利用視頻處理技術，研究行人人群數(shù)量快速估計方法;結(jié)合地感線圈與其他傳感器信號得到的車輛信息，構(gòu)建行人過街信號優(yōu)化配時方法，從而優(yōu)化行人過街組織和管理，提高道路通行效率和道路安全程度。

本項目的創(chuàng)新點在于：

（1）視頻檢測中通過顏色直方圖與位置分析組合的方式區(qū)分是否為同一物體;

（2）通過人、車經(jīng)過行人過街區(qū)域的時間關系構(gòu)建人、車換算參數(shù)模型，構(gòu)建人-車協(xié)同的配時方案;

（3）在人、車換算參數(shù)模型中插入調(diào)整系數(shù)，使得模型更加靈活，適用范圍更廣。

參考文獻

[1] 陳白磊，彭國雄.行人交通控制信號設置方法研究[J].中國公路學報，2001，5（1）：73-77.

[2] 李娜.路段行人過街信號與交叉口信號協(xié)調(diào)控制研究[D].東南大學碩士論文.南京：東南大學，2004：27-29.

[3] 楊曉光.行人交通信號控制方法研究[J].中國公路學報，2001（7）： 23-27.

[4] 趙靖，馬萬經(jīng)，楊曉光.考慮下游交叉口的路段行人過街優(yōu)化控制模型[J].同濟大學學報（自然科學版），2014，42（10）：1536-1542.

作者簡介

張玉鑫（1999-），女，吉林省公主嶺人;在讀本科，研究方向：交通工程。