混合交通環境下信號交叉口行人過街系統設計

米曉越 朱茂雷 張 睿 童 偉

調查研究發現，我國城市道路里程占據全國的7.5%，但發生于城市道路的交通事故卻占總交通事故數的45.8%。對于城市道路來說，道路交叉口是各類交通的集散地，但同時也是事故的多發地，城市交叉口中平面交叉口所占比重較大，且交叉口處人、車流情況極為復雜，故研究交叉口行人過街問題有著十分重要的現實意義。

1 行人過街存在的問題

通過對蘇州典型交叉口進行調研及問卷調查，發現在行人過街過程中存在以下問題。

1.1 平面交叉口行人與右轉機動車沖突

通過對平面交叉口數據采集和實地調查發現，在交叉口右轉機動車與行人的沖突非常頻繁，特別是有進口道直行車輛和左轉車輛停車等待時，右轉車輛易被直行或左轉車輛遮擋視線，一般情況下采用右轉車輛主動讓行這一方案來解決問題，因而導致了兩種不利于行車的影響，一是右轉車輛易與左側過街行人容易產生沖突，二是在被遮擋視線的情況下，右轉車輛不得不減緩行駛速度來避免與行人產生碰撞，此時不管是否有行人通過，都會降低車輛的行駛效率，提高右轉車輛的通行延誤。

1.2 行人紅燈等待時間長

在某些交叉口，為了在高峰時段為了緩解交通擁堵，設計紅燈時間往往過長，但這種做法往往忽視過往行人通行，是對行人權利的侵害，如果紅燈導致行人長時間等待，易使行人出現焦躁、厭煩等不良情緒，間接導致了行人闖紅燈的不良后果。

1.3 行人過街距離長，缺乏過街保護

某些六車道以上的城市道路交叉口行人過街距離太長，同時很多交叉口未曾增設行人過街安全島，信號清空難度大，這樣不合理的的交叉口設計使得交通運行受到很多制約。

1.4 行人過街等待區劃分不明確

在很多交叉口，行人等候紅燈的區域，人車混雜的現象比比皆是，這種現象容易導致很多問題：行人搶占斑馬線影響汽車通行，行人交通規則意識淡薄，行人與非機動車互相占道搶道，這些都或多或少存在安全隱患。

1.5 行人過街綠閃清空時間不足

根據《中華人民共和國道路交通管理條例》第十二條規定，綠燈亮時，準許行人通過人行橫道，綠燈閃爍時，不準行人進入人行橫道。然而在實際工程設計中，設計師有時很難把握綠閃時間這一尺度，從而導致當綠閃結束時，仍有行人滯留在人行道上，無法完全清空，一方面影響了車輛的行車效率，另一方面行人的安全問題也不可忽視。

1.6 行人低頭玩手機，無法注意到已經來到信號交叉口

信息化的高速發展，導致人們對手機的依賴日益嚴重，盡管人們深知低頭玩手機過馬路的危害，但是大多數人仍然無法在行走時抗拒手機的魅力。當行人行進至交叉口時，易與車輛產生碰撞。面對“低頭族”成為交叉口行人過街新隱患，不僅需要國家出臺相關政策來懲戒這一行為，也需要我們在道路交叉口設置一些設施來提醒行人。

2 信號交叉口行人過街系統

基于調研得出的結果，以及比對現有過街安全措施，本文設計了一種信號交叉口行人過街系統，通過感應技術、電子信息技術檢測右轉車輛，在距離行人相當的距離，通過重力感應傳遞到地面信號燈，進而將信息傳達給行人，保證行人過街安全。同時劃分了行人過街等待區域，避免行人在等待過程中由于位置不恰當引發交通事故。以信號燈的閃爍顏色及頻率來傳遞右轉車輛信息及行進信號。

2.1 系統的裝置組成及功能

行人過街系統的組成如圖1，2 所示，該系統主要有兩個裝置組成。

圖1

圖2

2.1.1 右轉車輛速度及位置檢測裝置

多數交叉口實行右轉無紅綠燈控制的情況，這就意味著當行人按綠燈直行時會與右轉車輛發生沖突，特別是進口道直行車輛和左轉車輛遇到紅燈停車等待時，會遮擋右轉車輛轉彎時的視線，使人行道出現視線盲區[1]。若此時行人按綠燈過街時，極易發生交通事故，威脅到行人的人身安全。該裝置主要通過重力感應區的檢測車輛行駛位置，同時通過測定汽車通過重力感應區的時間進而計算行車速度，并將行車速度傳遞到地面信號燈，為行人提供是否可以安全過街提供決策支持。

2.1.2 地面信號燈顯示裝置

通過重力感應區檢測到車輛的位置及速度信息時，需要及時將信息傳遞給行人，同時由于行人過街等待區域劃分不明顯，部分行人會直接站在斑馬線上，具有一定的危險性，如果遇到行人站位散亂時，會對行車造成不利影響，造成一定程度的交通擁堵。該裝置以地面信號燈的方式規定行人的等待區域，且與交通信號燈關聯起來，通過紅燈、綠燈、紅綠燈交替閃爍等的方式將行進信息傳遞給行人，由于位置設置在地面，可以避免部分行人在等待期間玩手機錯過紅路燈的情況，晚上由于光線不足導致行人無法區分斑馬線的情況也會有所幫助。

2.2 設計方案

2.2.1 行人等待區與地面信號燈同步顯示，提示行人站在該區域內等待過街。

2.2.2 當交通信號燈顯示為紅色時，地面信號燈同時顯示為紅色，行人需在等待區內等候。反之為綠燈時，可正常通行。

2.2.3 當行人通過十字路口時，需面臨起步范圍內的左側右轉車輛及結束范圍內的右側右轉車輛，當行人過街過程中右側存在右轉車輛，此時斑馬線右側地面信號燈將出現紅綠交替閃爍的情況，并以不同的交替閃爍頻率來提示行人右轉車輛的車速，同時右轉車輛在行進過程中也可以通過地面信號燈閃爍的情況來調整車速。反之，左側存在右轉車輛時，斑馬線右側信號燈交替閃爍，以此種方式保障行人過街安全。

2.3 關鍵技術

2.3.1 感應技術

2.3.1.1 感性技術原理

重力感應器實質上是一種將汽車的重量轉化為電信號輸出的裝置，是一組閉合線圈，閉合線圈與電容組合成振蕩器，當車輛在感應線上通過時，會產生渦流，使中心頻率發生偏移，當單片機檢測達到偏移頻率時，就判定車輛通過。在本系統中，重力傳感器檢測汽車重量，系統會根據所得到的數據傳達給地面信號燈進行控制。

2.3.1.2 傳感器位置的確定

重力感應器的位置距離交叉口人行道不宜太近也不宜太遠，太近無法給行人足夠的時間反應，太遠浪費清空時間，影響通行效率，所以傳感器的位置應根據測得的具有代表性的車速來確定傳感器與人行道之間的安全距離。

2.3.2 電子信息技術

2.3.2.1 電子信息技術原理

通過信號控制系統，將重力傳感器得到的數據轉化為電信號，再通過程序轉化為地面交通信號，用以提醒行人前方有右轉車輛通過，避免行人與右轉車輛產生沖突。

2.3.2.2 信號控制系統流程設計

（1）參數讀取：在電子信號控制程序中，寫入綠燈時間、黃燈時間、紅燈時間、機動車通行時間等程序

（2）利用程序控制，如果沒有感應到右轉車輛，則路面信號燈與交通信號燈保持一致，即交通信號燈為綠燈，則路面信號燈也為綠燈，交通信號燈為紅燈，路面信號燈保持紅燈。

（3）系統感應到右轉車輛，并根據通過時間計算車速，利用紅綠交替閃爍提醒路人注意右轉車輛出現，判定右轉車輛通過后，繼續轉入（2）中。

2.3.3 測速技術

首先，在多次測速實驗中通過多組數據測量右轉車道車輛在交叉口上游的車速，通過圖表分析的方式選取具有代表性的車速作為右轉車輛與行人沖突的安全制動速度，從而確定感應區至人行橫道的安全距離，依此來設計重力感應區域，并根據得到的速度判斷右轉車輛是否會與行人相撞，從而將信息通過信號燈準確無誤地傳達給行人，為行人安全通行提供有效的保障。

2.3.4 工作原理

2.3.4.1 檢測模塊：通過設計重力傳感器、測速儀器等檢測裝置，檢測右轉方向及其上游是否有車輛通過或即將通過交叉路口。

2.3.4.2 信息處理模塊：若右轉車道有車輛即將通過，重力感應器將接受到來自車輛傳遞的重力信號，并將這種重力信號通過閉合線圈的方式轉化為電信號，再通過計算機軟件程序處理，將電信號轉化為不同警示顏色的地面交通信號。

2.3.4.3 警示信號燈模塊：在右轉車輛通過時，首先用黃色閃爍信號燈提醒行人前方有右轉車輛通過，行人收到提醒，待車輛接近人行橫道時，地面信號燈轉為紅色，行人停下等待車輛順利通過，避免人車沖突，提高通行效率的同時也保障了行人的安全。

3 結論

行人過街系統在調研得到的過街問題的基礎上，進行了系統分析，從解決相關問題的角度出發得到的，該系統為行人提供必要的過街信息，同時也為右轉車輛提供變速信息，從而避免右轉車輛與行人過街時的沖突，降低道路交通事故率，同時規范了行人過街的等待區，避免亂站位的現象的出現，從而降低了右轉車輛的通行延誤，對于緩解交通擁堵和道路交通事故有重要意義。