一种夜间行人过街安全提示系统设计

刘丽华，李小江，许伟强，王超凡，高玉超

(河南城建学院 交通运输工程学院，河南 平顶山 467036)



一种夜间行人过街安全提示系统设计

刘丽华，李小江，许伟强，王超凡，高玉超

(河南城建学院 交通运输工程学院，河南 平顶山 467036)

为缓解行人与机动车间的冲突，避免夜间照明不足给行人过街带来的安全隐患，在总结国内外有关行人过街研究的基础上，基于交通信号控制方法，通过采集夜间行人及机动车的交通数据，研制了一种新型的夜间行人过街安全提示系统，实现了路段行人过街的信号控制，在此基础上进行了信号配时方案设计以及VISSIM仿真分析。VISSIM仿真结果表明：该系统可以保障夜间行人过街的安全，提高行人过街效率，同时不影响机动车的正常通行。

行人过街；夜间；安全提示系统；仿真分析

为缓解行人与机动车间的冲突，提高路段中行人过街的安全性，一般在公路道口、工矿企业、学校、住宅小区入口等行人过街路段设置斑马线、减速带、信号灯等交通设施。城市道路混合交通中，路段上的行人过街受到机动车行驶的干扰显著，同时行人过街也会影响机动车的正常行驶，造成路段的拥堵[1]。路段中因行人过街信号灯设置问题或行人过街设施缺失问题，造成行人过街不畅，过街行人与机动车、非机动车的相互干扰造成了交通秩序的混乱[2]。这些原因导致路段行人过街安全问题尤为突出，为了保证路段行人过街安全，同时减少行人与机动车冲突，国内外学者进行了相关研究。Tsuji T、Liu Xia等利用红外传感设计了一种夜视系统，保证夜间行车清晰的视线[3-4]。Geetam Tiwari等研究了行人过街等待的心理[5]。Charles V Zegeer等研究了减少行人过街事故的措施[6]。冯烁等设计改进了感应式行人过街信号控制系统，使其更加符合我国的交通特点[7]。韩慧敏、彭宏勤从行人过街人流量的角度分析了行人过街设施设置依据的有关计算，提出了设置人性化、科学合理的行人过街设施的措施[8]。俞耀进一步探索了减速带控速作用的若干规律，并且提出了一套较系统的公路减速带设计方法[9]。闵强提出了减速丘及减速带在不同车速条件的尺寸推荐值，以保障车辆行驶的安全[10]。李丹丹从交通工程学和交通心理学的角度，对减速设施的减速机理进行了分析[11]。刘兆惠等对夜间行人过街安全提示装置做了较多的研究[12-14]。以上学者主要研究了城市道路行人过街的特点、信号控制系统、减速设施红外传感夜视系统以及路段行人与机动车的冲突，有效地推动了城市道路行人过街安全提示系统的进步与发展，但是对于国道、省道等路段夜间行人过街安全设施等问题研究明显不足。

由于国道、省道等路段夜间光线不足，车辆驾驶员存在视线盲区容易产生视觉疲劳，夜间重大人车交通事故时常发生[15]。鉴于此，本文针对国道、省道等路段提出了一种新型的夜间行人过街安全提示系统，解决以下两个关键问题：(1)鉴于现阶段国内外对于夜间路段过街行人的警示方面研究较为欠缺，本文在实际调查分析的基础上，选择合理位置在路面埋设红黄两色提示灯，对过往车辆警示；(2)考虑到夜间视线不足，高速行驶的车辆难以及时制动，在行人通行区域设置合理的机动车减速区，在不影响机动车通行效率的同时，保证行人安全。

1 行人及机动车交通调查

以S241平宝大道某段的交通调查结果为例，道路设计车速为60 km/h，车流量为390辆/h，人流量为96人/h，车道宽度为7.5 m，可绘制出地点车速、行人步速累计频率分布曲线(见图1、图2)。

图1 地点车速累计频率分布曲线

图2 行人步速累计频率分布曲线

根据实际交通调查得到人流量、车流量、行人步速、车速等，选取85%位车速、15%位车速做为限速的依据，15%位步行速度为信号灯配时的依据，同时确定车辆检测器与横向减速标线的距离以及横向减速标线与人行横道的距离，结合VISSIM建模与仿真，可进一步分析该系统的可行性。

2 行人过街系统设计

2.1 技术路线

通过对S241的现场调查，采集夜间行人及机动车交通数据，经过整理分析得到行人步速特性及机动车车速特性，据此计算车辆检测器及横向减速标线的位置，在此基础上进行了信号配时方案设计(主要包括：机动车最短通行时间、行人过街绿灯时间、系统休眠时间)，最后进行模型制作和交通仿真。

图3 系统结构

2.2 系统结构设计

该系统主要由行人控制系统(包括请求式红绿灯和人行横道)与车辆提示系统(包括车辆检测器、限速标志、横向减速标线和解除限速)两大部分组成，其中，单片机对整个系统起到了智能控制作用，系统组织结构如图3所示。

2.3 系统工作布局

该系统根据不同的路况可设计出不同形式的工作布局，系统的各项参数也可根据具体的交通情况做出调整。以S241某段为例，根据实际调查的数据及分析，该系统设计车辆检测器距离横向减速标线65.5 m，横向减速标线距离停车线16.6 m，停车线距离人行横道1 m，减速区限速40 km/h，人行横道宽度3 m，该系统工作布局如图4所示。

2.4 系统运行过程

结合S241实际的交通调查，计算机动车、行人最短绿灯时间以及系统休眠时间等，对系统的信号灯进行初次配时。

行人过街前，首先按下行人过街请求按钮，随后语音提示“禁止通行”，同时请求式红绿灯人行横道方向显示红灯，行车方向显示绿灯，人行横道标线提示灯进行黄闪，提示车辆减速通行，其中绿灯持续时间为6 s，随后人行横道标线提示灯亮红灯，请求式红绿灯人行横道方向显示绿灯，行车方向显示红灯，语音提示“快速通行”，提示行人快速通过人行横道，持续时间为17 s，随后人行横道标线提示灯开始闪红灯，持续时间为3 s，语音提示“禁止通行”，这段时间行人快速离开行车道，车辆禁止通行，随后请求式红绿灯人行横道方向显示红灯，行车方向显示绿灯，人行横道标线提示灯显示黄色，持续5 s后整个系统休眠。

1.车辆检测器；2.横向减速标线；3.限速标志；4.请求式红绿灯；5.人行横道；6.解除限速。图4 系统工作布局

系统运行过程中：(1)系统的控制由单片机完成，如果车辆检测器检测到有车辆通过，则横向减速标线与限速标志会持续亮20 s，提示车辆减速慢行，如果没有车辆通过，两者自动休眠；(2)如果没有行人过街的请求，整个系统自动休眠，行人过街请求按钮按过之后，2.5 min之内再次按下按钮无效，2.5 min之后系统恢复使用。

2.5 系统参数设置

(1)车辆检测器到横向减速标线的距离等于反应距离加上减速距离，横向减速标线到停车线的距离等于制动距离；

(2)机动车最短通行时间等于车辆以一定的速度由车辆检测器到横向减速标线通行时间加上横向减速标线到停车线通行时间；

(3)行人过街最短绿灯时间的计算选取行人中位速度；

(4)系统休眠时间：问卷调查显示夜间路段等待过街行人达到3～4人时容易出现违规行为，为了不影响机动车通行效率，系统休眠时间根据行人累计到达4人时所耗费时间确定。

3 VISSIM仿真分析

结合实际路段交通调查的结果，确定了信号灯的配时，依据上述系统运行过程中的时间参数，采用VISSIM软件对该系统在此路段的应用效果进行了仿真分析，得到了延误、排队的结果如图5、图6所示。

图5 延误仿真结果

图6 排队仿真结果

在仿真路段内，系统仿真时间600 s，平均行程时间15.1 s，可计算车速53.9 km/h。仿真时段内通过51辆车，其中每辆车平均停车时间0.2 s，平均延误0.9 s，每辆车平均停车次数0.02次，最大排队长度7辆。仿真结果表明：该系统对于过往车辆没有造成过大的时间延误，也不会产生交通拥堵，同时保证了行人过街的安全性。

4 结语

通过对现有交通信号控制系统的调查分析，本文提出了一种新型的夜间行人过街安全提示系统，并利用VISSIM仿真软件对该系统的使用效果进行了分析。结果表明，该系统能够在不影响机动车通行效率的前提下，保障了夜间行人过街的安全。与现有技术相比，该系统具有以下优点：

(1)横向减速标线、人行横道下埋设有提示灯，夜间诱导标志更加醒目，弥补了现有道路经常出现的诱导标志磨损、反光效果不好等缺陷；

(2)当有人请求过街时，人行横道标线提示灯进行黄闪，可提醒司机有人要通过马路，车辆通过车辆检测器时，横向减速标线提示灯亮起，可提醒行人即将有车辆通过，同时提醒司机减速，保证行车的安全性与舒适性。提示灯系统与请求式红绿灯共同构成了行人过街的双重安全保障机制。

[1]杨亦慧, 朱艳茹, 李晓蔚. 路段行人过街设施问题实证研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2011, 11(1): 215-220.

[2]陈博. 路段行人过街设施安全性分析[J]. 城市交通, 2013, 11(4): 52-54.

[3]Tsuji T, Hattori H, Watanabe M, et al. Development of night-vision system[J]. Intelligent Transportation Systems, 2002, 3: 203-209.

[4]Xia Liu, Fujimura K. Pedestrian detection using stereo night vision Vehicular Technology[J]. Intelligent Transportation Systems, 2004, 53: 1657-1665.

[5]Geetam Tiwari, Shrikant Bangdiwala, Arvind Saraswat, et al. Survival analysis: Pedestrian risk exposure at signalized intersections[J]. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour, 2007, 10:77-89.

[6]Charles V Zegeer, Max Bushell. Pedestrian crash trends and potential countermeasures from around the world[J]. Accident Analysis & Prevention, 2012, 44: 3-11.

[7]冯烁. 路段感应式行人过街信号控制系统的优化设计[J].大众科技, 2014, 16(6): 24-27.

[8]韩慧敏, 彭宏勤.行人过街设施的设置依据与措施[J].湖南交通科技, 2007, 33(04): 134-136.

[9]俞耀. 山区公路减速带应用技术关键问题研究[D]. 重庆: 重庆交通大学, 2010.

[10]闵强. 道路减速设施应用技术研究[D]. 重庆: 重庆交通大学, 2014.

[11]李丹丹. 高速公路减速设施的设置与应用[D]. 西安: 长安大学, 2011.

[12]刘兆惠, 刘兆君. 压电式夜间行人过街安全提示装置[P]. 中国专利: CN202595648U，2012-12-12.

[13]刘兆惠, 王超.太阳能式夜间行人过街安全提示装置[P]. 中国专利: CN202595647U, 2012-12-12.

[14]刘兆惠, 王超. 城市道路中央分隔带人行通道处安全提示装置[P]. 中国专利: CN202595649U, 2012-12-12.

[15]周伟良, 代希奎. 夜晚九点段车祸最致命[N]. 广州日报, 2013-06-28(DGA3).

Research on design of system for pedestrian safety crossing at night

LIU Li-hua, LI Xiao-jiang, XU Wei-qiang, WANG Chao-fan, GAO Yu-chao

(SchoolofTransportationEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China)

In order to alleviate the conflict between pedestrians and motor vehicle, avoiding hidden dangerous caused by insufficient light for pedestrian crossing at night. By summarizing the relevant domestic and abroad research on pedestrian crossing, based on the traffic signal control methods, the traffic data of pedestrians and vehicles were collected to develop a new system for pedestrian safety crossing and implement a signal control for pedestrian crossing. On this basis, the design of signal plans and VISSIM simulation had been done. By using the software of VISSIM, the results showed that the system can improve the safety and efficiency for pedestrian crossing at night, and did not affect the normal passage of motor vehicles as well.

pedestrian crossing; night; safety suggestive system; simulation and analysis

2015-07-12

刘丽华(1984-)，女，河北唐山人，博士研究生，讲师。

1674-7046(2015)06-0037-04

10.14140/j.cnki.hncjxb.2015.06.008

U491.4

A