道路交叉口3D光屏信号装置研究★

韩玉鹏 阎春利 杨 淇 李 昕 徐琳琳 罗晓亮

(东北林业大学交通学院,黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

目前我国对信号交叉口的管理措施，尤其对于闯红灯行为的处罚措施不显著、行人的安全意识淡薄和法律约束力不够、行人闯红灯与红绿灯等交通设施设置不合理以及行人的从众心理和侥幸心理等因素，使得闯红灯行为日益严重。为了减少行人闯红灯的现象，利用激光光屏成像让行人能“看得见”，利用语音识别系统让行人“听得到”，构建道路交叉口3D光屏信号系统。论文设计的装置对在红灯时通过人行道的行人进行语音以及光幕提醒，通过视觉和听觉的双重作用，达到提高道路交叉口交通秩序的目的。在绿灯时此装置自动关闭，进行待机状态，不影响行人正常通行。此装置比单纯的道路交叉口信号装置更醒目，更能阻止行人违规通行，从而降低交通事故的概率，保障人民群众的生命安全。

1 3D光屏信号系统

1.1 3D光屏系统原理

此系统需要光束可见，并要求系统识别速度快，精度高，抗光、电干扰能力强等，所以发光端需要激光，因此需用激光传感器。

激光传感器由激光器、激光检测器和测量电路组成。当激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲,经目标反射后激光向各方向散射,部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上,其工作原理如图1所示。

雪崩光电二极管具有光电流成倍地激增的作用，当雪崩二极管检测到光信号的变化，其电流发生改变，由采样电阻将电流转换为电压，再由差动放大器放大，传入单片机控制器，电流放大电路如图2所示。

RPR220是一种一体化反射型光电探测器。其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。

集成运放LM324采用14脚双列直插塑料封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立，每一组放大器有三个引脚，其中“+”“-”为两个信号输入端，“V0”为信号输出端。

1.2 3D光屏软件设计

该系统需要在单片机控制系统中接入与红绿灯相同配时的计时系统，以达到与红绿灯同步的目的。由于当行人通过时接收机无法接收到激光以至于二极管电流减小，将此电流经过电阻转换后的电压由差放器放大后设为此电路最小电压。输入单片机控制系统的电流为此电压时(即最小电压)，说明有行人横穿此系统，报警器启动，进行语音提醒。

在初始化单片机后，根据当前路段红绿灯配时输入红绿灯倒计时数值，随后判断是否为红灯。

1)若为红灯则开启3D光屏系统并进入红灯倒计时，在倒计时未完毕的整个过程中进行电压检测，即是否为最小电压，若不是则继续计入倒计时，若是最小电压则证明有行人违章通行，就会启动报警器警示行人，继而再回到倒计时。

2)若不是红灯则关闭3D光屏系统并开启行人通过语音提示，继而进行倒计时，直至倒计时完毕，关闭语音提示，开启3D光屏系统。

2 3D光屏系统主要模块

2.1 光屏成像模块

通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意义的各种信息，至少有80%以上的外界信息经视觉获得，视觉是人和动物最重要的感觉。因此采用视觉刺激提示来提醒行人和车辆，在行人和车辆前呈现一个巨大的激光光屏达到这个目的。激光光屏成像由两根激光发射器柱与接收器柱组成，两柱之间的距离等于斑马线的宽度。由激光发射器发出密集可见激光，这些可见激光被激光接收器接收，会出现由密集可见激光组成的光屏，光屏的颜色为红色。当面向行人的光屏为红色时，表示禁止通行；而当行人可以通行时，在垂直的机动车行驶方向显示为红色光屏。光屏显示从视觉上提醒行人和车辆，给行人和驾驶员更加清晰的指示。而且由于光屏给人以一块幕布遮挡的感觉，能更好地阻止行人的通行。这种光屏信号可以更好地起到交通信号管理的目的。

2.2 语音红外检测模块

语音红外检测模块的主要功能是对还没有通行的人以及闯红灯的行人进行提示和警告，主要由红外线检测装置和语音提示喇叭两部分组成。当绿灯信号时，红外线检测装置关闭，语音功能开启，对过街行人会进行提前提示，语音喇叭会发出“请准备过路口”或者“请迅速通过路口”的提示语音，红灯信号时，红外线检测装置开启，当红外线检测到有行人闯红灯之后，通过指令发送语音功能，语音提示发出“请不要闯红灯”的声音，警告闯红灯行为。

3 结语

3D光屏信号灯装置是集光屏成像与语音提示为一体的交叉口信号控制装置，目的在于控制交叉口行人闯红灯的行为。此装置能够有效的控制路口交通秩序，减少行人闯红灯的可能，是一种简单易行的交叉口控制装置。本装置结构简单，效率高，维护简单并且采用单片机控制，目前国内缺少这种实际的装置。

在此感谢学校的支持以及东北林业大学大学生创新训练项目组同学的倾力付出和愉快合作。