智能“礼让行人”交通控制系统设计与制作

陈雨潇

摘 要：礼让行人是现代司机必须遵守的规则，但是由于行人行动的不确定性和突发性，在没有提前预警下，司机难免急刹车，这就容易导致后车追尾。另外，如果司机行驶到人行道附近就要减速等待行人通过，有时只有一位行人，就会造成整条道路的拥堵，尤其是在上下班的高峰时段。制作一款既能够预警又能够保证车辆行驶效率的交通灯控制系统十分必要。本文分析了已有的文献，指出各种已有解决方案的不足，并在此基础上设计了一套智能礼让行人交通控制系统，利用各种元配件组装成演示模型。演示模型能够实现预期目标，重复性好，对未来实际应用是有益的探索。

关键词：礼让行人;智能交通灯;人行道;交通规则

中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）21-0034-02

0 引言

“礼让行人”是近年全国各地推行的一项重要交通规则，行人作为交通中的弱者需要得到切实的保护，但是实际交通状况复杂，如果简单的执行发现有行人要通过马路所有正常行驶的汽车就必须紧急停止的规定，容易造成交通拥堵，甚至交通事故。山东省潍坊市区内就发生多起因前车礼让行人紧急刹车而导致后车追尾的事故。经常发生追尾事故的人行横道往往没有配套的交通灯控制，如果能够有合理的人行道交通灯控制系统，就可以从技术手段解决礼让行人带来的交通隐患。当前已经有多项研究工作报道了各类交通控制系统，但这些系统存在以下一些问题：

（1）研究关注点多在于十字路口汽车通行效率，而没有关注普通人行道礼让行人[1-4]。礼让行人引发的交通事故往往在普通车道中的某一段，而非十字路口，由于礼让行人是新推行的规则，当前完全为其设计系统还很少见。（2）有的研究解决问题的方案侧重于在原有交通灯上更改规则[1]。由于传统交通灯多用探测器探测车流量而不是行人流量，单纯的更改交通规则仍没有将行人作为一个改变交通灯的因素考虑进来，不能解决礼让行人问题。（3）有的研究利用地感线圈探测流量[2]。地感线圈作为主要探测元件存在一些不可避免的问题，例如安装时需要将道路破坏，安装成本大，且容易受到地下电缆管线、钢筋、下水道盖等金属物的干扰。相关装置也没有针对人行道礼让行人进行设计。（4）有的研究利用图像技术监控流量[3]。这套系统结合模糊算法控制交通灯但是并没有考虑礼让行人问题，同时视频采集车流量容易受到雨天、雾天等天气的影响，容易出现统计误差。（5）有的研究利用压力传感器探测车流量[4]。这套方案容易产生大型车误判，当大型车满载时，其重量将是小型车的几倍，但是压力传感器不能够分辨，会误以为有多辆车等待通行，反而扰乱了正常的交通顺序。（6）有的研究设计了按钮式人行道交通灯[5]。这种方案不能有效区分行人人数，在繁忙地段如果是单个行人便阻断车流的行驶，会降低车辆运行的效率。最好能够根据地段的不同，能够粗略统计行人人数再改变交通灯。另外，这种方案需要行人主动发起信号，增加了行人的不便。

在已有研究的成果基础上，本文考虑到行人的重量相差不大，可以以压力传感器粗略统计行人个数，同时利用红外传感器统计车流量，避免天气影响并降低施工的困难，设计了一种能够应用于普通道路的交通等系统。

1 工作原理

车流量检测装置采用红外传感器，通过感应记录持续通过车辆时间，进而预估车流量。红外传感器位置可以根据道路特点安装在距离交通灯不同的距离，安装的距离越远并持续检测到信号意味着车流量越大。行人流量检测装置采用压力传感器，由于人体重量基本相当，可以通过设定特定压力值来代表运行行人通行的基础人数。红外传感器和压力传感器检测到信号后，再根据设定的交通灯变换规则，控制交通灯。由于各个路段情况不同，可以设定不同的规则，下面举例一种简单的规则。首先对可能出现的交通情况进行定义。

人流量大定义：压力传感器感受到超过某一数值的压力（假设为5个人，400kg，实际模型用手指压力代替）;

人流量小定义：压力传感器感受到较小压力或没有受到压力;

车流量大定义：如果红外探测器持续探测到车，说明车辆很多;

车流量小定義：红外探测器没有探测到车。

根据以上定义，设定下列规则。

1.1 车流量大，人流量大

信号灯采取10秒间隔，轮流交替放行车辆和行人。

1.2 车流量大，人流量小

优先汽车通行，避免拥堵。汽车车道方向交通灯绿灯亮10秒，变换红灯亮3秒。人行道方向车灯红灯亮10秒，变换绿灯亮3秒。

1.3 车流量小，人流量大

优先行人通行。人行道方向交通灯绿灯亮10秒，变换红灯亮3秒。汽车车道方向车灯红灯亮10秒，变换绿灯亮3秒。

1.4 车流量小，人流量小

优先行人通行。人行道方向交通灯绿灯常亮。当检测到有汽车后，激发“车流量大，人流量小”条件。

2 配件材料

为了实现上述规则，本文利用电阻式薄膜压力传感器探头制作压力传感器探测行人流量，利用红外线发射与接收管制作红外传感器探测车流量。整套装置还利用了杜邦线、面包板、电阻、交通灯模型、开发板、扩展板、布景贴纸等元配件。所有配件如图1所示。

3 线路连接

线路设计图如图2所示，线路连接模拟图如图3所示。

4 实际效果

将各部件组装调试后，完成了图4所示的系统模型，该模型各项功能均能正常运行。

4.1 车流量大，人流量大

当车辆设置在红外传感器附近使其一直探测到车辆信号，同时压力传感器承受超过设定值的压力后，启动车流量大、人流量大模式。交通灯采取红绿灯间隔10秒变换，轮流交替放行车辆和行人。

4.2 车流量大，人流量小

当红外传感器一直检测到车辆信号，但是压力传感器没有检测到超过设定值的压力，则启动车流量大、人流量小模式，保证汽车通行时间长，行人通行时间短，提升交通效率。汽车通行时间较长为10秒，等待时间较短为3秒;行人通行时间较短为3秒，等待时间较长为10秒。

4.3 车流量小，人流量大

当设置在合适位置的红外传感器没有检测出车辆信号，说明车流量较小，而如果此时压力传感器检测到超过设定值的压力，说明人流量较大，启动车流量小、人流量大模式。这种模式下优先行人通行，行人通行时间较长为10秒，等待时间较短为3秒;汽车通行时间较短为3秒，等待时间较长为10秒。

4.4 车流量小，人流量小

当红外传感器和压力传感器都没有检测到明显的信号，此时启动车流量小人流量小模式，优先行人通行。这种情况下，将人行道方向交通灯绿灯设置为常亮，行人可以随时通过。而只有当红外传感器检测到汽车后，启动车流量大、人流量小模式。

整套装置能够有效完成前期规则设定，能够有效避免礼让行人带来的交通安全隐患，同时提升交通运行效率。

5 结语

礼让行人是近年推行的保护行人的交通规则，这个规则的出发点是好的，但是实际的交通设施以及配套的规则与礼让行人规则匹配度不高，经常造成车辆在人行道紧急刹车，后车极易追尾。传统的智能交通灯方案往往只针对车流量大的十字路口，并不适用于普通道路上的人行横道。按钮式交通灯虽然能够起到预警作用，但是其不能够分辨人数，容易造成交通运行效率下降。本文设计了一款通过压力传感器粗略统计行人人数，利用红外传感器统计车流量的交通灯控制系统，并设计了一套针对各类交通情况的交通灯变换方案，能够有效为汽车提示行人通过人行道的预警同时保证交通运行效率最大化。

参考文献

[1] 王成勇.智能交通燈控制系统[J].广东技术师范学院学报，2006（04）：92-94.

[2] 温志达，梁桂荣，陈碧铭，等.基于车流量的智能交通灯控制系统[J].自动化技术与应用，2009，28（06）：115-118.

[3] 张立成，蒋楠，杭亦文，等.基于视频控制的智能交通灯[J].电子测量技术，2011，34（06）：30-32+36.

[4] 蔡军，曹慧英.智能交通灯控制系统的设计与实现[J].重庆邮电学院学报（自然科学版），2004（03）：129-132.

[5] 陈连勇.基于三菱PLC的城市主干车道按钮式人行道交通灯控制系统设计[J].机电信息，2014（27）：142-143.