混合交通环境下信号交叉口行人过街系统设计

米晓越 朱茂雷 张 睿 童 伟

调查研究发现，我国城市道路里程占据全国的7.5%，但发生于城市道路的交通事故却占总交通事故数的45.8%。对于城市道路来说，道路交叉口是各类交通的集散地，但同时也是事故的多发地，城市交叉口中平面交叉口所占比重较大，且交叉口处人、车流情况极为复杂，故研究交叉口行人过街问题有着十分重要的现实意义。

1 行人过街存在的问题

通过对苏州典型交叉口进行调研及问卷调查，发现在行人过街过程中存在以下问题。

1.1 平面交叉口行人与右转机动车冲突

通过对平面交叉口数据采集和实地调查发现，在交叉口右转机动车与行人的冲突非常频繁，特别是有进口道直行车辆和左转车辆停车等待时，右转车辆易被直行或左转车辆遮挡视线，一般情况下采用右转车辆主动让行这一方案来解决问题，因而导致了两种不利于行车的影响，一是右转车辆易与左侧过街行人容易产生冲突，二是在被遮挡视线的情况下，右转车辆不得不减缓行驶速度来避免与行人产生碰撞，此时不管是否有行人通过，都会降低车辆的行驶效率，提高右转车辆的通行延误。

1.2 行人红灯等待时间长

在某些交叉口，为了在高峰时段为了缓解交通拥堵，设计红灯时间往往过长，但这种做法往往忽视过往行人通行，是对行人权利的侵害，如果红灯导致行人长时间等待，易使行人出现焦躁、厌烦等不良情绪，间接导致了行人闯红灯的不良后果。

1.3 行人过街距离长，缺乏过街保护

某些六车道以上的城市道路交叉口行人过街距离太长，同时很多交叉口未曾增设行人过街安全岛，信号清空难度大，这样不合理的的交叉口设计使得交通运行受到很多制约。

1.4 行人过街等待区划分不明确

在很多交叉口，行人等候红灯的区域，人车混杂的现象比比皆是，这种现象容易导致很多问题：行人抢占斑马线影响汽车通行，行人交通规则意识淡薄，行人与非机动车互相占道抢道，这些都或多或少存在安全隐患。

1.5 行人过街绿闪清空时间不足

根据《中华人民共和国道路交通管理条例》第十二条规定，绿灯亮时，准许行人通过人行横道，绿灯闪烁时，不准行人进入人行横道。然而在实际工程设计中，设计师有时很难把握绿闪时间这一尺度，从而导致当绿闪结束时，仍有行人滞留在人行道上，无法完全清空，一方面影响了车辆的行车效率，另一方面行人的安全问题也不可忽视。

1.6 行人低头玩手机，无法注意到已经来到信号交叉口

信息化的高速发展，导致人们对手机的依赖日益严重，尽管人们深知低头玩手机过马路的危害，但是大多数人仍然无法在行走时抗拒手机的魅力。当行人行进至交叉口时，易与车辆产生碰撞。面对“低头族”成为交叉口行人过街新隐患，不仅需要国家出台相关政策来惩戒这一行为，也需要我们在道路交叉口设置一些设施来提醒行人。

2 信号交叉口行人过街系统

基于调研得出的结果，以及比对现有过街安全措施，本文设计了一种信号交叉口行人过街系统，通过感应技术、电子信息技术检测右转车辆，在距离行人相当的距离，通过重力感应传递到地面信号灯，进而将信息传达给行人，保证行人过街安全。同时划分了行人过街等待区域，避免行人在等待过程中由于位置不恰当引发交通事故。以信号灯的闪烁颜色及频率来传递右转车辆信息及行进信号。

2.1 系统的装置组成及功能

行人过街系统的组成如图1，2 所示，该系统主要有两个装置组成。

图1

图2

2.1.1 右转车辆速度及位置检测装置

多数交叉口实行右转无红绿灯控制的情况，这就意味着当行人按绿灯直行时会与右转车辆发生冲突，特别是进口道直行车辆和左转车辆遇到红灯停车等待时，会遮挡右转车辆转弯时的视线，使人行道出现视线盲区[1]。若此时行人按绿灯过街时，极易发生交通事故，威胁到行人的人身安全。该装置主要通过重力感应区的检测车辆行驶位置，同时通过测定汽车通过重力感应区的时间进而计算行车速度，并将行车速度传递到地面信号灯，为行人提供是否可以安全过街提供决策支持。

2.1.2 地面信号灯显示装置

通过重力感应区检测到车辆的位置及速度信息时，需要及时将信息传递给行人，同时由于行人过街等待区域划分不明显，部分行人会直接站在斑马线上，具有一定的危险性，如果遇到行人站位散乱时，会对行车造成不利影响，造成一定程度的交通拥堵。该装置以地面信号灯的方式规定行人的等待区域，且与交通信号灯关联起来，通过红灯、绿灯、红绿灯交替闪烁等的方式将行进信息传递给行人，由于位置设置在地面，可以避免部分行人在等待期间玩手机错过红路灯的情况，晚上由于光线不足导致行人无法区分斑马线的情况也会有所帮助。

2.2 设计方案

2.2.1 行人等待区与地面信号灯同步显示，提示行人站在该区域内等待过街。

2.2.2 当交通信号灯显示为红色时，地面信号灯同时显示为红色，行人需在等待区内等候。反之为绿灯时，可正常通行。

2.2.3 当行人通过十字路口时，需面临起步范围内的左侧右转车辆及结束范围内的右侧右转车辆，当行人过街过程中右侧存在右转车辆，此时斑马线右侧地面信号灯将出现红绿交替闪烁的情况，并以不同的交替闪烁频率来提示行人右转车辆的车速，同时右转车辆在行进过程中也可以通过地面信号灯闪烁的情况来调整车速。反之，左侧存在右转车辆时，斑马线右侧信号灯交替闪烁，以此种方式保障行人过街安全。

2.3 关键技术

2.3.1 感应技术

2.3.1.1 感性技术原理

重力感应器实质上是一种将汽车的重量转化为电信号输出的装置，是一组闭合线圈，闭合线圈与电容组合成振荡器，当车辆在感应线上通过时，会产生涡流，使中心频率发生偏移，当单片机检测达到偏移频率时，就判定车辆通过。在本系统中，重力传感器检测汽车重量，系统会根据所得到的数据传达给地面信号灯进行控制。

2.3.1.2 传感器位置的确定

重力感应器的位置距离交叉口人行道不宜太近也不宜太远，太近无法给行人足够的时间反应，太远浪费清空时间，影响通行效率，所以传感器的位置应根据测得的具有代表性的车速来确定传感器与人行道之间的安全距离。

2.3.2 电子信息技术

2.3.2.1 电子信息技术原理

通过信号控制系统，将重力传感器得到的数据转化为电信号，再通过程序转化为地面交通信号，用以提醒行人前方有右转车辆通过，避免行人与右转车辆产生冲突。

2.3.2.2 信号控制系统流程设计

（1）参数读取：在电子信号控制程序中，写入绿灯时间、黄灯时间、红灯时间、机动车通行时间等程序

（2）利用程序控制，如果没有感应到右转车辆，则路面信号灯与交通信号灯保持一致，即交通信号灯为绿灯，则路面信号灯也为绿灯，交通信号灯为红灯，路面信号灯保持红灯。

（3）系统感应到右转车辆，并根据通过时间计算车速，利用红绿交替闪烁提醒路人注意右转车辆出现，判定右转车辆通过后，继续转入（2）中。

2.3.3 测速技术

首先，在多次测速实验中通过多组数据测量右转车道车辆在交叉口上游的车速，通过图表分析的方式选取具有代表性的车速作为右转车辆与行人冲突的安全制动速度，从而确定感应区至人行横道的安全距离，依此来设计重力感应区域，并根据得到的速度判断右转车辆是否会与行人相撞，从而将信息通过信号灯准确无误地传达给行人，为行人安全通行提供有效的保障。

2.3.4 工作原理

2.3.4.1 检测模块：通过设计重力传感器、测速仪器等检测装置，检测右转方向及其上游是否有车辆通过或即将通过交叉路口。

2.3.4.2 信息处理模块：若右转车道有车辆即将通过，重力感应器将接受到来自车辆传递的重力信号，并将这种重力信号通过闭合线圈的方式转化为电信号，再通过计算机软件程序处理，将电信号转化为不同警示颜色的地面交通信号。

2.3.4.3 警示信号灯模块：在右转车辆通过时，首先用黄色闪烁信号灯提醒行人前方有右转车辆通过，行人收到提醒，待车辆接近人行横道时，地面信号灯转为红色，行人停下等待车辆顺利通过，避免人车冲突，提高通行效率的同时也保障了行人的安全。

3 结论

行人过街系统在调研得到的过街问题的基础上，进行了系统分析，从解决相关问题的角度出发得到的，该系统为行人提供必要的过街信息，同时也为右转车辆提供变速信息，从而避免右转车辆与行人过街时的冲突，降低道路交通事故率，同时规范了行人过街的等待区，避免乱站位的现象的出现，从而降低了右转车辆的通行延误，对于缓解交通拥堵和道路交通事故有重要意义。