基于红外线雷达感应监测器技术的乡镇道路交叉口预警设计

水晨光，王芳，赵伟，郑杰，张启贵，张田云龙，刘雅婷

（宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000）

1 引言

近年来，随着国家加大对乡镇道路建设的投入，群众出行难问题得到了很大缓解。但由于目前交通设施不完备和群众道路安全意识不强等原因，乡镇道路交通安全问题频发。特别是在乡镇的交叉路口，由于周围房屋遮挡、车辆时速过快、行人安全意识薄弱等原因，导致驾驶员和行人在通过交叉路口时无法准确及时地判断前方路况情况。当侧方路口有行人通过时，驾驶员不能及时减速避让就会导致交通安全事故的发生。因此，采取有效的措施对乡镇道路交叉口进行智能预警尤为重要。

交叉路口的智能化设计长期以来都是学术界所关注和研究的热点，诸多学者为此也提出了许多相应的措施及解决方法。例如：车辆通信的控制，模糊逻辑的智能交通信号控制以及遗传算法城市交叉路口交通流量优化控制等。虽然现已有了大量的研究实例和措施，但这对不同于城市地理位置的乡镇路网情况下仍然存在弊端，如对于某些独特的的乡镇交叉路口，地理位置和和道路资源的限制，综合使用各种传统城市交通策略措施后，乡镇交叉口的安全事故仍然未得到实质性解决。与此同时，随着我国城乡规划体系的完善，乡镇交叉路口的交通压力也日益增大，交叉路口的安全问题日益突出。基于此，本项目提出了一种基于红外线雷达感应监测器技术的乡镇道路交叉口预警设计方案，以期能够有效地改善乡镇道路交叉口预警不及时的情况，从而减少交通事故的发生。

2 红外线雷达感应监测器

2.1 设计原理及思路

在一些乡镇地区，道路交叉口因没有安装车辆减速带、交通信号灯、警示标志等相关道路交通安全设施，经常出现车辆通过交叉路口速度过快、行人通过路口随心所欲的现象，给来往的行人和车辆带来了极大的安全隐患。为有效改善这种现象，本研究通过有针对性地在无安全设施的道路交叉口安装红外线雷达感应监测装置，能够起到有效的提醒和规范车辆及行人通行的作用，同时通行效率也得到提高。为了实现上述目的，本研究采用的技术思路为：

①构建红外线感应区域：通过架设在道路两侧的雷达检测器发射等离子红外线投影于路面上形成感应区域；

②当行驶的车辆在视野盲区的红外线感应区域出现行人时，雷达监测器将接受的信息数据发送给终端，终端计算机经过状况分析再传输给汽车里面的车载系统以便提醒驾驶员在行驶盲区存在行人，达到减速的提示作用；同时在行人视野盲区的的红外线感应区域出现车辆时，LED提示灯和雷达监测装置会以语音播报的形式提醒行人前方交叉路口即将会出现车辆，以警示行人保持安全距离。

2.2 研究方法

①具体方法：在十字路口对立两侧分别安装两个雷达感应监测器，并且在雷达感应监测器上安装有红外线发射器元件，通过两个雷达监测系统上的红外线发射器将感应区域投影于路面上，从而形成四个区域路口的红外线感应区域，以此达到实时监测行人和车辆的效果。

②红外线雷达感应监测器主要包括装置底座、雷达感应器、收发装置和顶部的太阳能板。底座有升降控制装置调节装置的高度以适应不同地质区域的乡镇道路，内部安装有电池模板以备特殊情况下供电；雷达感应监测器为圆柱形，在雷达接受器上安装两个红外线发射器元件和相应的收发装置；在顶部安装太阳能电池板供电，同时安装警告喇叭来提醒来往行人。具体结构见图1。

图1 红外线雷达感应装置

③整个系统包括三个部分：数据采集传感器网络、数据处理中心和城市交通指挥控制中心。数据采集传感器网络采用车辆检测器为基本单元，将多个检测器安装在乡镇道路的关键路段和主要路口，就可实时监测通过感应区域行人和车辆的状况。各个检测器之间通过地址码进行区别，通过5G有线或者是无线的方式构成网络。传感器网络与数据处理中心之间通过串口通信实现数据的交换，数据处理中心的主要任务是读取前端传感器采集的数据，按照预定的算法进行处理，提取出相应的特征参数，然后通过无线收发设备传给指挥控制中心，以便其进行数据处理并且实时反馈信息给驾驶员和行人。

④数据传输技术：本次研究的软件流程图如图2所示。为了系统的方便完成，将系统的工作流程总分为两个部分——数据采集处理主程序和数据传输子程序。其中，数据采集处理主程序需要实现的功能是将前端传感器采集的数据读入片内，然后再依据相应的算法进行处理，最后将结果保存在指定的存储地址内。数据传输子程序的功能是将实时处理的结果通过无线模块发送给移送终端。在这个传送过程中考虑到应尽量减少需要传输的数据量，同时兼顾到实际路段上的交通流的变化速率，在此处可以设为每两秒向终端发送一次数据，从而使得数据能够得到实时更新。

图2 软件流程图

3 感应区域实时监测系统

3.1 设计思路

感应区域实时监测系统以雷达监测器为前端数据采集器，将采集的数据传送到信号处理和控制中心，来实现对感应区域的控制。通过对主要路段的汽车经过感应区域的实时车速、单位时间进入和离开某一感应区域的车辆和行人数量等信息的分析和处理，获取该感应区域的相关数据。然后通过5G网络快速将感应获取的结果发送给控制中心，处理结果以车载导航系统方式体现出来，见图3；实时播报驾驶员视线盲区的感应区域出现了行人等情况以便驾驶员能有足够的反应时间和减速距离。这样的控制中心可以根据当前各个路口感应区域通过的车辆和行人流量来进行数据分析，并且根据智能算法计算出当前路口感应区域的车辆和行人可能发生交通安全事故的安全距离，以此最大限度地避免发生交通安全事故的发生。

图3 监测系统概念图

在本研究中，以机动车通过感应路口的平均速度、单位时间内各个路口感应区域通过的车辆和行人的流量以及行人和车辆得到具体感应装置发送的实时信号作出的反应时间和反应距离为特征参量。整个系统分为三个部分：数据采集部分、信号处理部分、终端显示部分。原始数据来自多个车辆监测器组成的传感器网络，信号处理部分对其进行一定的分析和处理，提取出终端需要的信息，（感应车辆和行人的特征参量）具体见图4。

图4 交通流量监测装置工程图

4 结论

相较于传统的交通安全设施而言，本文提出的基于红外线雷达感应监测器技术的乡镇道路交叉口预警设计覆盖面积广、针对性强，同时也突破了传统的信控方式，人性化建设充足。给行人和司机更加显目的提醒和警告，从而降低了交通安全事故发生的频率。一定程度上能够弥补我国在乡镇公路交通安全设施系统的短板，为未来全国乡镇公路交通安全设施系统问题提供一定的理论基础和依据。可以针对性地投入到乡镇规划布局不规范且缺少交通安全设施或者有大量障碍物遮挡驾驶员和行人视线的十字交叉口，以减少乡镇交叉路口因缺乏交通安全设施导致的交通安全事故的概率。