人行横道安全警示系统设计及应用

文图｜费春风

现代城市交通中，人行横道设置很多，而相应的安全警示系统较少。虽然近年来不少城市也设置了抓拍系统，用于规范人行横道区域的机动车和行人交通秩序，并对不礼让行人的车辆进行违法取证，但仍然存在违法取证不规范、交通信号控制不精细、道路资源利用率不高等问题。为此，本文提出一种人行横道安全警示系统设计，通过采取更加智能的方式，对人行横道区域的行人、车辆状态进行综合感知和分析，在抓拍不礼让行人车辆交通违法行为功能的基础上，实现更加精细的分车道放行车辆交通管控，从而提高道路通行效率，规范人行横道区域的交通秩序，减少交通事故的发生。

一、人行横道区域通行存在的主要问题

目前，大部分城市里非信号灯控制路口的人行横道普遍缺少完备的安全警示系统，行人和车辆争抢过路。特别是在某些具备机动车不礼让行人抓拍的人行横道区域，驾驶人因为不清楚具体违法逻辑和交通处罚要求，仍有随意抢行斑马线或者在人行横道区域不敢通行等行为，甚至由此引发交通事故和违法申诉。

在有交通信号灯控制的人行横道区域，信号控制主要还是以定时轮询的方式进行，定时分配通行时间给车辆和行人，控制是基于整个路口，没有精细到车道。交通信号对于行人和车辆驾驶人不能明确区分，对于道路的利用率没有达到最佳状态。而且，人行横道区域周边的车辆和行人在每个时间段的状态都不一样，有的时候行人很少，车辆较多，如果还是定时灯控，就会出现车辆通行效率很低；有的时候行人很多，车辆较少，就会出现大量行人积压，甚至出现抢过马路，造成交通事故。

二、系统设计理念

人行横道安全警示系统以加强行人和各种车辆的通行安全警示、通行信号指引等服务为主旨，辅以交通违法取证抓拍，旨在优化人行横道区域的交通管理，提升道路整体通行效率。

系统利用高清视频深度学习理论及分析技术，实时检测人行横道区域机动车辆、行人及各交通元素的状态，综合分析交通态势，在安全的时段，逐个车道地合理放行机动车，提高道路的整体利用效率。一旦检测到机动车不礼让行人的交通违法行为，系统即通过高清摄像机记录机动车违法前后的图像和短视频作为违法证据。此外，系统还能基于对人行横道区域机动车辆状态、行人走向状态的实时监测，对采集的状态数据进行分析处理，依据分析结果对实际交通状况作出判断，智能控制交通信号灯的实时切换。具体应用的技术内容如下：

车辆、行人监测技术。利用高清摄像头采集车辆、行人视频信息，并借助视频深度学习理论及模式识别技术，对各个车道内车辆行进方向、速度、数量等状态，以及各个车道上行人的行进方向、数量等状态，进行实时判断，并传送到控制模块统一处理。

智能灯控技术。实时接收单路口车辆、行人的数据，并快速判断路面情况，实现按车道进行灯控。同时，也可利用5G或有线方式通道，与上级控制模块进行通信，实现多路口统一调度。

违法取证技术。根据智能灯控的结果，利用高清摄像头采集实时信息，在有行人经过时，对不礼让行人的违法车辆分车道进行抓拍，并留存执法证据。

三、应用实践

（一）逻辑架构

如图1所示，整个系统分为路口系统和智能协同管理中心两部分，使用4G/5G网络相互通信。智能协同管理中心服务器群组搜集各个路口的信息，进行统一数据分析及联动控制。路口系统对人行横道区域进行监控、信号灯管理。

图1 逻辑架构

（二）路口系统

路口系统是整个系统的最前端部分，担负数据采集、实时控制、智能分析等核心工作，如图2所示，其架构设计如下：

图2 路口系统

高清摄像头用于实时采集人行横道及周边范围内的车辆、行人等状态。地面车辆信号灯、行人信号灯以及相应的智能灯控系统，可针对每个车道进行不同的灯控。控制系统是整个路口系统的大脑，为各个其他模块提供控制信号及逻辑判断。

（三）业务流程

如图3所示，业务流程设计如下：

图3 业务流程

1.高清摄像头采集数据。高清摄像头采集人行横道及周边区域的行人、车辆等信息，辅以一定的雷达等信号，传递给控制系统。

2.控制系统处理数据并给出控制信号。控制系统对接收到的信号进行识别、判断后，把指令传递给智能灯控系统实现信号灯的状态变化；同时控制系统会把最终的信号灯状态传递给摄像头，对交通违法进行抓拍。

3.控制系统上传数据到智能协同管理中心。控制系统将处理过的行人、车辆状态信息及抓拍数据上传到智能协同管理中心，智能协同管理中心为管理部门提供查询、统计的后台，同时也可以跟上一级的交通管理中心进行通信。另外，智能协同管理中心也具备对多个节点采集的数据进行统一分析并分别给出区域性联动的控制信号的控制系统。

（四）业务逻辑

系统将人行横道路面的交通状态分为两种：交通繁忙状态和非交通繁忙状态。在交通繁忙状态，信号控制按照行人和车辆交替通行的方式，保证路面的有序通行；在非交通繁忙状态，智能分析系统介入，对交通进行精细化管控。以图4中路面情况为例，系统将路面分为一、二、三共三个车道，人行横道也对应三个区域，另外，系统还监测路边行人等待区1和行人等待区2，能够对等待通行的行人进行全方位的实时监控。

图4 业务逻辑

1.交通繁忙状态。系统监测路面上的车辆和行人数量，当等待通行的车辆和行人数量达到一定的设定值，比如等待的车辆达到6辆以上、等待的行人达到8人以上，系统进入交通繁忙状态。系统先放行行人预设定的时间（比如60秒），然后放行车辆预设定的时间（比如60秒）。行人和车辆交替通行，可以保证在交通繁忙时段路口通行有序。

2.非交通繁忙状态。系统监测路面上的车辆和行人数量，当等待通行的车辆和行人数量低于一定的设定值，比如等待的车辆数量小于3辆、等待的行人数量小于5人，系统进入非交通繁忙状态。此时，行人信号灯常绿，车辆信号灯按照表1规则，分车道对通行车辆实行精细化控制。

表1 非交通繁忙状态下信号灯控规则