何永明，尚慶鵬，王 爽

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

行人作為交通系統(tǒng)中的弱勢(shì)群體，在交通參與者中數(shù)量最多、范圍最廣[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，行人事故傷亡率約占所有交通事故傷亡人數(shù)的20%，而行人過街時(shí)的傷亡人數(shù)占其中的50%以上[2]。

隨著近年來智能手機(jī)的普及和人們對(duì)其的高度依賴，低頭看手機(jī)過街的行人已越來越多，由此引起的交通事故頻發(fā)，“低頭族”已成為行人交通安全又一新生隱患。DALIBOR[3]和HATFIELD[4]通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，過街時(shí)使用手機(jī)的行人速度更慢，對(duì)周邊交通的防范更低，會(huì)表現(xiàn)出更多不安全行為。對(duì)這種交通行為，一些政府出臺(tái)措施進(jìn)行管制，美國(guó)夏威夷州的檀香山市政府通過新法，規(guī)定行人過馬路看手機(jī)要罰款；我國(guó)河南實(shí)行抄告制度，將行人低頭看手機(jī)過街等違法信息抄告至其所屬單位，并可能通過媒體曝光。但僅僅靠政府管制需消耗大量人力物力，且管制效果不明顯。

“低頭族”在過街時(shí)存在著極大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。究其原因，大多數(shù)“低頭族”在過街時(shí)由于過度沉迷于手機(jī)屏幕，產(chǎn)生了認(rèn)知分心、視覺分心、聽覺分心[5]，并沒有產(chǎn)生自己已經(jīng)由相對(duì)安全的人行道進(jìn)入相對(duì)危險(xiǎn)的斑馬線意識(shí)。為了讓“低頭族”產(chǎn)生這種意識(shí)，避免過街時(shí)由于使用手機(jī)引起的分心，對(duì)自身的交通安全負(fù)責(zé)，本文設(shè)計(jì)了一種基于警示低頭行人過街的系統(tǒng)，應(yīng)用于人行橫道兩端的人行道上，通過地面凸凹變化、顏色變化以及聲光報(bào)警等方式，提醒行人到達(dá)人行橫道處。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

基于警示低頭行人的過街系統(tǒng)由路面凸起警示子系統(tǒng)、信息采集子系統(tǒng)、聲光警示子系統(tǒng)組成。地面凸起警示子系統(tǒng)分為地面凸凹改造部分和地面顏色改造部分，地面凸凹改造是在改造區(qū)域設(shè)置許多個(gè)成陣列式分布的凸起，組成有一定凸凹度又不致使行人摔倒的凸凹不平地面，地面顏色改造是將地面凸凹改造區(qū)域全部涂成黃色。信息采集子系統(tǒng)采用設(shè)置在地面改造區(qū)域與人行道其他路段地面交界處的主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器，用以檢測(cè)進(jìn)入地面改造區(qū)域的行人。聲光警示子系統(tǒng)由設(shè)置在三棱柱上的爆閃燈、揚(yáng)聲器及黑色提示標(biāo)語組成，三棱柱布置在人行道地面改造區(qū)域的外側(cè)，爆閃燈和揚(yáng)聲器由信息采集子系統(tǒng)檢測(cè)到行人后觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)行人的多重警示。系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 地面凸起警示子系統(tǒng)

2.1 地面凸凹改造

本子系統(tǒng)通過在地面設(shè)置球面凸起警示低頭族，使行人感受到地面的凸凹不平從而引起警覺，但所設(shè)置的凸起又不能致人崴腳或摔倒，所以凸起設(shè)置應(yīng)考慮以下3個(gè)條件：一是凸起排布應(yīng)規(guī)則，不看手機(jī)走路的行人能目測(cè)到前方路面的不平度，進(jìn)而避開不平凸起以降低行走的不適感[6]；二是凸起不宜過高，避免注意力集中在手機(jī)上的低頭行人、老人兒童或殘障人士，發(fā)生崴腳或摔倒事件；三是凸起間距要根據(jù)正常人的腳長(zhǎng)腳寬來設(shè)計(jì)，間距過大警示效果不好，間距過小正常行走不適感增強(qiáng)。

基于以上因素考慮，設(shè)計(jì)多種不同凸起高度和間距方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，以下方案警示性和安全性較好：將地面改造區(qū)域做許多個(gè)成陣列式分布的大小相同、地面投影直徑為20 cm、最大凸起高度為2 cm的球面狀凸起，各個(gè)球面狀凸起行列之間的地面投影圓心距均相距40 cm，組成有一定凹凸度又不至致人摔倒的凹凸不平路面。行走在該路面不但可引起行人警覺，而且會(huì)激發(fā)人體的自適應(yīng)平衡反應(yīng)，使行人采用更低的步速[7]，提高過街安全。

2.2 地面顏色改造

人類認(rèn)識(shí)外在世界的信息有80%是通過視覺提供，而顏色對(duì)視覺效果起著決定性作用[8]。地面顏色改造借鑒了交通標(biāo)志對(duì)顏色的應(yīng)用。與紅色光的強(qiáng)烈刺激，以藍(lán)、綠、白色光的鮮明、柔和、中性相比，黃色是光譜中明度較高的色彩，主要用作警告之類的標(biāo)志以示危險(xiǎn)[9]，而且黃色在夜間容易辨認(rèn)[10]。所以采用黃色作為改造地面的顏色，即將改造地面區(qū)域全部涂成黃色，還可根據(jù)情況在地面添加黑色提示字體。

2.3 地面改造范圍

行人在過街時(shí)往往選擇行走時(shí)間較短、距離較近和節(jié)省體力的方式[11]，大多數(shù)人行道上的行人不會(huì)選擇走到人行橫道的正對(duì)面再過街，而是選擇抄近路的方式斜著走向人行橫道。故地面改造區(qū)域在人行道上，應(yīng)為人行橫道的正對(duì)的人行道左右各加寬2 m的范圍。這樣可保障所有低頭行人過街前受到地面凸凹變化和顏色變化的警示，還可對(duì)過度沉迷手機(jī)而忘記過街的行人進(jìn)行提示。

3 信息檢測(cè)子系統(tǒng)

3.1 信息檢測(cè)子系統(tǒng)基本原理

信息檢測(cè)子系統(tǒng)采用主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器，分為紅外發(fā)射器和紅外接收器[12]兩部分。由發(fā)射器發(fā)射出的3條紅外線穿過人行道上空到達(dá)接收器，構(gòu)成了3條警戒線。正常情況下，接收器收到的是一個(gè)穩(wěn)定的光信號(hào)，當(dāng)有行人入侵該警戒線時(shí)，3條紅外光束被遮擋，接收機(jī)收到的紅外信號(hào)發(fā)生變化[13]，提取這一變化，經(jīng)放大和適當(dāng)處理，傳給控制器。主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器如圖2所示。

圖2 主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器示意圖

3.2 紅外傳感器參數(shù)設(shè)計(jì)

用于檢測(cè)行人的紅外光束波長(zhǎng)一般在0.8～0.95 μm[14]。為排除小動(dòng)物等對(duì)行人檢測(cè)的干擾，采用三光束的紅外柵欄，只有三束光同時(shí)被遮擋，才會(huì)產(chǎn)生報(bào)警[15]。紅外傳感器詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

表1 紅外傳感器參數(shù)

3.3 紅外傳感器設(shè)置位置

紅外發(fā)射器和接收器分別布置在地面改造區(qū)域與人行道其他路段地面交界線處的兩端。這樣可使所有即將過街的行人一進(jìn)入地面改造區(qū)域即被信息檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)，并傳給聲光警示系統(tǒng)，使其工作，與地面改造系統(tǒng)同時(shí)對(duì)行人產(chǎn)生警示，相得益彰。

4 聲光警示子系統(tǒng)

4.1 聲光警示子系統(tǒng)組成

為對(duì)低頭行人產(chǎn)生良好警示，聲光警示子系統(tǒng)進(jìn)一步從視覺和聽覺兩方面對(duì)行人進(jìn)行預(yù)警。視覺預(yù)警主要應(yīng)用爆閃燈。爆閃燈具有體積小和抗沖擊耐熱性強(qiáng)及經(jīng)久耐用等特點(diǎn)，而且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)，是價(jià)格低廉的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)品[16]?？紤]到白天或黑夜亮度不同可能對(duì)視覺警示造成的影響，視覺警示方面設(shè)置提示標(biāo)語和爆閃燈，提示標(biāo)語在白天亮度高時(shí)效果好，爆閃燈在黑夜亮度低時(shí)效果好。聽覺警示由揚(yáng)聲器組成。

提示標(biāo)語、爆閃燈及揚(yáng)聲器均設(shè)置在三棱柱上。當(dāng)有行人進(jìn)入地面改造區(qū)域，會(huì)被信息檢測(cè)子系統(tǒng)檢測(cè)，并經(jīng)控制器觸發(fā)爆閃燈和揚(yáng)聲器，爆閃燈閃亮間隔為0.5～1 s[17]，閃爍4～5次，揚(yáng)聲器發(fā)出“即將穿過街道，請(qǐng)注意通行安全”語音提示。在有行人信號(hào)燈的人行橫道，為保障良好的提示效果，綠燈開始后應(yīng)再進(jìn)行一遍聲光警示。

4.2 三棱柱及各部件設(shè)置位置

考慮到行人會(huì)從兩個(gè)方向走來過街，為使上述警示取得良好效果，本系統(tǒng)采用三棱柱安放提示標(biāo)語、爆閃燈及揚(yáng)聲器。

三棱柱以等腰直角三角形為底面的柱體，布置在人行道地面改造區(qū)域外側(cè)。三棱柱頂部嵌入有揚(yáng)聲器，上方安置球形爆閃燈，柱體為黃色，其底面兩直角邊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)柱面對(duì)著人行道的兩柱面，并都印有“請(qǐng)?zhí)ь^安全過街”黑色提示標(biāo)語，這樣使從人行道兩個(gè)方向走來的行人都可以清晰地看到提示標(biāo)語。三棱柱結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 三棱柱結(jié)構(gòu)

5 實(shí)驗(yàn)分析

5.1 原理分析

如前文所述，地面凸起警示子系統(tǒng)、信息檢測(cè)子系統(tǒng)與聲光警示子系統(tǒng)的具體分布如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為驗(yàn)證本警示系統(tǒng)的有效性，根據(jù)上述系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，選擇一片空地畫上人行道和人行橫道標(biāo)線，在相應(yīng)位置布設(shè)凸起、紅外傳感器和三棱柱，并將凸起區(qū)域涂成黃色，建立好系統(tǒng)模型。招募25名喜歡走路玩手機(jī)的志愿者進(jìn)行小規(guī)模實(shí)驗(yàn)，使其分批在不知情的情況下經(jīng)過此模型。在志愿者中全部“低頭族”都通過了系統(tǒng)的視覺、聽覺和觸覺提示，并產(chǎn)生警覺，其中絕大部分在過街時(shí)能保持不看手機(jī)。通過實(shí)驗(yàn)可分析得出該系統(tǒng)的作用機(jī)理和效果。

有低頭族由人行道進(jìn)入地面改造區(qū)域，因地面凸凹變化和顏色變化，在不自覺降低步速的同時(shí)產(chǎn)生警覺，注意力開始由手機(jī)轉(zhuǎn)移。同時(shí)，紅外傳感器檢測(cè)到有行人進(jìn)入地面改造區(qū)域，經(jīng)控制器處理后發(fā)送指令使三棱柱上的爆閃燈閃爍4次、揚(yáng)聲器發(fā)出“即將穿過街道，請(qǐng)注意通行安全”語音提示，低頭族還可順著爆閃燈方向看到印在柱體上的“請(qǐng)?zhí)ь^安全過街”黑色提示標(biāo)語。經(jīng)此多重警示，讓低頭族產(chǎn)生自己將由相對(duì)安全的人行道進(jìn)入相對(duì)危險(xiǎn)斑馬線的意識(shí)，繼而使低頭族放下手機(jī)，抬頭安全穿越街道。

5.2 問題分析

由于是建立仿真模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并沒有在實(shí)際人行橫道進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)的人員較少、人員構(gòu)成與實(shí)際行人有所差異，所以可能會(huì)存在老人、兒童或盲人等特殊人群在本警示系統(tǒng)的地面凸起區(qū)域由于凸起而引起不適感，甚至崴腳問題。這個(gè)問題可在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中通過降低凸起高度、調(diào)整凸起間距來解決。紅外傳感器的布設(shè)位置也需要進(jìn)行實(shí)地的實(shí)驗(yàn)平移，通過調(diào)整使警示效果達(dá)到最佳。

6 結(jié) 語

針對(duì)日益壯大的“低頭族”人群過街交通事故頻發(fā)現(xiàn)象，通過在地面設(shè)置凸起和改變地面顏色對(duì)低頭行人進(jìn)行警示。用主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器檢測(cè)進(jìn)入地面改造區(qū)域的行人，觸發(fā)三棱柱上的爆閃燈和揚(yáng)聲器對(duì)行人進(jìn)行聲光警示，使低頭行人產(chǎn)生危機(jī)意識(shí)，降低或消除手機(jī)引起的分心，對(duì)自身過街通行安全負(fù)責(zé)。本系統(tǒng)具有多重警示，通過互相搭配警示效果更好，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。但在后續(xù)研究中，仍需進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)各組成部分及結(jié)構(gòu)，考慮對(duì)正常行走行人的不利影響，需要進(jìn)行實(shí)地的實(shí)物實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。