岳志坤

摘 要：為有效解決“中國式過馬路”問題，文中研究了行人綠燈放行系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由升降道閘、單向門禁、行人信號燈、語音提示四部分組成，不僅是將交通信號與行人放行系統(tǒng)相結(jié)合的一種新型交通設施，也是杜絕“中國式過馬路”的有效手段。通過仿真建模驗證了該系統(tǒng)能夠有效減少交通事故的發(fā)生，提高交通效率。

關(guān)鍵詞：PLC;Vissim;強制約束;交通效率

1 系統(tǒng)簡介

為減少“中國式過馬路”問題帶來的交通隱患，部分城市采取罰款的方式，但此方式不但增加了交警的工作量，還容易引起警民矛盾，并沒有取得很好的效果，不能從根本上解決問題，因此對行人綠燈放行系統(tǒng)的研究非常必要。行人綠燈放行系統(tǒng)主要由PLC控制的升降道閘、單向門禁、行人信號燈、語音提示、智能感應控制系統(tǒng)組成，配合分向人行橫道標線實現(xiàn)行人按信號雙向控制放行。單向門禁只能向允許行人通行的方向開啟，逆行則被單向門禁阻止。該系統(tǒng)可以強制約束行人遵守交通信號和秩序，保障交通安全，減少交通事故的發(fā)生，提高交通效率。

2 設計目的和基本思路

2.1 設計目的

據(jù)調(diào)查顯示，近年來全球每年死于交通事故的人數(shù)高達100萬人，其中約有四分之一是行人，而行人不按交通信號指引隨意穿越馬路是引發(fā)交通事故的重要原因。

本文項目旨在研究一種將交通信號與行人放行系統(tǒng)相結(jié)合的新型交通設施行人綠燈放行系統(tǒng)，從而減少交通事故，保證行人安全、快速地通過馬路，同時實現(xiàn)車輛快速高效運行。

2.2 基本思路

在實驗前首先應收集好相關(guān)資料，查閱國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，明確系統(tǒng)的創(chuàng)新點和所能達到的基本技術(shù)指標，從而制定出一個相對合理的研究方案。通過研究紅綠燈的工作原理、控制系統(tǒng)、信號傳遞系統(tǒng)，明確信號控制相關(guān)知識;通過學習Vissim分析建模軟件，構(gòu)建出電子動態(tài)仿真，得出實驗分析數(shù)據(jù);通過搭建實物模型，從實踐的角度出發(fā)驗證本文系統(tǒng)的可行性和所能達到的效果。

具體技術(shù)路線如圖1所示。

構(gòu)造Vissim交通仿真模型和搭建實物模型的行人綠燈放行系統(tǒng)正視圖、俯視圖如圖2、圖3所示。

3 創(chuàng)新點分析

3.1 創(chuàng)新點

本文系統(tǒng)創(chuàng)新點主要包括以下幾方面：

（1）該系統(tǒng)由道路兩側(cè)各一對道閘和單向門禁組成，配合地面標線，可使行人按方向分流通過人行橫道;

（2）放行時間與人行橫道綠燈聯(lián)動，當綠燈亮時放行系統(tǒng)開啟;

（3）智能感應控制系統(tǒng)控制升降道閘降落過程中不會誤傷行人;

（4）當放行系統(tǒng)開啟或關(guān)閉時設置提示語音，可使行人根據(jù)提示有序通過人行橫道。

3.2 技術(shù)對比

目前應用范圍最廣的行人綠燈通行系統(tǒng)直接由人行橫道信號燈控制，還有一部分配置有語音提示系統(tǒng)。雖然這些裝置可讓行人比較安全地通過馬路，但是無法根治“中國式過馬路”的現(xiàn)象。本文系統(tǒng)主要由升降道閘、單向門禁、行人信號燈、語音提示四部分組成，配合地面標線實現(xiàn)行人放行，通過時間與空間的巧妙結(jié)合及多方位限制，便利了路口的交通管理。在理論研究的基礎(chǔ)上，通過實驗的方法，對行人綠燈放行系統(tǒng)進行深入研究，以最新的交通系統(tǒng)研究文獻為依據(jù)，結(jié)合實際情況對行人放行系統(tǒng)做出最新方案。

3.3 突出的實質(zhì)性技術(shù)特點和顯著進步

本文擬解決的主要技術(shù)問題是實現(xiàn)升降道閘和單向門禁的開啟及關(guān)閉與行人信號燈的顯示聯(lián)動，實現(xiàn)紅綠燈與人之間的“溝通”，限制人為過馬路的想法，有效阻止中國式過馬路的行為，從而有效提高行車速度和交通量，減少交通事故，有利于道路的通暢運行，為交通系統(tǒng)更通暢、更安全的發(fā)展帶來新的曙光。

3.4 技術(shù)性分析說明

本文創(chuàng)新實驗的主要技術(shù)分析過程：當行人信號紅燈即將結(jié)束時，提前2～3 s，語音提示準備放行;紅燈亮變?yōu)榫G燈亮時，升降道閘開啟，行人進入人行橫道;到達道路另一側(cè)時，行人通過單向道閘進入人行橫道，完成過街過程。

行人綠燈放行系統(tǒng)效果圖如圖4所示。系統(tǒng)十字路口效果圖如圖5所示。

4 工作原理

4.1 使用方法

行人綠燈放行系統(tǒng)是將交通信號與行人放行系統(tǒng)相結(jié)合的一種新型交通設施。該系統(tǒng)由升降道閘、行人信號燈、智能感應控制系統(tǒng)、單向門禁、揚聲器、護欄和地面標線組成。升降道閘、行人信號燈、單向門禁和揚聲器及智能感應控制系統(tǒng)由PLC控制。單向門禁只能向人流方向開啟，行人不能從單行門禁進入人行橫道。

控制周期分為四個階段，按順序分為顯示紅燈、紅燈閃爍、顯示綠燈、綠燈閃爍。

（1）顯示紅燈：當行人信號顯示紅燈時，升降道閘處于關(guān)閉狀態(tài)，過街行人在入口處等待過街。

（2）紅燈閃爍：當行人信號燈紅燈顯示結(jié)束時，紅燈閃爍，揚聲器語音提示升降道閘即將開啟，過街行人準備過街。

（3）顯示綠燈：當紅燈閃爍結(jié)束時，顯示綠燈，兩側(cè)升降道閘同時開啟，行人進入人行橫道，橫穿馬路，經(jīng)過單向門禁到達另一側(cè)人行橫道，完成過街過程。

（4）綠燈閃爍：當綠燈顯示結(jié)束時，綠燈閃爍，語音提示升降道閘即將關(guān)閉，過街行人需要等待下一次升降道閘開啟，此時已經(jīng)進入人行橫道的行人可繼續(xù)通過。

4.2 技術(shù)特點和優(yōu)勢

通過交通調(diào)查實驗和Vissim軟件仿真對行人綠燈放行系統(tǒng)設置前后交通流平均延誤和平均車速進行比較，根據(jù)實驗原理搭建實物模型，從理論和實踐的角度對系統(tǒng)進行多方位實驗論證，由此確保系統(tǒng)的實用性和可行性。

4.2.1 交通仿真

（1）仿真路段基本情況

仿真路段由行人信號交叉口和十字信號交叉口組成。行人信號交叉口采用兩相位信號控制。十字交叉口采用四相位信號控制，配有人行橫道信號控制燈。為了取得更好的仿真效果，在仿真范圍內(nèi)加入了靜態(tài)建筑物和樹木。

仿真路段基本情況如圖6所示。

（2）建模過程

①道路建模

根據(jù)Vissim軟件建模流程，繪制仿真范圍內(nèi)的道路網(wǎng)，包括機動車道和非機動車道，本文模型十字交叉口相交路段均為雙向四車道，道路兩側(cè)無非機動車道，機動車和行人均使用人行道。

道路建模時設置行程計時器，以便輸出行程時間數(shù)據(jù)。

十字信號交叉口和人行橫道仿真效果如圖7、圖8所示。

②交通量輸入

首先確定仿真交通量各組成部分的參數(shù)，包括組成比例、平均速度等;然后按照人行信號交叉口和十字信號交叉口交通組成流量和流向?qū)⒔煌堪凑毡?輸入。

③信號相位設置

十字信號交叉口信號周期為120 s，人行橫道信號周期120 s，均采用定時控制。十字信號交叉口和人行橫道信號共用一臺信號控制機。

仿真路段信號相位配時設置見表2所列。

④仿真結(jié)果分析

仿真數(shù)據(jù)見表3所列。

⑤平均延誤和平均車速的分析比較

仿真模型主要為了驗證行人綠燈放行系統(tǒng)設置后車輛通過交叉口時的平均速度和通行能力變化，因此仿真輸出主要參數(shù)為行程時間和延誤時間，具體數(shù)據(jù)見表4、表5所列。

（3）交通仿真結(jié)論

通過交通調(diào)查實驗和Vissim軟件仿真對行人綠燈放行系統(tǒng)設置前后交通流平均延誤和平均車速進行比較。研究結(jié)果表明，交通流平均延誤均有不同程度的降低，平均降低約1.89 s，平均車速有不同程度的提高，平均提高約2.03 km/h。

4.2.2 搭建實物模型

根據(jù)行人綠燈放行系統(tǒng)的運行原理，成功搭建出比例為

1∶100的實物模型，該模型實現(xiàn)了信號燈與升降道閘的聯(lián)動控制。行人綠燈放行系統(tǒng)模型如圖9所示。行人通過及車輛放行效果圖分別如圖10、圖11所示。

5 制作費用預算

本文系統(tǒng)制作費用總計600元，具體見表6所列。