鞏舜妹,應(yīng)晶晶,孫林華,楊祥一 ,馮松寶

1.宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院,安徽宿州,234000;2.深圳市綜合交通設(shè)計研究院,廣東深圳,518000

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，機動車進入了千家萬戶，居民在享受快捷出行方式的同時，也面臨諸多安全隱患，如機動車與慢行的沖突頻頻發(fā)生，路況不詳或者照明不足的城市道路上事故橫行，機動車缺乏禮讓行人的安全意識[1]，機動車與非機動車沖突加劇等。慢行交通群體的人身安全受到嚴重威脅，其意外死亡事故占機動車總事故數(shù)的10%以上[2]，而統(tǒng)計數(shù)據(jù)并不包括事故受傷者。車禍造成大量物力以及財力的流失，甚至威脅到人身安全。

城市印象由五大要素構(gòu)成：道路、邊沿、區(qū)域、結(jié)點及標(biāo)志，城市道路起到重要的交通連接作用[3]。凱文·林奇認為,道路是具有統(tǒng)治性的城市要素，有特點的空間能加強特定道路的印象。日本土木學(xué)會在《道路設(shè)計》一書中論述了道路的組成要素，提出人的活動是道路設(shè)計的一個組成部分；道路中機動車與行人的沖突問題日益增大，但在研究道路協(xié)調(diào)一致的基礎(chǔ)上，尚未研究道路中機動車與慢行交通的安全問題，尤其是夜間行人過街與機動車發(fā)生的側(cè)向沖突問題。橫向沖突與側(cè)向沖突是導(dǎo)致交通事故的主要原因[4]。因此，研究夜間行人過街存在的安全隱患問題，其意義重大。

1 行人過街安全警務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

1.1 安全預(yù)警系統(tǒng)

行人與機動車之間的交通事故率呈現(xiàn)逐年增加態(tài)勢[5]，為了避免機動車與行人在夜間發(fā)生交通事故，提高行人過街的安全性，本文設(shè)計了一種基于路段感應(yīng)式的夜間行人過街安全預(yù)警系統(tǒng)，包括兩個主要模塊：第一個模塊是行人過街警示系統(tǒng)；第二個模塊是車輛提示系統(tǒng)。安全預(yù)警系統(tǒng)具備預(yù)先提示功能[6]，行人過街警示系統(tǒng)的主要功能為：壓電傳感器檢測行人過街，傳輸?shù)筋A(yù)警控制系統(tǒng)，并利用人行橫道的警示燈提示行人是否能安全過街；車輛提示系統(tǒng)的主要功能為：運用超聲波傳感器檢測車輛，并將實時信息傳輸?shù)筋A(yù)警控制系統(tǒng)，并利用LED預(yù)警板顯示車輛的到達情況。安全預(yù)警系統(tǒng)屬于動態(tài)變化的系統(tǒng)[7]，提示前方交叉口或者路段上是否有行人路過，警示駕駛員注意視覺盲區(qū)，做到禮讓行人，安全預(yù)警系統(tǒng)安裝在無信號燈的十字交叉路口或者行人過多的道路路段上，具體如圖1所示。

圖1 夜間行人過街安全預(yù)警系統(tǒng)

危險感知的強烈程度取決于行人與機動車之間的距離遠近，行人與機動車的距離越近，其危險感知的行為越劇烈，反之，其危險感知的行為則逐漸變?nèi)鮗8]，機動車與行人間的影響程度關(guān)系式如式(1)和(2)所示：

fxvp=siexp[-(rvi-dij)/Bvi]nij×cosδ(t)

(1)

fyvp=siexp[-(rvi-dij)/Bvi]nij×sinδ(t)

(2)

其中，式(1)和(2)中的si為城市道路中機動車對慢行交通的影響程度，Bvi為城市道路中慢行交通對機動車的影響程度。利用紅外線檢測器可檢測到在行人等待區(qū)中的行人，并將信息傳遞給信號反饋模塊[9]。距離人行橫道水平距離滿足一定條件的隔離護欄中設(shè)置感應(yīng)線圈，檢測機動車在到達人行橫道前的車流量、車頭時距等信息，同時反饋數(shù)據(jù)到過街信息控制模塊。通過通信技術(shù)接收行人信息采集模塊傳來的信號，再利用人行橫道警示燈提前向行人發(fā)布過街預(yù)警信息，從而達到駕駛?cè)酥鲃訙p速的效果。通過單片機組成的過街信息控制模塊，其作用是將來自機動車的信息處理后，預(yù)判行人是否安全通過人行橫道，并同步到LED預(yù)警板上，為行人反饋信息。在斑馬線的最外側(cè)安裝的壓電檢測儀作為觸發(fā)系統(tǒng)，當(dāng)獲取行人進入或走出斑馬線信號時，將信號傳遞到斑馬線的警示燈，警示燈會亮起。警示燈可以同時起到兩個作用：一是在光線不足時進行補光，二是起到重復(fù)提醒司機禮讓行人。智能斑馬線是用特殊的太陽能電池板做成，利用太陽能供電，能夠節(jié)約能源，保護生態(tài)環(huán)境，為智能城鄉(xiāng)結(jié)合部路段預(yù)警系統(tǒng)中的各個模塊提供所需電能。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

夜間安全預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括車輛檢測和行人檢測兩大部分，利用車輛檢測模塊和行人檢測模塊分別檢測車輛和行人，行人檢測器模塊主要由壓電傳感器傳輸數(shù)據(jù)，車輛檢測器模塊主要由超聲波傳感器傳輸數(shù)據(jù)，并利用單片機控制系統(tǒng)實行實時監(jiān)測與控制，將結(jié)果反饋到LED預(yù)警板和行人警示燈模塊，以便機動車駕駛員提高警惕并及時減速禮讓行人，道路上的行人作出準(zhǔn)確的判斷。其主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3 系統(tǒng)工作布局

在無信號燈控制的路段或道路交叉口，過街行人極易與機動車發(fā)生沖突。白天交通條件較好，駕駛?cè)四苤鲃拥乇苊庖蛐腥诉^街而發(fā)生事故；在夜間交通條件較差時，駕駛?cè)艘暰喾秶s短，視線模糊，再加上行人過街具有隨意性，容易發(fā)生交通事故。夜間交通事故具有事發(fā)突然、事故狀況嚴重等特點。系統(tǒng)的工作布局隨著交叉口形式的不同而發(fā)生變化。根據(jù)目標(biāo)路口的不同設(shè)置不同的夜間行人預(yù)警系統(tǒng)，車輛到達信號由安裝在路口的超聲波檢測器檢測；慢行中的行人信號由安裝在人行道兩端入口的壓電傳感器檢測；運用多種傳感器融合技術(shù)整合信號，最終形成夜間交叉口安全預(yù)警系統(tǒng)。

2 VISSIM仿真分析

2.1 系統(tǒng)運行過程

路段感應(yīng)式夜間行人預(yù)警系統(tǒng)一共細分為五個模塊，運行過程如下：行人檢測模塊與車輛檢測模塊構(gòu)成該系統(tǒng)的檢測端，將檢測到的行人信號和車輛信號傳遞給系統(tǒng)的控制模塊；控制模塊會根據(jù)接受到的信號將指令傳遞給LED板預(yù)警模塊，由LED板預(yù)警模塊組成預(yù)警信息發(fā)布端；智能斑馬線系統(tǒng)作為輔助模塊，利用太陽能儲電供電，輔助行人安全過街，為行人夜間過街提供一份安全保障。系統(tǒng)運行過程框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運行過程

交叉口預(yù)警設(shè)備控制器實時顯示交叉口和路段上的車輛信號以及行人信號，超聲波測距傳感器檢測車輛的安全距離，當(dāng)有行人通過時，單片機預(yù)警控制系統(tǒng)會通知車輛前方有行人通過的實時信號，其結(jié)果發(fā)布到LED預(yù)警板上；壓電傳感器檢測行人的實時空間位置，當(dāng)前方的安全距離內(nèi)有車輛行駛時，單片機預(yù)警控制系統(tǒng)會通知行人，確保安全后，快速通過人行橫道，其結(jié)果通過行人警示燈智能顯示。夜間交叉口預(yù)警設(shè)備實時控制LED預(yù)警板和人行橫道預(yù)警燈的開關(guān)。

利用行人紅外線感應(yīng)裝置對行人的信息進行采集后，傳輸行人過街信號，發(fā)布精準(zhǔn)信息;對于車輛提示系統(tǒng)，是機動車感應(yīng)線圈對機動車的信息進行采集后，通過有線傳輸?shù)姆绞綄⑿畔鬏數(shù)竭^街信息控制模塊，經(jīng)過單片機程序?qū)Σ杉男畔⑦M行處理后，預(yù)判行人能否安全通過馬路;針對輔助系統(tǒng)，當(dāng)獲取到行人信號時，警示燈會自動發(fā)出提醒信號。紅外傳感器檢測行人系統(tǒng)設(shè)有兩束光線，只有兩束光線同時被遮擋，才會顯示行人信息，參數(shù)設(shè)計具體見表1。

由表1可知，該系統(tǒng)采用雙重保障機制，壓電傳感器與紅外傳感器共同組成行人檢測機制。紅外傳感器運用2條光束能夠精確地檢測到行人信息，并將信息準(zhǔn)確反饋到LED預(yù)警板之上，以提醒夜間行駛的車輛提前減速以禮讓行人。

表1 紅外傳感器參數(shù)設(shè)置

2.2 運行結(jié)果分析

系統(tǒng)仿真的過程中，運行結(jié)果分析是其中較為重要的一部分，系統(tǒng)輸入量為車輛信號和行人信號，車輛信號主要包括車輛到達行人斑馬線的安全距離、反應(yīng)距離、減速距離以及車輛的時速；行人信號包括行人的中位速度以及行人在斑馬線中的距離定位。系統(tǒng)的輸出量為動態(tài)顯示的LED預(yù)警面板和動態(tài)顯示的人行橫道預(yù)警燈。系統(tǒng)實施之后，通過VISSIM交通微觀仿真分別得到了路段車輛數(shù)以及車輛的行程時間，具體如圖4與圖5所示。

圖4 車輛數(shù)顯示結(jié)果

圖5 行程時間顯示結(jié)果

在VISSIM仿真路段之內(nèi)，系統(tǒng)總的仿真時間為600 s,平均行程時間為14.7 s，交通系統(tǒng)平均運行速度為55 km/h。從上述結(jié)果可得出：系統(tǒng)的設(shè)置不但沒有影響交通系統(tǒng)的運行效率，反而提升了交通系統(tǒng)的運行安全、降低了交通事故的發(fā)生率。LED預(yù)警板和人行橫道警示燈實時發(fā)布預(yù)警信息，不僅保障了夜間行人過街的安全，降低了夜間事故率，而且在不影響機動車正常行駛的前提下，提高了夜間行人過街的效率。

3 結(jié) 語

夜間行人過街與夜間行車安全問題備受關(guān)注，本系統(tǒng)充分考慮了人車之間的突出矛盾，通過設(shè)置行人過街安全預(yù)警系統(tǒng)，駕駛員的安全通行性被有效的提高，夜間行人過街的安全性得到了有效的保障，進一步降低了人車過街的危險系數(shù)。雙重安全保障機制被初步建立，進一步推動了城市智能交通管理體系的發(fā)展，具備一定的社會研究意義。與現(xiàn)有技術(shù)相比，系統(tǒng)優(yōu)點如下：

(1)智能斑馬線作為輔助模塊，利用太陽能供電模塊，輔助行人安全過街，為行人夜間安全過街提供一份安全保障，避免了資源浪費與環(huán)境污染等問題(斑馬線的最外側(cè)安裝的壓電檢測儀作為觸發(fā)系統(tǒng)，當(dāng)獲取行人進入或走出斑馬線信號時，將信號傳遞到斑馬線的警示燈，警示燈會發(fā)光。該警示燈可以同時起到兩個作用：一是在光線不足時進行補光；二是起到重復(fù)提醒司機禮讓行人)。

(2)夜間行人過街警示系統(tǒng)具備多重警示功能，保障交通參與者出行安全的同時，且結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉。

(3)行人過街安全與智能交通相結(jié)合，系統(tǒng)自動檢測車輛與行人的實時動態(tài)，控制端進行智能控制，LED預(yù)警板發(fā)布反饋信息，四個智能控制端達到動態(tài)循環(huán)，更加保障了夜間行人過街的安全性，提高了行人過街的實時效率。