感应式行人过街信号控制系统

张新宁

【摘 要】为保证行人过街安全、降低车辆延误，本文分析了行人过街特性，指出了行人过街存在的问题，提出了基于压力感应的行人过街信号控制方法，设计了压力感应式行人过街信号控制系统，并以哈尔滨市学府四道街与测绘路交叉口为例，对该交叉口信号控制系统进行改善。该信号控制系统对保证行人过街安全、降低车辆延误具有一定作用。

【关键词】压力感应 行人过街 信号控制

行人过街安全问题一直倍受交通出行者及管理者的关注。但当机动车与行人发生冲突时，行人作为交通中的弱势群体受到的伤害较大，往往会造成伤亡惨重、重大恶性交通事故。为保障行人在通过交叉口或路段时获得合理的过街时间，进而降低其与机动车冲突的风险，保障行人过街安全，减少车辆的延误，本文通过分析不同控制条件下行人过街特性，发现行人过街存在的问题，进而提出压力感应式行人过街信号控制，对保障行人过街安全，降低车辆延误有一定的效果。

1 压力感应式行人过街信号控制

本文提出基于压力感应检测行人的方法，该方法利用压力传感器采集行人重量信息，测算每个周期过街行人的数量，进而确定行人过街所需最佳时间。

1.1 压力感应式信号控制原理

（1）压力传感器采集行人重量信息。通过在安全岛上设置压力传感器实时检测行人重量，行人踏上安全岛，会引起压力传感器里惠更斯电桥不平衡，传感器后续电路发出一个差动信号，此时差动信号为模拟信号。

（2）信号控制机计算行人数量。信号控制机由AD转换器和单片机组成。通过调查统计出行人专用相位的每个安全岛上的各个方向的行人的数量，按比例计算出各个对角线方向的行人所占的比重。信号控制机将压力传感器采集到的4个安全岛传来的行人重量模拟信号转化为数字信号，并通过计算得出4个安全岛的行人重量数据，将该重量除以平均体重，得到安全岛上的行人数量。将各个方向行人数量乘以该对角线方向行人所占比重，以此获得各对角线方向的行人数量。比较其大小，取最大值记为M。

（3）计算行人相位的时长。行人相位时间根据式1-1进行设定：

（1-1）

上式的各个符号的含义为：

：行人相位的时长；

：行人反应时间；

：行人绿灯信号开始时等待的人数，一般等于一个周期行人的到达量p；

：行人流率，即单位时间单位宽度内通过某一断面的人数，p/m/s；

：人行横道有效宽度；

：行人穿越长度；

：行人15%位平均速度，m/s。

4）感应信号配时。在确定交叉口周期之前，先对指定的交叉口交通量进行调查，确定在不同时段的各个方向机动车所需的最短绿灯时间，南北方向进口的直左右机动车绿灯时间记为，东西方向进口的直左右机动车绿灯时间记为；最后根据第三步测得的行人专用相位时长，得出周期时长C。

1.2 压力感应式信号控制硬件设计

硬件部分采用AVR系列ATmega16单片机为主控芯片，实现动态信号配时的基本功能。系统的硬件部分包括以ATmega16单片机为核心的最小系统、数据采集设备和动态信号配时显示器。系统硬件结构框架如图1.2所示。

系统采用电阻应变式压力传感器，精度和灵敏度较高，寿命较长，能适应较为恶劣的测量环境。它由弹性体、电阻应变片、电缆线组成，内部线路采用惠更斯电桥。当弹性体受荷载发生形变时，电阻应变片受到拉或压的变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，产生差动信号，供后续电路测量和处理，压力传感器结构如图1.3所示。

1.3 压力感应式信号控制软件设计

AVR Studio能为AVR单片机开发人员提供高度集成的开发方案。AVR Studio是编写和调试AVR应用程序的嵌入式开发环境。AVR Studio可以进行在线编辑源代码，运行于AVR单片机，为AVR单片机开发者提供了方便。.

2 实例分析

2.1 交叉口现状分析

本文以哈尔滨市黑龙江大学西门学府四道街与测绘路交叉口为例，该交叉口车道宽度为3.5m，中间设分隔带，右转不受信号灯控制，交叉口几何现状。该交叉口位于黑龙江大学附近，受学生影响较大，其信号配时方案为固定式行人专用相位，行人过街等待时间较长，超出行人忍受范围，经常出现行人不遵守交通规则过街的现象。对机动车行驶造成较大影响，且对行人安全产生严重威胁。

2.2 交叉口主要问题

该交叉口及附近路段步行过街学生多，固定的行人专用相位不能满足突然增多的过街行人的要求，是学生安全出行的一大隐患。

2.3 交叉口改进方法

采用压力感应式行人过街信号控制进行行人专用相位配，在保证行人安全过街的前提下，减小行人相位时长，减小信号周期，进而减小各个方向交通流的等待时间。采用式4-1计算时，根据HCM2000，建议式中的各个参数的取值为：行人流率=1.23p/m/s，行人反应时间取3.2s。行人绿灯信号开始时等待的人数取压力传感器测得的值；行人穿越长取两个安全岛对角线的长度。式2-1化为

（2-1）

通过调查统计得到各个对角线方向的行人数量占所在安全岛上全部行人数量的百分比，见表2.1。

表2.1 交叉口各个安全岛对角线方向行人数量所占比例

对角线流向

东北

东南

西南

西北

所占百分比

0.04

0.41

0.11

0.44

根据实测数据得人行横道宽度=3m，行人穿越长度=25.2m，行人数量待测，行人步速=2m/s。最终确定行人绿灯时间为：

3结语

由于定时式信号控制无法解决行人数量少或变化大的问题，本文采用感应式信号控制实时测算行人数量，进行动态配时。传统的行人检测技术系统程序复杂、受外界干扰大，测算行人数量时有较大的误差，本文采用基于压力感应的行人检测技术，可以减弱外界干扰，该信号控制系统可以适应恶劣天气。本文提出的压力感应式行人过街信号控制系统对保证行人过街安全、降低车辆延误具有一定的作用，可以为未来的行人过街信号控制方法提供借鉴和参考。

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