行人交通安全警示系统研究*

李 捷 张冠鸣 何永明

(东北林业大学交通学院 哈尔滨 150040)

行人交通事故在所有交通事故中占有的比例持续增高。研究结果表明过街时使用手机的行人更加危险；长安大学的彭金栓[1]从宏观的角度对道路交通安全问题进行了研究，并且引入了系统工程理论及热力学熵的相关概念，定性与定量相结合，从不同角度对道路安全系统进行分析。行人是交通系统中的弱势群体，一旦出现交通事故，行人所受的伤害要高于一般事故。目前行人交通安全问题在我国仍然是一个比较严重的现实问题[2]。因此，行人交通事故预防和管理的措施应当更加深入。

作为交通工程学的重要研究内容之一，行人交通安全的研究在国内外越来越深入。本文所研究的行人交通安全警示系统，克服了传统交通管理设施价格昂贵、效率低下的缺陷，为行人交通安全提供了更可靠的保障。

1 行人交通安全措施分析

1.1 传统交通安全警示措施

现有的行人交通安全警示措施相对较少，主要以标线、警示语及红绿灯限行为主，这类措施一般只能达到警示部分人群的作用，而且它们往往需要更多的空间及较高的造价。

由于传统交通标志显示信息固定，不能适应随时可变的道路交通状况，因此，仅拥有传统的行人交通安全警示措施是远远不够的。

1.2 新型行人交通安全警示装置

随着智能交通概念的普及及相关技术的发展，已有可变LED交通标志为主的各种新型行人交通警示装置出现并应用于城市道路交通系统中。以LED为光源的信号灯产业可谓方兴未艾[3]， 例如，语音警示柱、可发光人行横道等，见图1、图2。

图1 语音警示柱

图2 可发光人行横道

将语音警示柱与地面固定，放置在人行横道的两端，对过往的行人进行预警。在传统信号灯的基础之上增加了语音提示。

在人行横道周围装置发光设施，由埋在地下的输电线路进行供电，可以在夜间对过往的行人和车辆起到预警作用。

由此可见，越来越多的交通警示装置正逐渐趋于智能化和综合化，无论如何，追求更强的适应性、更低的造价及更好的警示效果，将是未来交通警示装置的发展趋势。

2 技术方案

2.1 模型构成

本行人交通安全警示系统主要的模型依据为现代信息控制论和传感技术，利用Auto CAD软件进行基础交通预警标志模型的绘制，以达到实验模型的图样和构造标准化和精确化的目的,图3所示即为本系统的模型原件。

图3 模型原件

该套系统主要由信息采集模块、信号输出模块、控制模块及电源模块构成。

2.2 工作原理

该系统的工作原理为：通过信息采集模块采集道路上的交通信息，由控制模块处理这些信息，并且控制模块对铺设于道路表面的信号输出模块发出指令，对道路上的行人进行警示。

以往的行人安全警示措施主要针对正常行走的行人，而忽略了如今数量越来越多的“低头族”，见表1。

表1 行人交通事故构成分析

由表1可见，半数以上的行人交通安全事故是因行人的“未注意”造成的，因此，为包括“低头族”在内的行人提供必要的安全预警，可以减少行人交通事故的发生。本行人交通安全警示系统弥补了这一不足，对低头行人也能起到警示作用，从而更全面地保障行人的交通安全[4]。实验所研究的警示系统，铺设于道路表面，不会对行人的正常行走和过往车辆的视线造成干扰，信息采集精确，被感知能力强，具有一定的容错能力。

2.3 适用地点

1) 信号交叉口。信号交叉口是行人与机动车产生冲突的主要地点，并且随着城市交通体系的迅速发展，一些信号交叉口的交通状况相当复杂。此外，绝大部分城市交通系统都是以机动车为主导，机动车占据了大部分路权与通行权。基于此种现状，产生了针对于信号交叉口的行人交通安全预警系统。此种系统的信号在一般情况下与交叉口的信号同步，其信号输出模块铺设于地面，便于行人发觉；当传感器检测到未注意交通信号变化的行人时，会对行人发出相应预警，提示行人注意安全。

图4即为信号交叉口行人交通安全警示系统安装分布简图，图中方形标记为行人感应装置，圆形标记为车辆感应装置。

图4 装置安装位置示意图(信号交叉口)

2) 危险地点。在一些可能会有行人经过的地点(如沟壑、转弯处、施工区域)，放置本装置，当传感器检测到有行人靠近时，警示灯会以一定频率闪烁，同时语音提示系统会发出语音警告，以达到警示行人的目的。

3 实验模型的制作

实验模型制作以信号交叉口为例。信号交叉口车流、人流特征具有典型代表性，是交通建模不可缺少的部分。实验模型包括信息采集模块、控制模块、信号输出模块、电源模块，通过各模块的有效联结，形成了系统的主要结构。

3.1 信息采集模块

交通信息采集是利用交通检测器对交通系统中所需求的动态和静态信息进行获取的过程,主要任务是获得道路上的运行信息[5]。信息采集模块主要由2组传感器构成，其中第一组采集车辆信息，第二组采集行人信息，2组传感器相互并联工作，并与控制模块连接。2组传感器均为重载型半导体压电阻传感器，且具有不同的压力表征范围，第一组为250～1 200 kN，第二组为9×103～2×105kN，分别用于感应行人与车辆。当车辆或行人通过它们时，即可接收对重力的感应，并完成信息的基本采集。采集后的压力信号将通过传感器的中央处理单元将信息输送到相应的控制模块。本系统信息采集不需要地上空间，准确可靠，还具有实时采集，便于运用等特点。

3.2 控制模块

控制模块为系统的核心部分，主要由具有一定运算功能的单片机组成。其功能为处理信号采集模块采集的道路信息，并对信号输出模块发出指令控制其工作。

信息控制模块与重载型压力传感器及信号输出模块相互连接，包括处理传感信息的计算机系统、应变计及相应的保护装置。控制模块将压力信号转变为电信号，使输出模块进行正常工作。在未接收到压力信号时，发光模块发绿光，表示可以通行，控制模块只接收到机动车的压力信号时，指示LED发光模块发出红光，表示不能通行，此为一级预警信息。当同时接收到机动车和行人的压力信号时，发光模块红光闪烁，并且对声音预警模块发出指令，蜂鸣器开始报警，警示行人注意安全，此为二级预警信息。

3.3 信号输出模块

信号输出模块主要由LED灯和蜂鸣器组成，可根据控制模块发出的不同指令显示不同的预警信息。根据GB/T 8417-2011 《灯光信号颜色》，所述LED发光模块由12个红色和12个绿色发光二极管组成，形成可变交通标志。声音预警模块由蜂鸣器构成。所述蜂鸣器与1个保护电阻串联后接到锂离子蓄电池两端。蜂鸣器与发光装置连接，系统在发光的同时可通过蜂鸣器报警音对行人进行警示。整个信号输出模块安装布置在人行横道处及人行道等需要进行预警的地方，系统符合GB 14886-2016 《道路信号灯设置与安装规范》。信号输出模块简单可靠，具有占用空间少，成本低的特点。

3.4 电源模块

实验所述电源模块由太阳能光伏发电板和锂离子蓄电池构成。所述太阳能光伏发电板发电电压为20 V，锂离子蓄电池充电电压为14～15 V，放电电压为11.1～12.6 V，符合GB 14887-2011 《道路交通信号灯》要求。经过电能储存之后,由供电系统向各模块进行电能供应,整个过程为单向传递，互不重复。各部分供电不交叉，保证了可检测性,具有高效节能的特点。具体的太阳能供电系统通过太阳能电池板进行发电，由蓄电池的充放电控制器完成对压力传感器、发光装置、蜂鸣器的电力供应,保障整个系统的正常工作。

4 实用性评估

4.1 技术评估

在实验室进行系统的技术评估，供电系统、控制和显示模块工作稳定。通过Vissim 软件进行交通仿真，并且以不同质量的模型小车和行人模拟路上的机动车及行人，进行稳定性和工作时长的测定，经过连续7 d的循环模拟，警示系统正常工作，并未发生短路及发热严重等问题。

4.2 实验调查与分析评估

根据交通调查与分析理论[6]，分别在校园主干道，商场人行道及道路交叉口等3种不同环境下进行实地调查，对系统进行分析评估。通过对学生、社会人员和校园家属共计200人进行意见询问及调查。经过整合，得到了评估报告，部分结果见表2。

表2 行人警示系统工作效果

由表2可见，其中72%的人认为起到了警示的作用，部分人认为如果报警声音过大可能会对行人有所影响，更多人认为装置适用于车流量与人流量较大的区域。

5 经济评价

5.1 性能及造价

表3为常见警示装置在造价和适用性方面的比较。

表3 造价、适用性比较

通过上述对比，各种行人交通安全警示装置都有一定的适用范围。本文所述的行人交通安全警示系统在一定程度上拥有更可靠的性能和较低的造价，其独特的预警效果相比于以往的警示装置具有更强的竞争力。

5.2 市场需求

据2016年的统计数据，在中国，大约有1 800万家各类交通预警及指示标志的生产销售商家。交通行业的建设由政府部门主导，具有很强的计划性和执行能力。由于行人交通事故的频发，交通标志系统的更新换代越来越快。在提高道路使用效率、保障交通安全等方面，可变交通信息标志的作用效果显著[7]，因此，需要利用此类可变交通信号设施弥补现有设施的不足。行人交通安全始终是交通安全的首位，新型行人交通警示系统预计会有良好的市场前景。

6 结语

本文在分析了传统警示标志和现有警示装置基础之上，提出了新型行人交通安全警示系统。通过对此系统的组成结构、模型制造、市场需求等方面进行研究与分析，并结合一段时间的实验和调试，证明了此系统的合理性与可行性。相比于传统及现阶段新型预警措施，此套装置更为高效实用，并且可节约一定能源，具有为我国现有交通系统服务的能力。