行人过街智能控制系统设计探讨

张惠荣, 蔡章辉, 高 霄

(上海电科智能系统股份有限公司, 上海 200063)

0 引 言

随着国民经济的不断发展,我国机动车辆日趋增多,同时城市交叉口人车抢道问题日益突出;伴随国家对行人过街情况的重视,包括实施“礼让行人”措施,全国各地涌现不同形式的行人过街智能控制系统,例如行人过街语音提示桩、机动车不礼让行人抓拍系统、行人闯红灯抓拍系统等。

行人既是信号控制交叉口交通事故中的弱者,也是交叉口秩序混乱和效率低下的根源之一[1]。本文从行人过街特性分析出发,梳理近年来出现的为保障行人过街或治理行人闯红灯而开发的智能控制系统,并基于精细化控制的理念,提出一种精细化管理的行人过街与右转车智能联合控制系统。

1 行人过街特性分析

1.1 行人过街心理

为更好地解决行人与机动车抢道的问题,有必要了解行人过街时的心理特性,同时行人在过街时确实存在一些共性,归纳如下[1-3]:

(1) 省时心理。行人信号灯由绿灯转为红灯时,行人不顾违法,存在闯红灯过街的现象;当行人信号灯为红灯,冲突车道上无车辆时,行人选择违章过街。

(2) 侥幸心理。行人为弱势群体,认为机动车会避让,毕竟发生事故总是机动车的责任。

(3) 从众心理。当在路口聚集足够多过街行人时,一旦有人带头过街,将会引起其他人的效仿,这也是中国式过马路出现的原因。

(4) 忍耐极限。若信号灯红灯时间过长,超出行人能够接受的极限,此时行人有可能会选择闯红灯的违章行为。

1.2 影响原因

闯红灯主要原因归纳如下:

(1) 交通设施不合理,如过长的过街距离、较短的过街绿灯时长和较长的红灯等待时长。

(2) 交通资源分配失衡,我国长久以来在道路交通的发展中奉行“车本位”的理念,现有的道路规划设计、信号灯配时方案等均主要考虑机动车的运行效率,很少考虑行人和非机动车的需求[4]。

(3) 遵循交通规则意识淡薄,现阶段部分行人仍不具备较强的守法意识,甚至不认为闯红灯是违法行为,并且存在极强的侥幸心理,过于乐观地估计违法过街的安全性。

2 行人过街智能控制系统

为了更好地保障行人过街安全及治理“闯红灯”等违章行为,基于行人过街心理及违法原因,近年各地纷纷推出各种智能控制系统,如秦皇岛在人行横道线处设置语音提示桩,南宁安装的按钮式路段斑马线行人过街信号及电警系统,深圳安装的智能行人闯红灯取证系统,黄石大冶市安装的防闯红灯智能系统,烟台实施的机动车不礼让行人自动抓拍系统等。

现有的行人过街智能控制系统主要分为保障型行人过街控制系统、防闯红灯型行人过街控制系统、通行权分配型行人过街控制系统3类。

2.1 保障型行人过街控制系统

该类控制系统从保障行人过街的角度出发,当机动车与行人发生冲突时,优先让行人通过。同时该系统符合《道路交通法》第47条的规定:“机动车行经人行横道线时,应当减速行驶”;遇行人正在通过人行横道线,应当停车让行;响应国家加大对斑马线不礼让等交通违法整治的查处力度。属于这类的控制系统有不礼让行人抓拍系统。

该系统由视频采集、网络传输和管理中心3部分组成。视频采集包含高清一体化摄像机和补光灯,负责实时监测斑马线处行人和机动车通行情况,并在发生机动车未礼让行人违法行为时,记录该机动车违法前、中、后的图片。网络传输负责将记录机动车违法的照片上传给管理中心。管理中心通过拍照识别,以违法照片作为处罚依据对违法车辆进行处罚。保障型行人过街控制系统网络架构如图1所示。

图1 保障型行人过街控制系统网络架构

该系统可实现全天候执行监控,加大对不礼让行人违章的查处力度,一定程度上规范驾驶员礼让行人的行为,提升了礼让意识[5]。

2.2 防闯红灯型行人过街控制系统

该类控制系统从预防行人闯红灯的角度出发,通过语音提示、物理隔离、闯红灯抓拍等方式避免行人闯红灯行为的发生。属于此类的控制系统有行人过街语音提示桩、行人闯红灯抓拍系统。

(1) 行人过街语音提示系统。该系统主要由主、副两个语音提示桩、行人信号灯组成。语音提示桩内嵌红外检测模块、语音提示模块、LED显示模块,红外检测模块在行人信号灯为红灯时,检测是否有行人经过主、副语音提示桩;语音提示模块在行人闯红灯时发出语音警示,劝阻行人勿闯红灯;LED显示模块在红灯时显示“红灯禁行”,绿灯亮时LED屏显示“绿灯通行”;行人信号灯与语音提示桩连接,使语音提示桩与行人信号灯同步。设备布设示意图如图2所示。

图2 设备布设示意图

该系统可以自动检测闯红灯的行人,并予以语音警示,引导行人安全过街,再配合现场交警规范执法,能够减少行人、非机动车闯红灯违法行为的发生,创造良好的交通秩序。

(2) 行人闯红灯抓拍系统。该控制系统由违章抓拍子系统、违章警示子系统、室外显示子系统、网络传输子系统、后台服务器子系统组成[6]。违章抓拍子系统结合行人红灯信息,检测行人是否存在闯红灯行为,并对闯红灯行人进行抓拍;违章警示子系统在过街行人红灯越过等待区时语音装置发出警示声音,劝阻行人勿闯红灯;室外显示子系统负责将违章抓拍子系统抓拍的违章行为图像在大屏上显示;网络传输子系统负责将抓拍的图像视频等资料回传给管理中心;后台服务器子系统负责将违章图像视频存储、处理等操作。行人闯红灯抓拍系统组成如图3所示。

图3 行人闯红灯抓拍系统组成

该系统具备全天对行人/非机动车闯红灯违章监控,并通过语音警示和违章图像抓拍显示威慑闯红灯行为;可在后台服务器统计和分析闯红灯行为,甚至通过人脸识别技术获得其身份信息,从而进行违章处分,最终规范行人/非机动车的交通行为。

2.3 通行权分配型行人过街控制系统

该类控制系统从机动车和行人通行权分配的角度出发,通过设置行人过街按钮获取通行权、动态感应过街行人、分配行人通行权等方式,在保障机动车通行效率的同时分配过街行人通行权。属于此类的控制系统有按钮式行人过街控制系统、感应式行人过街控制系统。

(1) 按钮式行人过街控制系统。该系统由面向行人的信号灯、面向机动车的信号灯和信号灯杆处的行人过街按钮、语音提示设备组成。通常情况下,指示行人的信号灯处于红灯状态,指示机动车的信号灯处于绿灯状态,让车辆顺利通过。按钮式行人过街系统逻辑原理如图4所示,其中Tcar为机动车通行最小绿灯时长,Tyellow为机动车预留黄灯时长,Tpeople为行人过街绿灯且绿灯即将结束时,指示灯显示倒计并发出响声的时长。

该系统从以人为本的角度优先考虑行人过街需求,同时通过设置机动车通过最短绿灯时长来保障机动车的通行效率。

图4 按钮式行人过街系统逻辑原理

(2) 感应式行人过街控制系统。该系统由行人检测模块、信号控制模块、行人信号灯(含倒计时显示功能)、机动车信号灯、语音提示模块组成。感应式行人过街控制系统逻辑连接如图5所示。

图5 感应式行人过街控制系统逻辑连接

行人检测模块负责检测行人等待区域过街请求,即存在行人。信号控制模块负责接收过街行人请求,结合当前行人和机动车信号灯的状态,判别信号灯切换条件,进而将切换指令下发至行人和机动车信号灯。语音提示模块负责在检测到行人及行人信号灯为红灯时,警示过街行人。行人信号灯负责显示当前行人是否具有通行权,且在检测到行人且行人信号灯为红灯时显示当下等待时间。机动车信号灯负责显示当前机动车是否具有通行权。

该系统可动态检测过街行人数量,自适应地控制行人过街,通过设计等待时间倒计时显示功能,响应行人过街的请求,有效保障行人过街的需求和机动车的通行效率。

3 一种行人过街精细化控制系统

基于对行人过街特性分析、影响因素梳理以及现有的控制系统特点总结,设想一种精细化控制系统,应用场景设置在有专用右转车道的交叉口,对右转车和对应出口到斑马线处行人通行权精细化分配。

现阶段,一般情况下交叉口右转车道不受信号灯控制,可随时完成右转而进入对应出口道;针对行人过街信号配时,通常的做法:依据同方向的直行车道相位配时,设置过街行人的信号相位方案,因分配绿灯时长固定,故造成行人信号灯时长不能很好匹配行人过街波动规律;在此相位中右转车与对应出口到斑马线过街行人存在严重的路权冲突。特别说明,后文中所述行人均指右转车所对应出口到斑马线处的过街行人。

设计思路:对右转车进行信号控制,可采用箭头指示灯的方式，通行权分配模式分为3种：行人通行,右转车禁止通行；机动车通行,行人禁止通行；行人和机动车均可通行。通过分析对右转车排队长度和行人过街状况,将分配绿灯时长精细化分割为若干通行片段,各通行片段对应通行权分配模式中的一种。

该系统在行人过街数量较多且集中过街时放行人通行,禁止机动车通行,可保障行人过街安全;行人过街数量较少,随机达到时,禁止行人通行,放机动车通行,防止右转车连续车流被打断,提高右转车通行效率;机动车和行人均放行通过,此时行人存在较大间隔,供机动车穿过。

4 结 语

分析行人过街特性以及影响因素,梳理近年来行人过街控制系统的优缺点,在借鉴各控制系统的基础上,提出一种行人过街精细化控制系统,通过对右转车和对应出口到斑马线处行人通行权精细化分配,优化控制系统。