行人绿灯放行系统

岳志坤

摘 要：为有效解决“中国式过马路”问题，文中研究了行人绿灯放行系统。该系统主要由升降道闸、单向门禁、行人信号灯、语音提示四部分组成，不仅是将交通信号与行人放行系统相结合的一种新型交通设施，也是杜绝“中国式过马路”的有效手段。通过仿真建模验证了该系统能够有效减少交通事故的发生，提高交通效率。

关键词：PLC;Vissim;强制约束;交通效率

1 系统简介

为减少“中国式过马路”问题带来的交通隐患，部分城市采取罚款的方式，但此方式不但增加了交警的工作量，还容易引起警民矛盾，并没有取得很好的效果，不能从根本上解决问题，因此对行人绿灯放行系统的研究非常必要。行人绿灯放行系统主要由PLC控制的升降道闸、单向门禁、行人信号灯、语音提示、智能感应控制系统组成，配合分向人行横道标线实现行人按信号双向控制放行。单向门禁只能向允许行人通行的方向开启，逆行则被单向门禁阻止。该系统可以强制约束行人遵守交通信号和秩序，保障交通安全，减少交通事故的发生，提高交通效率。

2 设计目的和基本思路

2.1 设计目的

据调查显示，近年来全球每年死于交通事故的人数高达100万人，其中约有四分之一是行人，而行人不按交通信号指引随意穿越马路是引发交通事故的重要原因。

本文项目旨在研究一种将交通信号与行人放行系统相结合的新型交通设施行人绿灯放行系统，从而减少交通事故，保证行人安全、快速地通过马路，同时实现车辆快速高效运行。

2.2 基本思路

在实验前首先应收集好相关资料，查阅国内外研究现状，明确系统的创新点和所能达到的基本技术指标，从而制定出一个相对合理的研究方案。通过研究红绿灯的工作原理、控制系统、信号传递系统，明确信号控制相关知识;通过学习Vissim分析建模软件，构建出电子动态仿真，得出实验分析数据;通过搭建实物模型，从实践的角度出发验证本文系统的可行性和所能达到的效果。

具体技术路线如图1所示。

构造Vissim交通仿真模型和搭建实物模型的行人绿灯放行系统正视图、俯视图如图2、图3所示。

3 创新点分析

3.1 创新点

本文系统创新点主要包括以下几方面：

（1）该系统由道路两侧各一对道闸和单向门禁组成，配合地面标线，可使行人按方向分流通过人行横道;

（2）放行时间与人行横道绿灯联动，当绿灯亮时放行系统开启;

（3）智能感应控制系统控制升降道闸降落过程中不会误伤行人;

（4）当放行系统开启或关闭时设置提示语音，可使行人根据提示有序通过人行横道。

3.2 技术对比

目前应用范围最广的行人绿灯通行系统直接由人行横道信号灯控制，还有一部分配置有语音提示系统。虽然这些装置可让行人比较安全地通过马路，但是无法根治“中国式过马路”的现象。本文系统主要由升降道闸、单向门禁、行人信号灯、语音提示四部分组成，配合地面标线实现行人放行，通过时间与空间的巧妙结合及多方位限制，便利了路口的交通管理。在理论研究的基础上，通过实验的方法，对行人绿灯放行系统进行深入研究，以最新的交通系统研究文献为依据，结合实际情况对行人放行系统做出最新方案。

3.3 突出的实质性技术特点和显著进步

本文拟解决的主要技术问题是实现升降道闸和单向门禁的开启及关闭与行人信号灯的显示联动，实现红绿灯与人之间的“沟通”，限制人为过马路的想法，有效阻止中国式过马路的行为，从而有效提高行车速度和交通量，减少交通事故，有利于道路的通畅运行，为交通系统更通畅、更安全的发展带来新的曙光。

3.4 技术性分析说明

本文创新实验的主要技术分析过程：当行人信号红灯即将结束时，提前2～3 s，语音提示准备放行;红灯亮变为绿灯亮时，升降道闸开启，行人进入人行横道;到达道路另一侧时，行人通过单向道闸进入人行横道，完成过街过程。

行人绿灯放行系统效果图如图4所示。系统十字路口效果图如图5所示。

4 工作原理

4.1 使用方法

行人绿灯放行系统是将交通信号与行人放行系统相结合的一种新型交通设施。该系统由升降道闸、行人信号灯、智能感应控制系统、单向门禁、扬声器、护栏和地面标线组成。升降道闸、行人信号灯、单向门禁和扬声器及智能感应控制系统由PLC控制。单向门禁只能向人流方向开启，行人不能從单行门禁进入人行横道。

控制周期分为四个阶段，按顺序分为显示红灯、红灯闪烁、显示绿灯、绿灯闪烁。

（1）显示红灯：当行人信号显示红灯时，升降道闸处于关闭状态，过街行人在入口处等待过街。

（2）红灯闪烁：当行人信号灯红灯显示结束时，红灯闪烁，扬声器语音提示升降道闸即将开启，过街行人准备过街。

（3）显示绿灯：当红灯闪烁结束时，显示绿灯，两侧升降道闸同时开启，行人进入人行横道，横穿马路，经过单向门禁到达另一侧人行横道，完成过街过程。

（4）绿灯闪烁：当绿灯显示结束时，绿灯闪烁，语音提示升降道闸即将关闭，过街行人需要等待下一次升降道闸开启，此时已经进入人行横道的行人可继续通过。

4.2 技术特点和优势

通过交通调查实验和Vissim软件仿真对行人绿灯放行系统设置前后交通流平均延误和平均车速进行比较，根据实验原理搭建实物模型，从理论和实践的角度对系统进行多方位实验论证，由此确保系统的实用性和可行性。

4.2.1 交通仿真

（1）仿真路段基本情况

仿真路段由行人信号交叉口和十字信号交叉口组成。行人信号交叉口采用两相位信号控制。十字交叉口采用四相位信号控制，配有人行横道信号控制灯。为了取得更好的仿真效果，在仿真范围内加入了静态建筑物和树木。

仿真路段基本情况如图6所示。

（2）建模过程

①道路建模

根据Vissim软件建模流程，绘制仿真范围内的道路网，包括机动车道和非机动车道，本文模型十字交叉口相交路段均为双向四车道，道路两侧无非机动车道，机动车和行人均使用人行道。

道路建模时设置行程计时器，以便输出行程时间数据。

十字信号交叉口和人行横道仿真效果如图7、图8所示。

②交通量输入

首先确定仿真交通量各组成部分的参数，包括组成比例、平均速度等;然后按照人行信号交叉口和十字信号交叉口交通组成流量和流向将交通量按照表1输入。

③信号相位设置

十字信号交叉口信号周期为120 s，人行横道信号周期120 s，均采用定时控制。十字信号交叉口和人行横道信号共用一台信号控制机。

仿真路段信号相位配时设置见表2所列。

④仿真结果分析

仿真数据见表3所列。

⑤平均延误和平均车速的分析比较

仿真模型主要为了验证行人绿灯放行系统设置后车辆通过交叉口时的平均速度和通行能力变化，因此仿真输出主要参数为行程时间和延误时间，具体数据见表4、表5所列。

（3）交通仿真结论

通过交通调查实验和Vissim软件仿真对行人绿灯放行系统设置前后交通流平均延误和平均车速进行比较。研究结果表明，交通流平均延误均有不同程度的降低，平均降低约1.89 s，平均车速有不同程度的提高，平均提高约2.03 km/h。

4.2.2 搭建实物模型

根据行人绿灯放行系统的运行原理，成功搭建出比例为

1∶100的实物模型，该模型实现了信号灯与升降道闸的联动控制。行人绿灯放行系统模型如图9所示。行人通过及车辆放行效果图分别如图10、图11所示。

5 制作费用预算

本文系统制作费用总计600元，具体见表6所列。