智能斑马线系统

陈晓航　张晶

摘 要：随着生活水平的提高，道路上机动车辆日益增多，如何减少交通事故成为当今社会面临的一大问题。本文提出了一种智能斑马线系统，采用PLC控制，通过地灯闪烁、警报器警报和斑马线“消失”这三种方式来提醒过往行人注意红绿灯的变换，以免行人误闯红灯。

关键词：行人事故;事故原因;智能斑马线;模块化发展

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）25-0008-03

Intelligent Zebra Line System

CHEN Xiaohang ZHANG Jing

（School of Mechanical and Electrical Engineering and Automotive Services， Wuhan Business University，Wuhan Hubei 430056）

Abstract： With the improvement of living standards and the increasing number of motor vehicles on the road， how to reduce traffic accidents has become a major problem facing the society today. This paper proposed an intelligent zebra crossing system， which adopted PLC control to remind pedestrians to pay attention to the change of traffic lights through three ways： ground flashing， siren alarm and zebra crossing "disappear"， so as to prevent pedestrians from accidentally ignoring traffic lights.

Keywords： pedestrian accident;cause of accident;intelligent zebra crossing;modular development

隨着城市现代化发展越来越快，机动车增多，斑马线上的交通事故发生率越来越高。从行人的角度来看，至少60%的行人致命事故主要是由行人违章横穿道路造成的。一部分行人交通安全意识淡薄，交通语言识别能力弱，身体反应机能弱，缺少“路权意识”，以致危险来临却还不知。其中，儿童玩耍、饮酒行走、夜间着装颜色较深等也是导致部分行人死亡事故的重要原因[1，2]。

1 智能斑马线总体设计

1.1 产品介绍

本团队设计了一种智能斑马线系统。该系统的主要功能是通过人行道红绿灯的变化，控制斑马线转换不同的形态，当压力传感器检测到有人闯红灯时，触发警报器发出警报，同时也会通过摄像头将不遵守交通规则的行人记录下来，并将照片以LED屏播放的方式传递给大众，以此来达到警示行人遵守交通规则的目的。

该智能斑马线系统如图1、图2所示，其工作模式分为白天和黑夜两种。当白天人行道处于红灯时，系统会控制斑马线消失，警示行人不能通过，绿灯时，斑马线会重现;光敏传感器感应到光线不足时，进入黑夜模式，斑马线白色区域部分底部设有LED灯，LED灯随红绿灯的变换而发生改变。

1.2 产品亮点

对比传统的斑马线，本文提出的智能斑马线系统有如下优点。一是该智能斑马线检测到光线偏暗时，斑马线呈现为若干条白色或红色的光带，具有照明作用的同时也具有警示作用，夜间衣服着装颜色较深导致事故发生的概率也大大降低。传统的斑马线效果较差，特别是在晚上或大雾天气，容易让司机和行人产生道路视距不良的情况而误闯红灯，从而导致车祸的发生。二是该智能斑马线系统将闯红灯的行人拍照记录下来，以此督促行人遵守交通规则，减少交通安全事故的发生。许多车祸发生的原因在于行人违章穿越马路，不遵守交通规则等。三是本系统在感应到有人闯红灯时，警报器将会发出警报，警示行人退回等候区。随着手机性能的不断提高，低头族越来越多，行走在路上时，许多行人低头玩手机，忽略了信号灯的转变，极易发生交通事故。

本系统采用西门子1200PLC进行控制，利用压力传感器和光线传感器对斑马线实际情况进行检测，实现了自动化和智能化。

1.3 产品设计方案

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

1.3.2 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，已有以可变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，如语音警示柱等。如图3所示，将语音警示柱与地面固定，放置在人行道两端，对过往的行人进行预警，其在传统信号灯的基础上增加了语音提示功能。越来越多的交通装置正在逐渐趋向综合化和智能化，无论如何，追求更强的适应性和更好的警示效果，这将是未来交通警示装置的发展趋势。

1.3.3 智能斑马线系统。本文提到的智能斑马线系统将信号灯信号直接显示于路面之上，根据红绿灯的变化而变换，实现全智能化，如图4所示。这样可以极大地减少行人交通事故的发生率。

2 产品技术说明

2.1 样机模型构成

本智能斑马线系统主要依据为PLC控制和传感技术，利用Solid Edge软件进行基础交通设施的绘制和场景模拟，以便达到样机模型构造标准化和精确化的目的。该系统主要由电源模块、信息采集模块、控制模块和信号输出模块组成。

2.1.1 电源模块。电源模块包括AC220V转DC24V14A的电源模块、DC24V转12V的变压器、DC24V转5V的变压器以及9V的电源模块。进行电压转换后，供电系统向各模块提供电能供应，保证各模块正常运行。电流为单向电流，互不干扰。样机为220V交流电供电，后期将会采用蓄电池供电。

2.1.2 信息采集模块。信息采集模块利用传感器获取交通系统所需的动态信息和静态信息，样机包括6组压力传感器信息采集模块和1组光线传感器。压力传感器包括AD转换模块，感受到压力后，以电阻变换的形式展现出来，通过AD转换模块将其转换为电压信号，传输给控制模块（PLC接收）。光线传感器检测光线强度，当光线较暗时，其切换成黑夜模式。

2.1.3 控制模块。控制模块为系统的核心部分，主要由西门子1200PLC组成，如图5所示，其功能为处理信号输出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。

利用AD转换模块将压力传感器所检测到的人行道路面信息转化为电压信号，接入西门子1200PLC中，红灯时，斑马线消失，人行道变为车辆通行状态。由于重量的不同，输入的电压值大小不同，当压力传感器检测到行人违章横穿马路时，系统触发蜂鸣器警报和摄像头拍照记录。信号采集模块光线传感器将光线信号转化为电信号，当光线过暗时，工作模式转变，控制LED灯开启。当交通信号灯为红灯时，斑马线整个呈红色光带，绿灯时呈现为白色光带。

2.1.4 信号输出模块。信号输出模块由电机、蜂鸣器、LED灯和摄像头组成，完成控制模块发出的指令，从而使得斑马线显示不同的预警信息。电机以及LED灯埋在地下，摄像头装在斑马线两侧，占用空间少，安全可靠。

2.2 核心技术实现解析

斑马线的消失与恢复由齿轮齿条传动，控制第二隔板往复移动来实现。而检测行人是否闯红灯，则是将压力传感器发出的电信号接入西门子1200PLC中，根据人和车的重量，压力传感器传输的电信号不同，将其电压信号转化为浮点数，设置一个区间，当车辆从压力传感器上经过时，浮点数偏大，不在设置的区间内，当行人在红灯状态经过压力传感器时，浮点数在区域范围内，输出端输出，蜂鸣器警报，同时控制摄像头开启拍照，记录违章行人，将数据传输给LED。光线传感器也接入模拟量输入端，电信号过低代表光线不足，PLC控制第二隔板移动到斑马线恢复的位置，所铺设的LED灯带亮，接受红绿灯所传输的信号，红色灯带与白色灯带交替变换。具体工作流程如图6所示。

白天，红灯时，电机转动控制斑马线消失，压力传感器检测到行人时，蜂鸣器警报，摄像头开启;绿灯时，电机转动，斑马线恢复。光线传感器感应到信号不足时，电机控制斑马线恢复，同时进入黑夜模式。红灯时，LED地灯亮红色，压力传感器检测到行人时，蜂鸣器警报，摄像头开启;绿灯時，LED地灯亮白色。

3 结语

我国智能交通系统研究起步较晚，但发展十分迅速。经过数十年的发展和积累，我国智能交通技术研发、产业化、系统建设等方面已取得长足的进步。目前，我国智能交通系统已从探索阶段进入实际开发和应用阶段[3]。斑马线的无人智能化管理可以引导行人遵守规章制度，降低夜间斑马线上交通事故发生的概率，构建安全和谐的城市交通出行环境。智能红绿灯系统可以让行人产生闯红灯的不适感，让行人自觉遵守红绿灯规则，做到安全出行，文明出行。

参考文献：

[1]代艳萍，向珍，张新月，等.智能斑马线[J].电子测试，2019（10）：13-15.

[2]黄艺娜，旷利平.智慧交通：大数据与人工智能的重要市场[J].南方农机，2019（16）：218.

[3]王锶佳，周妍.中国智能交通现状调查[J].交通企业管理，2017（4）：12-14.