浅谈行人过街自适应系统

马旭光 王孟孟 刘广磊

（华录易云科技有限公司，江苏 南京 211800）

0 引言

随着城市化进程的日益加快，机动车保有量急剧上升的同时，城市居民的出行需求也在同步增加，而且路段行人与机动车之间的冲突也愈来愈突显[1]。与此同时，所带来的交通安全隐患也给机动车和行人带来了困扰。路段过街行人作为道路交通中的弱势群体，其过街时的安全保障成为当下道路交通管理者的重点关注内容。加强路段行人过街的管控措施与管理力度，重点研究不同类型城市路段行人过街设施及其服务特性，分析解决现有路段行人过街设施的主要问题，是当前重要的研究方向[2-4]。目前交通行业内，交叉口信号灯配时绝大部分采用固定配时的控制方式，难免会出现“中国式过马路”现象，一方面增加了交通违法的行为，另一方面也带来了较大的安全隐患。为了解决以上问题，缓解行人和车辆之间的矛盾，该文从“以人为本”的角度出发，研究了一种行人过街自适应控制的方法，通过实时检测等候的行人数量和行人等候时间，来辅助信号控制相位的自动切换，从而优化交通时间配置，有效降低事故发生概率，大幅提高交通资源和通行时间利用率。

目前行业内交通信号配时控制方式主要有以下2 种。1）固定信号配时，信号控制方案按照定周期模式进行，一个周期内行人过街等待时间为固定值，如果等待时间与行人能够忍受的等待时间有差距，将有一定概率出现行人闯红灯的违法行为，对整体的通行效率和安全性造成影响。2）按键请求式信号配时，这一控制方式普遍应用在路段行人过街设施当中，过街行人通过触发按钮发出过街请求信号，信号控制机接收信号后完成相位转换，这种方式提高了行人过街的安全性，不过针对较繁忙路段，这样的控制方式会严重影响主路车辆的通行效率，增加路段的整体停等次数，将会给机动车驾驶员造成困扰。同时，按键经过长期使用，不可避免地将会出现一定程度的损坏，会增加后期的维养负担。而且这种控制方式直接增加了行人间接接触的概率，对传染病的预防也产生了负面影响。

未来行人过街信号控制系统将向着人性化、智能化发展，目前已经可以实现利用行人按钮及时响应行人过街需求，动态改变配时方案。怎样更好的根据实时变化的行人流量、车流量实现智能化动态控制，科学调配机动车和行人放行时间，使行人过街设施的通行效率最大化，是我们亟需解决的问题。

该文建立了一种基于视频检测的行人过街自适应系统，可实时动态检测行人流量并实现自适应控制，灵活地给予机动车和行人放行时间，使行人过街设施的通行效率最大化。

1 设计思路

路段行人过街信号控制方式可以选择定时控制与感应控制2 种，分别适用于不同的场景和用户需求。

在平峰期，如普通工作日白天非上下高峰期或夜晚，路段行人过街的需求一般较小或波动较大，为了避免出现定周期中绿灯空放的现象，减少频繁切换行人相位对路段机动车流造成的干扰，采用行人过街感应控制方案，即在同时考虑行人忍耐时间及机动车最小绿灯时间的基础上，根据实时行人过街需求切换行人相位，否则将一直放行主路车流[5-6]。实时行人过街需求由前端检测设备采集得到，该方案主推视频采集等待行人流量，也可以根据交警需求采用行人过街按钮采集行人过街请求。

在高峰期，路段行人过街需求和机动车流量都较大且稳定，行人过街信号控制需要考虑与上下游交叉口信号控制进行协调，此时的主要问题在于避免由于机动车在路段停车导致下游交叉口绿灯空放或车辆排队溢出，应采用定周期协调控制方案。由前期调研确定行人放行和清空时长，同时根据上下游交叉口信号配时方案得到路段信号控制周期及机动车绿灯时长，尽可能优先保证高峰期交通不拥堵，再保证行人的过街需求。

2 设计原则

按照“技术上先进、使用上稳定、升级方便、拓展性强”进行系统设计。

2.1 技术先进性

行人过街自适应系统的设计应该具有技术先进性，所采用的技术和理念应当是交通行业内领先的，并且能够代表或者影响行业未来的发展方向。在行人过街自适应系统的设计过程中，应注重挖掘目前各系统存在的问题和短板，充分借鉴、应用国内外的先进技术和成功经验，做到取其精华去其糟泊。在系统结构上和设备选型上反复推演，最大限度地将这些代表行业发展趋势的先进技术有机地结合在一起，设计出一套性能优异、应用价值高的行人过街自适应系统。系统整体具有较好的超前意识而不局限于目前的使用条件和规模。

2.2 稳定性

行人过街自适应系统是针对路段行人过街设施安装部署的系统，充分考虑到室外恶劣环境下的设备稳定运行状态监测，同时兼顾当前技术和交通管理部门管理工作的发展方向，尽量选用成熟的技术，减少系统的技术风险，提升整体稳定性。

2.3 易维护性

行人过街自适应系统可接入交通设备运维管理平台，实时监测和上传前端设备的各项运行指标，实现系统全方位的运行监测功能。当系统发生故障或设备发生异常时将实时上报故障信息至管理平台，由管理平台提醒运维管理人员及时安排维养人员进行故障修复。同时，整体系统设计的设备和网络较简单，可分别对不同部分进行维护，能有效降低维护难度和维护成本。系统采用的硬件和软件均为成熟的技术产品，无须借助任何专用维护工具，无须对运维人员进行烦琐的培训，降低了培训费用，也节省了日常维护花销。

2.4 可拓展性

系统核心架构具有足够的灵活性及清晰的分层、模块化设计。针对不同的应用场景和用户需求可以灵活、快速地定制选配服务，及时响应客户需求。

系统灵活、开放的模块化设计赋予了结构上极大的灵活性，兼顾系统扩展、升级以及可预见的管理模式调整。系统选用的软硬件技术均具有开放性好、通用性强的特点，最大程度地提供了与其他交通管理系统连接的接口，以适应交通管理业务不断发展的需要，充分保护系统的长期投资。

3 系统架构

路段行人过街信号控制系统由前端子系统、网络传输子系统以及后端管理子系统3 个部分组成，如图1 所示。其中，前端系统采集行人过街数据，将数据传输至后端管理系统，并控制信号灯组状态。后端管理系统接收前端系统传输的数据，并将行人过街信号控制参数发送至前端系统。网络传输系统实现前端系统与后端管理系统之间的数据传输与交换。通过前端子系统、网络传输子系统及后端管理平台的配合，实现对路段行人过街的信号控制与运行状态监控，在确保行人过街安全的前提下，尽可能地提升主路机动车的通行效率。其中，行人过街自适应系统架构如图2 所示。

图1 系统组成

4 系统功能

系统通过主动采集行人过街需求实现行人过街信号灯的感应控制，主要功能可概括为以下5 点。

4.1 主动检测等待过街行人功能

如果采用行人闯红灯相机或人员密度相机方案，在相机中配置好检测区域、交通信号控制机IP、端口后，相机可以每隔一定时间间隔（可设置）通过网络将“设备ID、等待行人数量”等交通数据传输到交通信号控制机，实现对过街行人人数的主动、精准检测，为智能化地信号配时提供数据基础。如果采用传统的行人请求按钮方案，按钮在接收到行人请求后可以将信号通过I/O 口传输到交通信号控制机，实现对行人过街请求的监测。

4.2 行人过街感应信号控制功能

在路段行人过街需求较小或波动较大的时段或场景下，为了避免出现定周期中绿灯空放的现象，减少频繁切换行人相位对路段机动车流造成的干扰，可以采用行人过街感应控制功能，感应控制逻辑步骤。

首先，未检测到行人过街需求时，机动车灯绿灯，行人过街红灯。

其次，当检测到行人过街需求后，为了保证机动车的必要通行时间，需要判断机动车是否到达最小绿灯时间。同时，如果机动车最小绿灯时间设置过长，可能导致行人的等待时间过长。研究表明，当行人等待时间超过最大等待时间后，行人闯红灯的概率会大幅增加。因此，系统还需要判断行人的等待时间是否到达最大等待时间。综合考虑机动车的通行效率和行人过街安全2 个因素，达到“机动车的通行时间≥最小通行时间”或“行人等待时间≥最大等待时间中”的任一条件即需要触发行人过街相位。

再次，执行“行人放行延迟时间”，目的在于为机动车相位由绿变红提供安全间隔时间，机动车信号灯会按照绿灯→绿闪→黄灯的顺序改变状态，行人信号灯保持红灯状态。然后，执行完“行人放行延迟时间”后，交通信号控制机执行行人绿灯相位，此时机动车信号灯按照黄灯→红灯的顺序改变状态，行人信号灯按照红灯→绿灯改变状态。之后，当执行完行人绿灯时间后，行人绿灯切换为行人绿闪，目的是保证已经进入人行横道的行人安全到达另一侧道路。绿闪时间根据行人过街速度、距离等参数计算后在配置客户端进行设定。

最后，行人过街绿闪相位放行结束后，即恢复主路通行，机动车信号灯由红灯→绿灯，行人信号灯由绿闪→红灯，行人过街信号周期结束。如此循环往复，不断检测行人过街需求，满足行人过街需求。

图2 系统架构图

4.3 基本行人过街定周期控制功能

一方面，当路段行人过街需求较大且稳定时，行人过街可设置为定周期控制方案。另一方面，当前端行人检测设备出现故障时，系统可自动降级到定周期控制，以保证系统的稳定可靠运行。

4.4 视频监控及录像功能

高清摄像机能够提供1 路高清视频流，在不影响识别的前提下，对道路通行状况进行实时视频监测和录像，700万像素的高清摄像机帧率可达到25 fps。

4.5 远程配置及维护功能

首先，系统支持在前端通过人机交互界面进行现场配置和在中心进行远程配置，能够配置路段行人过街信号控制的相关参数，包括相位方案、绿信比、检测器参数等。然后，系统支持远程监控路段运行状态和数据统计分析，实时显示路段行人相位及机动车相位执行状态。最后，系统可实现远程重启、复位、升级等远程维护操作。系统易用性和可维护性均较高。为了回归人本主义，系统需要及时响应行人的过街需求，保证行人的通行安全。与此同时，为了实现系统效益最大化，该系统同步考虑机动车的通行权，尽可能地减少行人过街对机动车造成的干扰。该系统的核心部件为交通信号控制机、信号灯及行人密度检测相机。根据行人密度检测相机的视频识别技术，实时检测道路两侧等待区内的行人数量和行人等待时间，并同步传输数据至交通信号控制机，交通信号控制机内置算法综合考虑路口的整体通行效率，判定是否执行相位切换的请求，以此来寻求机动车和行人双方的最大效益，形成一套适合人车交通特性的路段行人过街自适应控制系统。