路面嵌入式辅助型交通信号灯

王兵兵 张文利 阳 伟 李 帅 康章毅 韦有礼

（贵州理工学院 交通工程学院，贵州 贵阳550000）

随着我国经济的快速发展，城市化进程不断加深，继而推动了我国交通事业的蓬勃发展，建立了一套比较完善的交通管理系统，居民出行效率与安全性得到显著提升。交通管理与控制是随着社会及汽车工业的发展而不断变化，20 世纪80 年代后期，随着信息技术、人工智能技术、计算机及通信技术的发展，在“自适应交通信号控制系统”与“路线导行系统”的基础上，逐步扩展成智能交通运输系统的研究。“智能交通运输系统”已成为各交通发达国家交通科研的热点。[1]而我国的交通管理与控制也从最初的传统交通管理（TTM）发展到现在的智能化交通管理（ITS）。通过增加交通供给能力，使交通供求平衡，以解决交通问题，并且基本不进行交通基础设施建设。

由于智能化交通管理的发展仍然处于初期，导致现有的道路条件依旧无法满足日益增长的机动化交通需求，各大城市都出现了不同程度的交通拥堵问题，且有向中小型城市蔓延之势。[2]同时，也带来了许多问题，例如：如图1 所示，当车流量大于交叉口的通行能力时，出现排队现象，由于车辆大小的异同，就会产生盲区，因前方大型车辆遮挡后面小车驾驶员视线而无法看到红绿灯，如图2所示，极大的可能导致闯红灯这种违规情况出现，更严重的还会导致交通事故，造成无法挽回的伤害。

图1 信号灯被遮挡

图2 被遮挡的小车视角

因此在社会上经常会有人争论这种情况该不该扣分，而交通部门也给出了明确的回答，不能撤销违章记录，因为闯红灯已经成为事实，所以肯定会进行处罚。

近年来，由于环境的恶化，雾霾天气在我国北方地区肆虐，对人们的正常生活造成了极大的影响，并直接导致交通事故的频繁发生，对人民的人身安全和财产安全造成了极大的威胁。

雾霾对城市道路安全的影响：能见度降低，雾霾天气，光线发生散射，驾驶员的视线变短，导致驾驶员在识别交通信号、交通标志等比较模糊，让驾驶员的出行危险系数升高。驾驶员行为：雾霾天气，驾驶员无法看见信号灯，只能习惯性的跟随前车的尾灯跟车行驶，一旦前车遇到突发情况，往往会导致追尾事故。[3]

交通信号灯被遮挡的问题，城市道路两旁的绿化树，不仅遮阴纳凉还可以美化环境，但是，如果修剪得不及时，这些疯长的树枝会遮挡交通信号灯，导致驾驶员误闯红灯。如图3 所示。

图3 信号灯被树叶遮挡

这些问题让我们有理由相信交通信号灯的研究依旧存在着很大的空间，交通灯装置的创新已经是刻不容缓，这将会成为一个交通问题研究的主方向，我们必须想办法解决这些问题。

1 原理及过程

路面嵌入式交通信号灯作为辅助型交通信号灯，与立杆式信号灯同步运行，并且采用LED 灯带的形式铺设在交叉口信号灯地面白色实线分隔标线上，这是为了解决后方小车被前方大型车辆遮挡视线或者被道路两旁的树干遮挡而看不到信号灯的颜色，它是在保证道路的正常通行情况下，让驾驶员能够预判前方立杆式信号灯被大型车辆遮挡后的闪烁情况。嵌入式交通信号灯也可以在雾霾严重的状况下，驾驶员通过右侧的路面嵌入式交通信号灯来判断是否可以通行。驾驶员可以通过交通嵌入式辅助型信号灯来提高视线被遮挡等情况下的应急能力和心理素质能力[4]。本文主要针对该问题，结合有关法规政策法规，设计出一款路面嵌入式辅助型交通信号灯。

对嵌入式辅助型交通信号灯的安放过程。首先，选取某地交通信号灯的交叉口进行调查，对路段的车流量、通行能力、排队时长、延误、交叉口信号相位及配时、交叉口拥堵情况等交通因素进行调查，记录通过某交叉口大型车辆的数量占有率，并对大型车辆遮挡后方小型车驾驶员的视线进行记录。通过与相关部门取得联系，在该交叉口作试验。

选取LED灯带作为辅助型信号灯，是防止小车因前后都有大型车辆被遮挡视线时，依然能看到路面嵌入式辅助型信号灯，LED灯带是连续发出颜色光。让驾驶员能够第一时间了解到信号灯的情况，从而作出应急反应。其次，LED灯带技术在市面上已经很成熟了，安装简单，维修方便，有很大的可行性。

LED灯带的运作方式：（1）路面嵌入式辅助型交通信号灯与立杆式信号灯是保持同步；（2）在信号灯交叉口，驾驶员通过察看右侧白色标线上安放的LED灯带来判断信号灯的颜色状况；（3）LED灯的颜色是连续不断的，在雾霾的期间，保证驾驶员能够时刻都能看到辅助型信号灯颜色状况；（4）在路面嵌入式辅助型信号灯出现开始前，对驾驶员进行访问调查，获取驾驶员对该辅助型信号灯的建议；（5）LED灯带与立杆式信号灯进行同步的设计，可通过单片机和嵌入式微处理器ARM的组合来完成。[5]

提出路面嵌入式交通信号灯并在符合我国所有相关的交通法规前提下，向有关部门申请在含有交通信号灯且大型车辆数量合适的道路试用路面嵌入式交通信号灯。路面嵌入式交通信号灯能够得到有关部门的认可和采纳，并被正式应用于道路上。路面嵌入式辅助型交通信号灯能最大程度的解决因大型车辆遮挡视线和被道路两旁树木枝干遮挡而导致误闯红灯的问题，把违规现象发生的概率缩到最小。同时，也希望被更多的城市所应用，为交通事业的发展作出一点贡献。

2 研究技术路线

图4

3 模型图展示

图5 交叉口模型图

图6 交叉口局部模型图

综上所述，本文针对小型车辆被各种因素遮挡视线，从而导致不能及时观测到交通信号控制情况而发生违规甚至交通事故的情况，设计出的一款路面嵌入式辅助交通信号灯。在创新试用方面，在我国的众多城市尚未发现在车辆路面安装信号灯的现象。并且LED灯带在目前的市场上，技术方面已经较为成熟，LED灯带在安装和后期的维修都很方便，价格在市面上也很廉价，极大的增加项目的可行性实施。对此之前，尽可能减少闯红灯的现象，确保因前方大车遮挡信号灯时，可以通过车辆右侧嵌入式辅助型信号灯来判断信号灯的状态。减少误闯红灯的现象发生，对交叉口的行车安全提供保障。嵌入式辅助型交通信号灯作为一个辅助型交通控制产品，可以最大程度减少因视线问题而产生的违规及交通事故问题。希望本产品可以应用于更多的地方，为我国的城市道路交通事业做一份贡献。