過街安全警示系統(tǒng)的研究

緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了1篇過街安全警示系統(tǒng)的研究，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！

1弱勢交通參與者過街現(xiàn)狀分析

從慢行交通與機(jī)動車交通流線疏解看，過街設(shè)施主要有三種形式，渠化島、信號燈和立體過街。渠化島和信號燈是平面疏解，其中渠化島在空間上分配路權(quán)，信號燈在渠化的基礎(chǔ)上限制了時間上的路權(quán)分配，能夠?qū)崿F(xiàn)較大程度的人車分離。立體過街借助物理隔離設(shè)施完全實現(xiàn)了人車流線的時空分離，但過街時間長、建設(shè)成本高[11]。過街設(shè)施具有引導(dǎo)行人及非機(jī)動車安全過街和提醒來往機(jī)動車輛注意行人的作用[12]，但在過街途中弱勢交通參與者始終處于劣勢，更容易受到傷害。觀察發(fā)現(xiàn)行人過街常有違章現(xiàn)象，如闖紅燈，在紅燈沒有完全結(jié)束時搶行，在過街途中會因超越、躲避和疏忽、玩手機(jī)等原因走出人行橫道安全區(qū)域，DALIBOR[13]和HATFIELD[14]通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，過街時使用手機(jī)的行人速度更慢，對周邊危險的防范更低，會表現(xiàn)出很多不安全行為。非機(jī)動車也會因人行橫道上行人過多而選擇人行橫道以外區(qū)域行駛；在立體過街時為節(jié)省時間、逃避上下樓梯而選擇違章橫穿機(jī)動車道的現(xiàn)象。分析認(rèn)為過街設(shè)施為弱勢交通參與者提供了人車分離的物質(zhì)基礎(chǔ)，但無法給予弱勢交通參與者過街提醒以及過街途中違章警示等智慧化誘導(dǎo)服務(wù)，不能有效避免闖紅燈[15]和過街途中走出過街設(shè)施安全區(qū)域的問題，導(dǎo)致交通事故發(fā)生。Suh等[16]發(fā)現(xiàn)，夜間不良的照明條件會使機(jī)動車駕駛員產(chǎn)生車輛行駛速度不快的錯覺，誘發(fā)駕駛員提高車速甚至超速。有研究表明，在能見度比較低的環(huán)境中交通事故發(fā)生率更高[17]。綜合分析認(rèn)為，在當(dāng)前過街設(shè)施環(huán)境下，弱勢交通參與者能否安全過街取決于弱勢交通參與者過街時是否能夠高度遵守交通規(guī)則，以及機(jī)動車駕駛員的安全駕駛。避免弱勢交通參與者違章過街，降低過街危險，可以通過人為干預(yù)保障安全，但費時費力。為此，急需研發(fā)設(shè)置智慧過街安全警示系統(tǒng)取代人為干預(yù)。

2弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)所需的功能分析

智慧過街安全警示系統(tǒng)，實時監(jiān)視弱勢交通參與者過街行為，識別闖紅燈等違規(guī)行為并及時響應(yīng)、警示弱勢交通參與者安全過街，提醒機(jī)動車駕駛員注意行人，儲備收集交通大數(shù)據(jù)，為智慧交通的建設(shè)做貢獻(xiàn)，弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)需要具備以下功能：（1）闖紅燈警告。對于闖紅燈行為，智慧過街安全警示系統(tǒng)需要具備闖紅燈警告功能，結(jié)合道路信號燈，利用一些設(shè)備警告闖紅燈的弱勢交通參與者，及提醒其返回行人等候區(qū)。（2）綠燈提醒。對弱勢交通參與者等待綠燈亮起時不能及時過街問題，需要通過聽覺和視覺兩方面提醒等紅燈的弱勢交通參與者及時過街，避免綠燈時間浪費，而延長等待時間。（3）過街途中警告。及時提醒并制止過街途中弱勢交通參與者在過街設(shè)施安全區(qū)域外的通行行為，如超出人行橫道、不使用立體設(shè)施、違規(guī)進(jìn)入機(jī)動車道等。（4）實時監(jiān)控。對道路交叉口的弱勢交通參與者實時監(jiān)控，系統(tǒng)的實時監(jiān)控功能有利于交通管理部門對交叉口信息實時掌握。（5）機(jī)動車輛警示。警示機(jī)動車即將到達(dá)行人過街設(shè)施，且前方此時正處于行人的綠燈時間。（6）其他功能。采用視頻技術(shù)，監(jiān)控到達(dá)交叉口處機(jī)動車；交通信息數(shù)據(jù)采集，通過視頻技術(shù)采集交叉口處的交通信息，利用5G技術(shù)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，以供交通部門利用。

3弱勢交通參與者過街行為特性和模型

3.1弱勢交通參與者過街行為特性

弱勢交通參與者過街行為主要受到環(huán)境和心理影響，環(huán)境包括信號相位、周圍行人狀態(tài)和人行橫道等，心理即個人主觀意愿的體現(xiàn)。弱勢交通參與者過街行為特性主要為躲避行為特性和超越行為特性。躲避行為特性是弱勢交通參與者在遇到對向或同向弱勢交通參與者侵入到前進(jìn)區(qū)域而產(chǎn)生躲避的行為。超越行為特性是弱勢交通參與者在同向弱勢交通參與者速度較慢情況下改變前進(jìn)軌跡的行為。弱勢交通參與者過街躲避行為特性和超越行為特性是弱勢交通參與者不按規(guī)定行走人行橫道而選擇在過街設(shè)施安全區(qū)域外行走的重要原因。

3.2社會力模型

現(xiàn)有對弱勢交通參與者微觀仿真的模型主要分為離散型和連續(xù)型，其中離散型仿真較常用元胞自動機(jī)模型，但其對弱勢交通參與者交通行為的細(xì)節(jié)描述不詳細(xì)；連續(xù)型仿真模型使用典型的是社會力模型，可以體現(xiàn)行人的主觀意愿及反應(yīng)行人與環(huán)境的交互性。所以，本文選擇社會力模型對過街的弱勢交通參與者進(jìn)行模擬仿真。社會力模型基本形式為：fi()t=midvi()tdt=miai()t其中：fi()t表示t時刻弱勢交通參與者i受到的所有力的合力；mi表示弱勢交通參與者i的質(zhì)量；vi()t表示t時刻弱勢交通參與者i的實際速度；ai()t表示t時刻弱勢交通參與者i的加速度。

3.2.1社會力模型的改進(jìn)

弱勢交通參與者過街時的躲避、超越、違規(guī)等行為，除了自身心理生理因素外，主要受到聲音、燈光以及商店、廣告牌、花草等周邊環(huán)境的影響，過街等待時信號燈的影響最大，起決定性的作用；過街途中視覺、聽覺刺激能顯著吸引弱勢交通參與者的注意力，如電子顯示屏和發(fā)光標(biāo)志道釘?shù)葻艄庠O(shè)施，近距離的語音播報、汽車鳴笛、行人談笑等聲音對弱勢交通參與者能夠產(chǎn)生較大的刺激。商店等道路周邊環(huán)境的影響因距離較遠(yuǎn)相對較小，可以忽略不計。綜合考慮弱勢交通參與者自身及與行人、障礙物、燈光、聲音之間的相互作用力等得到社會力矢量模型：fi()t=fi0()t+j≠()iΣfij()t+ωΣfiω()t+lΣfil()t+vΣfiv()t+ζi()t（2）其中：fi0()t表示自驅(qū)動力，指向弱勢交通參與者的目的點；fij()t表示相互作用力，t時刻弱勢交通參與者i受到的來自弱勢交通參與者j的作用力；fiω()t表示障礙物作用力，t時刻行人i受到的來自障礙物ω的作用力；fil()t表示燈光作用力，t時刻弱勢交通參與者i受到的來自燈光視覺的吸引力（顯示屏、發(fā)光標(biāo)志道釘?shù)龋籪iv()t表示聲音作用力，t時刻弱勢交通參與者i受到的來自語音播報器的吸引力；ζi()t表示隨機(jī)波動項，在模型中代表不確定的弱勢交通參與者行為。

3.2.2社會力模型分析

自驅(qū)動力是主要決定弱勢交通參與者狀態(tài)的力，體現(xiàn)了弱勢交通參與者高度遵守交通規(guī)則的意識。相互作用力一方面考慮行人在私人空間中會存在一種與周圍行人保持距離的心理存在的排斥力；另一方面當(dāng)過街行人密度過大時，行人間因身體接觸而存在吸引力，所以弱勢交通參與者間的相互作用力由排斥力和吸引力決定。同樣，弱勢交通參與者和障礙物間也會保持距離，相互間存在排斥力。燈光作用力由燈光強(qiáng)度、體積、距離等決定。聲音作用力由聲音強(qiáng)度、距離決定。各個作用力的合力即社會力決定了弱勢交通參與者的過街行為。分析認(rèn)為弱勢交通參與者間躲避、超越、違規(guī)等行為產(chǎn)生的相互作用力為排斥力，是弱勢交通參與者在人行橫道安全區(qū)域外前行的重要原因。根據(jù)社會力矢量模型可以通過燈光和聲音作用力綜合校正社會力。燈光作用力和聲音作用力增加，可以增大社會力，如增加信號燈、顯示屏和發(fā)光標(biāo)志道釘?shù)葻艄庠O(shè)施，其中發(fā)光標(biāo)志道釘不僅產(chǎn)生燈光作用力提醒，還因安裝使路面不平同時產(chǎn)生障礙物作用力避免行人走出安全區(qū)域，配合語音播報器等音響設(shè)施提醒行人規(guī)范過街，保障安全過街。社會力矢量的值與顯示屏、發(fā)光標(biāo)志道釘和語音播報器的設(shè)備大小、安裝位置等因素有關(guān)。因此弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)的合理組成，配置可靠的設(shè)施設(shè)備并選擇正確位置安裝、設(shè)置有利于提高系統(tǒng)的功能發(fā)揮。

4弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)框架設(shè)計

弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)在現(xiàn)有過街設(shè)施基礎(chǔ)上，充分考慮建立的社會力矢量模型，為使社會力矢量模型更為充分地說明弱勢交通參與者過街行為特性，配置智慧過街安全警示設(shè)施設(shè)備，通過視頻檢測過街的弱勢交通參與者，識別違章行為，觸發(fā)語音播報器、顯示屏、發(fā)光標(biāo)志道釘，以此警示弱勢交通參與者遵守交通規(guī)則，躲避、超越、疏忽時確保安全。弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)包括：中心控制系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)、信息傳遞系統(tǒng)、地面警示系統(tǒng)、語音播報系統(tǒng)、能源供應(yīng)、視覺顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)框架如圖1所示。（1）中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)是整個弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，其主要功能是對收集到的信息進(jìn)行處理分析，然后向各個子系統(tǒng)下達(dá)命令，存儲數(shù)據(jù)，傳遞數(shù)據(jù)。（2）信息檢測系統(tǒng)。在人行橫道等候區(qū)設(shè)置警示立柱，其上安裝視頻檢測器，實時監(jiān)控道路交叉口弱勢交通參與者和機(jī)動車。視頻檢測器采用全方位半球攝像頭，拍攝范圍廣，監(jiān)控范圍大，實現(xiàn)多角度檢測。半球型攝像頭拍攝最遠(yuǎn)距離為100~300米，拍攝角度為100~120°，基于拍攝距離和角度，根據(jù)交叉口的大小安裝數(shù)量在2~4個，適用于絕大部分的過街設(shè)施。因檢測器安裝在人行橫道上，加大了檢測區(qū)域，能有效避免盲區(qū)和便于劃定視頻檢測范圍。先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)能增強(qiáng)城市交通信息的即時收集和獲取能力，為弱勢交通參與者、機(jī)動車駕駛員以及城市交通系統(tǒng)提供及時、準(zhǔn)確、動態(tài)的信息依據(jù)[18]。視頻檢測器拍攝范圍包括行人等候區(qū)、所轄人行橫道、部分的交叉口中心點附近區(qū)域和停車線后一段機(jī)動車道（具體長度根據(jù)實際交叉口大小和安裝視頻檢測器的數(shù)量而定）。安全區(qū)域范圍包括行人等候區(qū)、人行橫道。當(dāng)弱勢交通參與者出安全區(qū)域范圍，系統(tǒng)中心控制系統(tǒng)則會進(jìn)行判斷并根據(jù)不同階段違規(guī)行為進(jìn)行警示。（3）信息傳遞系統(tǒng)。采用5G技術(shù)，5G技術(shù)具備傳播速度快、延遲低和性能好等優(yōu)點[19]，同時具備高效率的分析信息和信息傳遞能力，有助于交通的智慧化進(jìn)展。（4）地面警示系統(tǒng)。采用嵌入式發(fā)光標(biāo)志道釘，設(shè)置在人行橫道標(biāo)線上的兩端，稍凸出地面，產(chǎn)生障礙物作用力，使弱勢交通參與者與人行橫道邊界保持一定安全距離。道釘燈色為白色、紅閃。發(fā)光標(biāo)志道釘中安裝有防眩裝置，避免對交通參與者產(chǎn)生眩光影響。禁止過街時，道釘不發(fā)光；允許過街時弱勢交通參與者獲得過街通行權(quán)，發(fā)光標(biāo)志道釘為白色光，其燈光作用力為排斥力，提醒著行人和機(jī)動車人行橫道的位置及邊界；當(dāng)弱勢交通參與者跨越超出人行橫道區(qū)域時，附近的道釘紅閃，燈光作用力由排斥力轉(zhuǎn)變?yōu)槲ΓT導(dǎo)弱勢交通參與者回到人行橫道。（5）語音播報系統(tǒng)。語音播報系統(tǒng)安裝在行人等候區(qū)處的警示立柱上。過街前和過街途中若弱勢交通參與者未有違規(guī)行為，語音播報產(chǎn)生的聲音作用力為排斥力，警示弱勢交通參與者與安全區(qū)域邊界保持安全距離；若過街前和過街途中弱勢交通參與者有違規(guī)行為，聲音作用力由排斥力轉(zhuǎn)變?yōu)槲ΓT導(dǎo)弱勢交通參與者回到安全區(qū)域。實時監(jiān)測弱勢交通參與者數(shù)據(jù)，違規(guī)現(xiàn)象觸發(fā)語音播報，視情況播報：“您已闖紅燈，請退回等候區(qū)等候”；“綠燈亮了，請盡快過街；“您已出人行橫道安全區(qū)域，請回到安全區(qū)域”。（6）能源供應(yīng)。由安裝在警示立柱上的太陽能電池板和配電箱組成，配電箱的輸入端可同時接市政供電系統(tǒng)和太陽能電池板，市政供電系統(tǒng)和太陽能電池板可同時為配電箱供電，配電箱對供電電壓進(jìn)行處理后提供給整個系統(tǒng)所需的電壓。（7）視覺顯示系統(tǒng)。采用設(shè)置在警示立柱上的顯示屏，紅燈時期其產(chǎn)生的燈光作用力始終對弱勢交通參與者產(chǎn)生排斥力，警示弱勢交通參與者闖紅燈的行為；綠燈時期產(chǎn)生的燈光作用力為吸引力，誘導(dǎo)弱勢交通參與者過街。弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)過街流程圖如圖2所示。

5實施效果

弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)確保改進(jìn)的社會力矢量模型更為有效、準(zhǔn)確地模擬慢行交通過街動力學(xué)現(xiàn)象。系統(tǒng)實現(xiàn)24h工作機(jī)制，視頻檢測器的監(jiān)控范圍包括整個交叉口及部分機(jī)動車道，監(jiān)測范圍大、準(zhǔn)確率高。若弱勢交通參與者抵達(dá)人行橫道，視頻檢測器對其過街進(jìn)行全程監(jiān)控，警示弱勢交通參與者闖紅燈行為，提醒綠燈亮起，警示出現(xiàn)在人行橫道安全區(qū)域外的弱勢交通參與者。

5.1技術(shù)效果

（1）視頻檢測器檢測范圍廣、準(zhǔn)確率高和影響小。視頻檢測器能運用于城市道路大型交叉口和各類型路段。設(shè)備安裝在行人等候區(qū)，設(shè)備安裝維修對道路影響小，安裝維修過程不會影響車輛運行。（2）改進(jìn)的社會力矢量模型實時考慮了弱勢交通參與者過街的情況，增加了燈光作用力和聲音作用力，以保障弱勢交通參與者安全。其中產(chǎn)生燈光作用力中的發(fā)光標(biāo)志道釘作用尤為重要，是弱勢交通參與者安全過街的重要保障。道釘燈光同時提醒機(jī)動車前方正處于紅燈期間，需減速至停車以禮讓行人。

5.2社會效益

（1）提高弱勢交通參與者過街安全。本系統(tǒng)涉及慢行交通過街的整個過程，過街前和過街途中均有相應(yīng)警示措施，極大地保護(hù)了弱勢交通參與者過街的安全性。（2）提高弱勢交通參與者過街效率。過街綠燈剛亮起時，利用語音播報器和顯示屏進(jìn)行提醒，過街途中對于出人行橫道的弱勢交通參與者進(jìn)行警告，以保障弱勢交通參與者自身安全和機(jī)動車運行效率。（3）提高機(jī)動車停車讓行意識。發(fā)光道釘?shù)臒艄忾_啟，夜間或不利天氣情況下，機(jī)動車可在遠(yuǎn)處便注意到前方有人行橫道，提醒機(jī)動車提前準(zhǔn)備減速讓行。本系統(tǒng)適用于各種慢行交通過街，涵蓋了信號和無信號的交叉口和路段。系統(tǒng)中各種設(shè)施的安裝，相比較于傳統(tǒng)過街設(shè)施建設(shè)成本增加，但對比系統(tǒng)建成后帶來的諸多優(yōu)點，成本高的缺點可以忽略不計，為智慧交通的建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6結(jié)論

弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)是智慧交通中不可缺少的部分。根據(jù)弱勢交通參與者過街特性改進(jìn)社會力矢量模型，再按照社會力矢量模型中各個作用力構(gòu)建弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)。弱勢交通參與者智慧過街安全警示系統(tǒng)以視頻檢測為核心，并警示違規(guī)的弱勢交通參與者。使用視頻檢測監(jiān)控進(jìn)入到過街區(qū)域的弱勢交通參與者，若弱勢交通參與者出現(xiàn)在安全區(qū)域外，紅燈時利用語音播報器和顯示屏分別產(chǎn)生燈光作用力和聲音作用力，警示闖紅燈并在綠燈亮起時提醒過街；綠燈期間發(fā)光標(biāo)志道釘閃爍和語音播報器發(fā)出聲音警示，產(chǎn)生燈光作用力和聲音作用力且都為吸引力，從而提高弱勢交通參與者過街安全性、機(jī)動車的運行效率。因此，構(gòu)建的智慧過街安全警示系統(tǒng)保障了弱勢交通參與者的過街安全性，尤其對過街途中弱勢交通參與者未能規(guī)范通行在人行橫道安全區(qū)域的危險行為進(jìn)行警示并提醒其再次返回安全區(qū)域，對智慧交通的建設(shè)與管理具有現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]余天洪，王榮本，顧柏園,等.基于機(jī)器視覺的智能車輛前方道路邊界及車道標(biāo)識識別方法綜述[J].公路交通科技，2006(1):139-142,158.

[2]WORLDHEALTHORGANIZATION.Globalstatusreportonroadsafety2018:Supportingadecadeofaction[R].Switzerland:WorldHealthOrganization,2018.

[3]李海巖，楊振，賀麗娟,等.全球NCAP行人保護(hù)測評的對比研究及展望[J].汽車工程，2021,43(5):730-738.

[4]李寧.考慮慢行交通的平面交叉口交通組織優(yōu)化研究[D].西安：長安大學(xué)，2017.

[5]丁袁，馬健霄，潘義勇.有無信號控制路段下行人過街眼動特性研究[J].交通信息與安全，2019,37(2):40-47.

[6]米曉越，朱茂雷，張睿,等.混合交通環(huán)境下信號交叉口行人過街系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020(21):59-60.

[7]楊艷，陳鳳.基于信號檢測的行人過街安全裝置[J].電子測試，2020(9):31-33.

[8]尤偉軍.一種基于多源觸發(fā)行人過街控制系統(tǒng)研究[J].無線互聯(lián)科技，2020,17(7):61-62.

[9]馬旭光，王孟孟，劉廣磊.淺談行人過街自適應(yīng)系統(tǒng)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2020(7):12-14.

[10]范增強(qiáng).互聯(lián)網(wǎng)+城市管理下HD市交通擁堵治理研究[D].保定：河北大學(xué)，2021.

[11]劉星明.歷史街區(qū)慢行交通系統(tǒng)路網(wǎng)與設(shè)施規(guī)劃研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2014.

[12]武昭凡.兒童友好視角下西安曲江新區(qū)城市街道空間評估與優(yōu)化策略研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2021.

[13]PESICD,ANTICB,GLAVICD,etal.Theeffectsofmobilephoneuseonpedestriancrossingbehaviouratunsignalizedintersections-Modelsforpredictingunsafepedestriansbehaviour[J].SafetyScience,2016,82:1-8.

[14]HATFIELDJ,MURPHYS.Theeffectsofmobilephoneuseonpedestriancrossingbehaviouratsignalisedandunsignalisedintersection[J].AccidentAnalysisandPrevention,2006,39(1):872-880.

[15]葛鵬.老年人過街行為特性分析[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2019.

[16]SUHW,PARKPY,PARKCH,etal.Relationshipbetweenspeed,lateralplacement,anddrivers'eyemovementattwo-laneruralhighways[J].JournalofTransportationEngineering,2006,132(8):649-653.

[17]馬艷麗，朱潔玉，張宿峰,等.考慮能見度的無信號交叉口行人與車輛沖突識別[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021,40(3):16-21,42.

[18]趙光輝.互聯(lián)網(wǎng)+背景下我國智能物流研究[J].物流工程與管理，2016,38(5):7-13.

[19]王傳海.基于排隊長度的交叉路口信號燈模糊控制方法研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2019.

作者：杜勝品 黃輝 皮文浩 單位：武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院