淺談行人過街自適應系統

馬旭光 王孟孟 劉廣磊

（華錄易云科技有限公司，江蘇 南京 211800）

0 引言

隨著城市化進程的日益加快，機動車保有量急劇上升的同時，城市居民的出行需求也在同步增加，而且路段行人與機動車之間的沖突也愈來愈突顯[1]。與此同時，所帶來的交通安全隱患也給機動車和行人帶來了困擾。路段過街行人作為道路交通中的弱勢群體，其過街時的安全保障成為當下道路交通管理者的重點關注內容。加強路段行人過街的管控措施與管理力度，重點研究不同類型城市路段行人過街設施及其服務特性，分析解決現有路段行人過街設施的主要問題，是當前重要的研究方向[2-4]。目前交通行業內，交叉口信號燈配時絕大部分采用固定配時的控制方式，難免會出現“中國式過馬路”現象，一方面增加了交通違法的行為，另一方面也帶來了較大的安全隱患。為了解決以上問題，緩解行人和車輛之間的矛盾，該文從“以人為本”的角度出發，研究了一種行人過街自適應控制的方法，通過實時檢測等候的行人數量和行人等候時間，來輔助信號控制相位的自動切換，從而優化交通時間配置，有效降低事故發生概率，大幅提高交通資源和通行時間利用率。

目前行業內交通信號配時控制方式主要有以下2 種。1）固定信號配時，信號控制方案按照定周期模式進行，一個周期內行人過街等待時間為固定值，如果等待時間與行人能夠忍受的等待時間有差距，將有一定概率出現行人闖紅燈的違法行為，對整體的通行效率和安全性造成影響。2）按鍵請求式信號配時，這一控制方式普遍應用在路段行人過街設施當中，過街行人通過觸發按鈕發出過街請求信號，信號控制機接收信號后完成相位轉換，這種方式提高了行人過街的安全性，不過針對較繁忙路段，這樣的控制方式會嚴重影響主路車輛的通行效率，增加路段的整體停等次數，將會給機動車駕駛員造成困擾。同時，按鍵經過長期使用，不可避免地將會出現一定程度的損壞，會增加后期的維養負擔。而且這種控制方式直接增加了行人間接接觸的概率，對傳染病的預防也產生了負面影響。

未來行人過街信號控制系統將向著人性化、智能化發展，目前已經可以實現利用行人按鈕及時響應行人過街需求，動態改變配時方案。怎樣更好的根據實時變化的行人流量、車流量實現智能化動態控制，科學調配機動車和行人放行時間，使行人過街設施的通行效率最大化，是我們亟需解決的問題。

該文建立了一種基于視頻檢測的行人過街自適應系統，可實時動態檢測行人流量并實現自適應控制，靈活地給予機動車和行人放行時間，使行人過街設施的通行效率最大化。

1 設計思路

路段行人過街信號控制方式可以選擇定時控制與感應控制2 種，分別適用于不同的場景和用戶需求。

在平峰期，如普通工作日白天非上下高峰期或夜晚，路段行人過街的需求一般較小或波動較大，為了避免出現定周期中綠燈空放的現象，減少頻繁切換行人相位對路段機動車流造成的干擾，采用行人過街感應控制方案，即在同時考慮行人忍耐時間及機動車最小綠燈時間的基礎上，根據實時行人過街需求切換行人相位，否則將一直放行主路車流[5-6]。實時行人過街需求由前端檢測設備采集得到，該方案主推視頻采集等待行人流量，也可以根據交警需求采用行人過街按鈕采集行人過街請求。

在高峰期，路段行人過街需求和機動車流量都較大且穩定，行人過街信號控制需要考慮與上下游交叉口信號控制進行協調，此時的主要問題在于避免由于機動車在路段停車導致下游交叉口綠燈空放或車輛排隊溢出，應采用定周期協調控制方案。由前期調研確定行人放行和清空時長，同時根據上下游交叉口信號配時方案得到路段信號控制周期及機動車綠燈時長，盡可能優先保證高峰期交通不擁堵，再保證行人的過街需求。

2 設計原則

按照“技術上先進、使用上穩定、升級方便、拓展性強”進行系統設計。

2.1 技術先進性

行人過街自適應系統的設計應該具有技術先進性，所采用的技術和理念應當是交通行業內領先的，并且能夠代表或者影響行業未來的發展方向。在行人過街自適應系統的設計過程中，應注重挖掘目前各系統存在的問題和短板，充分借鑒、應用國內外的先進技術和成功經驗，做到取其精華去其糟泊。在系統結構上和設備選型上反復推演，最大限度地將這些代表行業發展趨勢的先進技術有機地結合在一起，設計出一套性能優異、應用價值高的行人過街自適應系統。系統整體具有較好的超前意識而不局限于目前的使用條件和規模。

2.2 穩定性

行人過街自適應系統是針對路段行人過街設施安裝部署的系統，充分考慮到室外惡劣環境下的設備穩定運行狀態監測，同時兼顧當前技術和交通管理部門管理工作的發展方向，盡量選用成熟的技術，減少系統的技術風險，提升整體穩定性。

2.3 易維護性

行人過街自適應系統可接入交通設備運維管理平臺，實時監測和上傳前端設備的各項運行指標，實現系統全方位的運行監測功能。當系統發生故障或設備發生異常時將實時上報故障信息至管理平臺，由管理平臺提醒運維管理人員及時安排維養人員進行故障修復。同時，整體系統設計的設備和網絡較簡單，可分別對不同部分進行維護，能有效降低維護難度和維護成本。系統采用的硬件和軟件均為成熟的技術產品，無須借助任何專用維護工具，無須對運維人員進行煩瑣的培訓，降低了培訓費用，也節省了日常維護花銷。

2.4 可拓展性

系統核心架構具有足夠的靈活性及清晰的分層、模塊化設計。針對不同的應用場景和用戶需求可以靈活、快速地定制選配服務，及時響應客戶需求。

系統靈活、開放的模塊化設計賦予了結構上極大的靈活性，兼顧系統擴展、升級以及可預見的管理模式調整。系統選用的軟硬件技術均具有開放性好、通用性強的特點，最大程度地提供了與其他交通管理系統連接的接口，以適應交通管理業務不斷發展的需要，充分保護系統的長期投資。

3 系統架構

路段行人過街信號控制系統由前端子系統、網絡傳輸子系統以及后端管理子系統3 個部分組成，如圖1 所示。其中，前端系統采集行人過街數據，將數據傳輸至后端管理系統，并控制信號燈組狀態。后端管理系統接收前端系統傳輸的數據，并將行人過街信號控制參數發送至前端系統。網絡傳輸系統實現前端系統與后端管理系統之間的數據傳輸與交換。通過前端子系統、網絡傳輸子系統及后端管理平臺的配合，實現對路段行人過街的信號控制與運行狀態監控，在確保行人過街安全的前提下，盡可能地提升主路機動車的通行效率。其中，行人過街自適應系統架構如圖2 所示。

圖1 系統組成

4 系統功能

系統通過主動采集行人過街需求實現行人過街信號燈的感應控制，主要功能可概括為以下5 點。

4.1 主動檢測等待過街行人功能

如果采用行人闖紅燈相機或人員密度相機方案，在相機中配置好檢測區域、交通信號控制機IP、端口后，相機可以每隔一定時間間隔（可設置）通過網絡將“設備ID、等待行人數量”等交通數據傳輸到交通信號控制機，實現對過街行人人數的主動、精準檢測，為智能化地信號配時提供數據基礎。如果采用傳統的行人請求按鈕方案，按鈕在接收到行人請求后可以將信號通過I/O 口傳輸到交通信號控制機，實現對行人過街請求的監測。

4.2 行人過街感應信號控制功能

在路段行人過街需求較小或波動較大的時段或場景下，為了避免出現定周期中綠燈空放的現象，減少頻繁切換行人相位對路段機動車流造成的干擾，可以采用行人過街感應控制功能，感應控制邏輯步驟。

首先，未檢測到行人過街需求時，機動車燈綠燈，行人過街紅燈。

其次，當檢測到行人過街需求后，為了保證機動車的必要通行時間，需要判斷機動車是否到達最小綠燈時間。同時，如果機動車最小綠燈時間設置過長，可能導致行人的等待時間過長。研究表明，當行人等待時間超過最大等待時間后，行人闖紅燈的概率會大幅增加。因此，系統還需要判斷行人的等待時間是否到達最大等待時間。綜合考慮機動車的通行效率和行人過街安全2 個因素，達到“機動車的通行時間≥最小通行時間”或“行人等待時間≥最大等待時間中”的任一條件即需要觸發行人過街相位。

再次，執行“行人放行延遲時間”，目的在于為機動車相位由綠變紅提供安全間隔時間，機動車信號燈會按照綠燈→綠閃→黃燈的順序改變狀態，行人信號燈保持紅燈狀態。然后，執行完“行人放行延遲時間”后，交通信號控制機執行行人綠燈相位，此時機動車信號燈按照黃燈→紅燈的順序改變狀態，行人信號燈按照紅燈→綠燈改變狀態。之后，當執行完行人綠燈時間后，行人綠燈切換為行人綠閃，目的是保證已經進入人行橫道的行人安全到達另一側道路。綠閃時間根據行人過街速度、距離等參數計算后在配置客戶端進行設定。

最后，行人過街綠閃相位放行結束后，即恢復主路通行，機動車信號燈由紅燈→綠燈，行人信號燈由綠閃→紅燈，行人過街信號周期結束。如此循環往復，不斷檢測行人過街需求，滿足行人過街需求。

圖2 系統架構圖

4.3 基本行人過街定周期控制功能

一方面，當路段行人過街需求較大且穩定時，行人過街可設置為定周期控制方案。另一方面，當前端行人檢測設備出現故障時，系統可自動降級到定周期控制，以保證系統的穩定可靠運行。

4.4 視頻監控及錄像功能

高清攝像機能夠提供1 路高清視頻流，在不影響識別的前提下，對道路通行狀況進行實時視頻監測和錄像，700萬像素的高清攝像機幀率可達到25 fps。

4.5 遠程配置及維護功能

首先，系統支持在前端通過人機交互界面進行現場配置和在中心進行遠程配置，能夠配置路段行人過街信號控制的相關參數，包括相位方案、綠信比、檢測器參數等。然后，系統支持遠程監控路段運行狀態和數據統計分析，實時顯示路段行人相位及機動車相位執行狀態。最后，系統可實現遠程重啟、復位、升級等遠程維護操作。系統易用性和可維護性均較高。為了回歸人本主義，系統需要及時響應行人的過街需求，保證行人的通行安全。與此同時，為了實現系統效益最大化，該系統同步考慮機動車的通行權，盡可能地減少行人過街對機動車造成的干擾。該系統的核心部件為交通信號控制機、信號燈及行人密度檢測相機。根據行人密度檢測相機的視頻識別技術，實時檢測道路兩側等待區內的行人數量和行人等待時間，并同步傳輸數據至交通信號控制機，交通信號控制機內置算法綜合考慮路口的整體通行效率，判定是否執行相位切換的請求，以此來尋求機動車和行人雙方的最大效益，形成一套適合人車交通特性的路段行人過街自適應控制系統。