感應式行人過街信號控制系統

張新寧

【摘 要】為保證行人過街安全、降低車輛延誤，本文分析了行人過街特性，指出了行人過街存在的問題，提出了基于壓力感應的行人過街信號控制方法，設計了壓力感應式行人過街信號控制系統，并以哈爾濱市學府四道街與測繪路交叉口為例，對該交叉口信號控制系統進行改善。該信號控制系統對保證行人過街安全、降低車輛延誤具有一定作用。

【關鍵詞】壓力感應 行人過街 信號控制

行人過街安全問題一直倍受交通出行者及管理者的關注。但當機動車與行人發生沖突時，行人作為交通中的弱勢群體受到的傷害較大，往往會造成傷亡慘重、重大惡性交通事故。為保障行人在通過交叉口或路段時獲得合理的過街時間，進而降低其與機動車沖突的風險，保障行人過街安全，減少車輛的延誤，本文通過分析不同控制條件下行人過街特性，發現行人過街存在的問題，進而提出壓力感應式行人過街信號控制，對保障行人過街安全，降低車輛延誤有一定的效果。

1 壓力感應式行人過街信號控制

本文提出基于壓力感應檢測行人的方法，該方法利用壓力傳感器采集行人重量信息，測算每個周期過街行人的數量，進而確定行人過街所需最佳時間。

1.1 壓力感應式信號控制原理

（1）壓力傳感器采集行人重量信息。通過在安全島上設置壓力傳感器實時檢測行人重量，行人踏上安全島，會引起壓力傳感器里惠更斯電橋不平衡，傳感器后續電路發出一個差動信號，此時差動信號為模擬信號。

（2）信號控制機計算行人數量。信號控制機由AD轉換器和單片機組成。通過調查統計出行人專用相位的每個安全島上的各個方向的行人的數量，按比例計算出各個對角線方向的行人所占的比重。信號控制機將壓力傳感器采集到的4個安全島傳來的行人重量模擬信號轉化為數字信號，并通過計算得出4個安全島的行人重量數據，將該重量除以平均體重，得到安全島上的行人數量。將各個方向行人數量乘以該對角線方向行人所占比重，以此獲得各對角線方向的行人數量。比較其大小，取最大值記為M。

（3）計算行人相位的時長。行人相位時間根據式1-1進行設定：

（1-1）

上式的各個符號的含義為：

：行人相位的時長；

：行人反應時間；

：行人綠燈信號開始時等待的人數，一般等于一個周期行人的到達量p；

：行人流率，即單位時間單位寬度內通過某一斷面的人數，p/m/s；

：人行橫道有效寬度；

：行人穿越長度；

：行人15%位平均速度，m/s。

4）感應信號配時。在確定交叉口周期之前，先對指定的交叉口交通量進行調查，確定在不同時段的各個方向機動車所需的最短綠燈時間，南北方向進口的直左右機動車綠燈時間記為，東西方向進口的直左右機動車綠燈時間記為；最后根據第三步測得的行人專用相位時長，得出周期時長C。

1.2 壓力感應式信號控制硬件設計

硬件部分采用AVR系列ATmega16單片機為主控芯片，實現動態信號配時的基本功能。系統的硬件部分包括以ATmega16單片機為核心的最小系統、數據采集設備和動態信號配時顯示器。系統硬件結構框架如圖1.2所示。

系統采用電阻應變式壓力傳感器，精度和靈敏度較高，壽命較長，能適應較為惡劣的測量環境。它由彈性體、電阻應變片、電纜線組成，內部線路采用惠更斯電橋。當彈性體受荷載發生形變時，電阻應變片受到拉或壓的變形，阻值發生變化，電橋失去平衡，產生差動信號，供后續電路測量和處理，壓力傳感器結構如圖1.3所示。

1.3 壓力感應式信號控制軟件設計

AVR Studio能為AVR單片機開發人員提供高度集成的開發方案。AVR Studio是編寫和調試AVR應用程序的嵌入式開發環境。AVR Studio可以進行在線編輯源代碼，運行于AVR單片機，為AVR單片機開發者提供了方便。.

2 實例分析

2.1 交叉口現狀分析

本文以哈爾濱市黑龍江大學西門學府四道街與測繪路交叉口為例，該交叉口車道寬度為3.5m，中間設分隔帶，右轉不受信號燈控制，交叉口幾何現狀。該交叉口位于黑龍江大學附近，受學生影響較大，其信號配時方案為固定式行人專用相位，行人過街等待時間較長，超出行人忍受范圍，經常出現行人不遵守交通規則過街的現象。對機動車行駛造成較大影響，且對行人安全產生嚴重威脅。

2.2 交叉口主要問題

該交叉口及附近路段步行過街學生多，固定的行人專用相位不能滿足突然增多的過街行人的要求，是學生安全出行的一大隱患。

2.3 交叉口改進方法

采用壓力感應式行人過街信號控制進行行人專用相位配，在保證行人安全過街的前提下，減小行人相位時長，減小信號周期，進而減小各個方向交通流的等待時間。采用式4-1計算時，根據HCM2000，建議式中的各個參數的取值為：行人流率=1.23p/m/s，行人反應時間取3.2s。行人綠燈信號開始時等待的人數取壓力傳感器測得的值；行人穿越長取兩個安全島對角線的長度。式2-1化為

（2-1）

通過調查統計得到各個對角線方向的行人數量占所在安全島上全部行人數量的百分比，見表2.1。

表2.1 交叉口各個安全島對角線方向行人數量所占比例

對角線流向

東北

東南

西南

西北

所占百分比

0.04

0.41

0.11

0.44

根據實測數據得人行橫道寬度=3m，行人穿越長度=25.2m，行人數量待測，行人步速=2m/s。最終確定行人綠燈時間為：

3結語

由于定時式信號控制無法解決行人數量少或變化大的問題，本文采用感應式信號控制實時測算行人數量，進行動態配時。傳統的行人檢測技術系統程序復雜、受外界干擾大，測算行人數量時有較大的誤差，本文采用基于壓力感應的行人檢測技術，可以減弱外界干擾，該信號控制系統可以適應惡劣天氣。本文提出的壓力感應式行人過街信號控制系統對保證行人過街安全、降低車輛延誤具有一定的作用，可以為未來的行人過街信號控制方法提供借鑒和參考。

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