基于紅外熱成像技術的路段行人過街系統★

陸毅忱 王連震

(東北林業大學交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

行人作為道路交通三要素之一，是城市交通的重要組成部分。目前，針對路段行人過街需求，主要采用無信號控制和行人按鈕式信號控制兩種方式，少部分地區采用行人視頻檢測技術進行信號控制[1]。對于無信號控制的路段，主要采取機動車禮讓行人的方式滿足行人的過街需求，但行人的安全性并不高。為增強行人過街的安全性，行人按鈕式信號燈已經得到了一定的普及，多用于學校路段、商場路段等行人有較大過街需求的地方。但由于行人對按鈕式信號燈的了解程度不夠，可能會導致按鈕式信號控制無法發揮其作用，有部分地區甚至會出現按鈕被摳等惡劣行為的發生[2]。行人視頻檢測技術在行人過街領域中的運用使得按鈕的主動觸發變為被動檢測，避免了行人的不過街誤操作以及由于認知程度不夠導致的問題。但視頻檢測會受到天氣、噪聲等多種因素的干擾，導致檢測結果的準確性不夠，存在一定偏差。綜合考慮，本文選擇受外界影響較小的紅外熱成像檢測技術，該技術不受惡劣天氣等多種因素的干擾，且檢測精度與視頻檢測相比較高。通過對行人等待區行人占有率的檢測，判斷行人過街需求的人數，以此作為信號控制的基礎進行行人過街系統的優化設計。

1 系統設計

本系統主要由檢測系統、信號控制系統、輔助系統三個部分組成，其中檢測系統主要由行人檢測和車輛排隊檢測兩個部分組成。行人檢測采用紅外熱成像技術對行人等待區及人行橫道區域的行人分別進行檢測，車輛排隊檢測采用檢測線圈對排隊車輛進行檢測。信號控制系統對檢測所得信息進行處理做出相應的信號燈控制。輔助系統可減少行人的闖紅燈行為。

2 檢測系統

檢測系統主要有兩部分，分別為行人檢測和車輛排隊檢測。圖1是檢測系統在道路上的布局。

2.1 行人檢測

行人檢測主要有兩個部分，行人等待區的行人占有率檢測和人行橫道的行人檢測。因此，在車道兩旁的行人等待區上方和人行橫道上方分別安裝一臺行人紅外熱成像檢測儀，具體情況見圖1。圖1中行人熱成像檢測裝置1和2對行人等待區的行人占有率進行檢測，行人熱成像檢測裝置3對人行橫道的行人進行檢測。

2.1.1行人等待區閾值設定

本文通過對行人等待區行人占有率的檢測，當行人占有率達到閾值時，信號燈將發生變化，機動車信號燈經過5 s的綠閃后變為3 s的黃燈最后變為紅燈，行人信號燈由紅燈變為綠燈。

為避免行人出于非過街行為而經過等待區，行人熱成像檢測裝置1和2僅檢測在行人等待區靜止停留3 s以上的行人，此時默認該行人有過街需求。本文中所述的行人等待區域長l=5 m，寬h=2 m，其面積為10 m2。此處引入參數行人占有率α，其值可通過紅外熱成像檢測儀得出。

閾值的確定與行人等待區服務水平有關。國外曾提出行人排隊等候區域服務水平的標準，這些標準可直接應用于人行橫道和等待區，見表1。

表1 行人排隊等候區域服務水平標準[3]

行人等待區服務水平越低，所需設定的閾值越高。以服務等級為B的行人等待區為例，若行人人均占用面積為1 m2，則行人等待區可站10人。此時行人占有率閾值設置為40%為宜，即4個人。

2.1.2行人綠燈時間

行人最短綠燈時間gmin，可按照下式[4]計算：

其中，Lp為人行橫道長度；Vp為行人過街步速，m/s，可取1.0 m/s；I為綠燈間隔時間，s。

由上式可知，行人步行速度對行人過街時間有直接影響。行人的步行速度與行人的年齡、性別、人行橫道的長度等有關，調查顯示[5]可以選擇1.1 m/s作為通用的過街設計速度。

為使道路資源得到充分利用，借助人行橫道上的行人熱成像裝置3對行人進行檢測。當紅外熱成像檢測裝置檢測到人行橫道上無行人過街時，則將行人信號燈切換至紅燈，將機動車信號燈切換至綠燈，以減少無行人時行人過街綠燈時間的浪費，提高機動車通行效率。

2.1.3行人等待時間

當行人占有率未達到閾值，則行人需等待一段時間后方可過街。調查顯示[6]當行人等待時間超過40 s，則行人會冒險穿越人行橫道，因此行人等待時間在40 s以下為宜，本文設置行人等待時間為30 s。

2.2 車輛排隊檢測

行人通行會使車輛的通行發生一定程度的延誤。一般車輛長度不超過6 m，為減少延誤，在距離人行橫道的40 m的每條機動車道上分別安裝車輛排隊檢測裝置，以檢測車輛的排隊數量。

本文以雙向四車道為例，每個車道均裝有車輛排隊檢測裝置。當機動車信號燈為紅燈時，車輛排隊檢測裝置開始檢測。有1條或2條車道的車輛排隊長度超過檢測裝置時，行人等待區出現有過街需求的行人后可延長行人綠燈時間10 s；有3條或4條車道的車輛排隊長度超過檢測裝置時，說明等待車輛較多，車流量較大，即使行人等待區出現有過街需求的行人，行人信號燈的綠燈時長不再發生變化。

3 信號控制

信號控制系統與行人檢測系統及車輛排隊檢測系統相互連接。信號控制系統的輸出終端為信號燈，信號燈包括行人信號燈和機動車信號燈。

根據信息采集系統所提供的信息，對行人過街的信號進行控制，具體流程圖如圖2所示。

信號控制為常綠模式，即無行人時，機動車信號燈為綠燈，行人信號燈為紅燈。當有行人出現時，通過行人熱成像檢測裝置檢測行人占有率，行人占有率未達到閾值，則行人等待30 s，行人占有率達到閾值后，則機動車相位進行5 s綠閃后切換至3 s黃燈最后為紅燈，行人相位為綠燈，行人可以進行過街。

當行人相位為綠燈時，行人等待區若再次出現有過街需求的行人，則根據車輛排隊狀況，當車輛排隊檢測裝置未檢測到較多排隊車輛時，行人相位可增加10 s的綠燈時間，當車輛排隊檢測裝置顯示車輛較多時，則不增加行人通行時間，按原時間正常切換信號燈相位。

4 輔助系統

4.1 行人過街啟閉門

為進一步增加行人過街安全性，減少行人闖紅燈現象的發生，本文設計了一種簡易的行人過街啟閉門裝置，如圖3所示。

該裝置安裝于人行橫道和行人等待區之間，左右兩邊與人行道欄桿相連。當行人信號燈為綠燈時，行人通行啟閉門向上折疊，此時啟閉門打開，以供行人過街，當行人信號燈為紅燈時，行人啟閉門向下復位，此時啟閉門關閉，防止行人過街。

4.2 語音提示裝置

語音提示裝置能夠較好的提醒行人，當行人信號燈為紅燈時，語音提示裝置播報：“紅燈請留步禁止跨越啟閉門”；當行人信號燈為綠燈時，語音提示裝置播報：“綠燈請盡快通行”。

5 結語

本文主要針對行人過街問題，借助紅外熱成像裝置對行人進行檢測，對過街行人進行檢測，根據行人占有率進行信號控制。對車輛排隊情況進行檢測，判斷是否延長行人過街時間。采用行人紅外熱成像檢測裝置，使行人主動請求模式改為被動檢測模式，提高行人過街系統的智能化水平。在后續研究中，將進一步討論路段過街信號配時與交叉口綠波協調問題。