基于紅外線雷達感應監測器技術的鄉鎮道路交叉口預警設計

水晨光，王芳，趙偉，鄭杰，張啟貴，張田云龍，劉雅婷

（宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000）

1 引言

近年來，隨著國家加大對鄉鎮道路建設的投入，群眾出行難問題得到了很大緩解。但由于目前交通設施不完備和群眾道路安全意識不強等原因，鄉鎮道路交通安全問題頻發。特別是在鄉鎮的交叉路口，由于周圍房屋遮擋、車輛時速過快、行人安全意識薄弱等原因，導致駕駛員和行人在通過交叉路口時無法準確及時地判斷前方路況情況。當側方路口有行人通過時，駕駛員不能及時減速避讓就會導致交通安全事故的發生。因此，采取有效的措施對鄉鎮道路交叉口進行智能預警尤為重要。

交叉路口的智能化設計長期以來都是學術界所關注和研究的熱點，諸多學者為此也提出了許多相應的措施及解決方法。例如：車輛通信的控制，模糊邏輯的智能交通信號控制以及遺傳算法城市交叉路口交通流量優化控制等。雖然現已有了大量的研究實例和措施，但這對不同于城市地理位置的鄉鎮路網情況下仍然存在弊端，如對于某些獨特的的鄉鎮交叉路口，地理位置和和道路資源的限制，綜合使用各種傳統城市交通策略措施后，鄉鎮交叉口的安全事故仍然未得到實質性解決。與此同時，隨著我國城鄉規劃體系的完善，鄉鎮交叉路口的交通壓力也日益增大，交叉路口的安全問題日益突出。基于此，本項目提出了一種基于紅外線雷達感應監測器技術的鄉鎮道路交叉口預警設計方案，以期能夠有效地改善鄉鎮道路交叉口預警不及時的情況，從而減少交通事故的發生。

2 紅外線雷達感應監測器

2.1 設計原理及思路

在一些鄉鎮地區，道路交叉口因沒有安裝車輛減速帶、交通信號燈、警示標志等相關道路交通安全設施，經常出現車輛通過交叉路口速度過快、行人通過路口隨心所欲的現象，給來往的行人和車輛帶來了極大的安全隱患。為有效改善這種現象，本研究通過有針對性地在無安全設施的道路交叉口安裝紅外線雷達感應監測裝置，能夠起到有效的提醒和規范車輛及行人通行的作用，同時通行效率也得到提高。為了實現上述目的，本研究采用的技術思路為：

①構建紅外線感應區域：通過架設在道路兩側的雷達檢測器發射等離子紅外線投影于路面上形成感應區域；

②當行駛的車輛在視野盲區的紅外線感應區域出現行人時，雷達監測器將接受的信息數據發送給終端，終端計算機經過狀況分析再傳輸給汽車里面的車載系統以便提醒駕駛員在行駛盲區存在行人，達到減速的提示作用；同時在行人視野盲區的的紅外線感應區域出現車輛時，LED提示燈和雷達監測裝置會以語音播報的形式提醒行人前方交叉路口即將會出現車輛，以警示行人保持安全距離。

2.2 研究方法

①具體方法：在十字路口對立兩側分別安裝兩個雷達感應監測器，并且在雷達感應監測器上安裝有紅外線發射器元件，通過兩個雷達監測系統上的紅外線發射器將感應區域投影于路面上，從而形成四個區域路口的紅外線感應區域，以此達到實時監測行人和車輛的效果。

②紅外線雷達感應監測器主要包括裝置底座、雷達感應器、收發裝置和頂部的太陽能板。底座有升降控制裝置調節裝置的高度以適應不同地質區域的鄉鎮道路，內部安裝有電池模板以備特殊情況下供電；雷達感應監測器為圓柱形，在雷達接受器上安裝兩個紅外線發射器元件和相應的收發裝置；在頂部安裝太陽能電池板供電，同時安裝警告喇叭來提醒來往行人。具體結構見圖1。

圖1 紅外線雷達感應裝置

③整個系統包括三個部分：數據采集傳感器網絡、數據處理中心和城市交通指揮控制中心。數據采集傳感器網絡采用車輛檢測器為基本單元，將多個檢測器安裝在鄉鎮道路的關鍵路段和主要路口，就可實時監測通過感應區域行人和車輛的狀況。各個檢測器之間通過地址碼進行區別，通過5G有線或者是無線的方式構成網絡。傳感器網絡與數據處理中心之間通過串口通信實現數據的交換，數據處理中心的主要任務是讀取前端傳感器采集的數據，按照預定的算法進行處理，提取出相應的特征參數，然后通過無線收發設備傳給指揮控制中心，以便其進行數據處理并且實時反饋信息給駕駛員和行人。

④數據傳輸技術：本次研究的軟件流程圖如圖2所示。為了系統的方便完成，將系統的工作流程總分為兩個部分——數據采集處理主程序和數據傳輸子程序。其中，數據采集處理主程序需要實現的功能是將前端傳感器采集的數據讀入片內，然后再依據相應的算法進行處理，最后將結果保存在指定的存儲地址內。數據傳輸子程序的功能是將實時處理的結果通過無線模塊發送給移送終端。在這個傳送過程中考慮到應盡量減少需要傳輸的數據量，同時兼顧到實際路段上的交通流的變化速率，在此處可以設為每兩秒向終端發送一次數據，從而使得數據能夠得到實時更新。

圖2 軟件流程圖

3 感應區域實時監測系統

3.1 設計思路

感應區域實時監測系統以雷達監測器為前端數據采集器，將采集的數據傳送到信號處理和控制中心，來實現對感應區域的控制。通過對主要路段的汽車經過感應區域的實時車速、單位時間進入和離開某一感應區域的車輛和行人數量等信息的分析和處理，獲取該感應區域的相關數據。然后通過5G網絡快速將感應獲取的結果發送給控制中心，處理結果以車載導航系統方式體現出來，見圖3；實時播報駕駛員視線盲區的感應區域出現了行人等情況以便駕駛員能有足夠的反應時間和減速距離。這樣的控制中心可以根據當前各個路口感應區域通過的車輛和行人流量來進行數據分析，并且根據智能算法計算出當前路口感應區域的車輛和行人可能發生交通安全事故的安全距離，以此最大限度地避免發生交通安全事故的發生。

圖3 監測系統概念圖

在本研究中，以機動車通過感應路口的平均速度、單位時間內各個路口感應區域通過的車輛和行人的流量以及行人和車輛得到具體感應裝置發送的實時信號作出的反應時間和反應距離為特征參量。整個系統分為三個部分：數據采集部分、信號處理部分、終端顯示部分。原始數據來自多個車輛監測器組成的傳感器網絡，信號處理部分對其進行一定的分析和處理，提取出終端需要的信息，（感應車輛和行人的特征參量）具體見圖4。

圖4 交通流量監測裝置工程圖

4 結論

相較于傳統的交通安全設施而言，本文提出的基于紅外線雷達感應監測器技術的鄉鎮道路交叉口預警設計覆蓋面積廣、針對性強，同時也突破了傳統的信控方式，人性化建設充足。給行人和司機更加顯目的提醒和警告，從而降低了交通安全事故發生的頻率。一定程度上能夠彌補我國在鄉鎮公路交通安全設施系統的短板，為未來全國鄉鎮公路交通安全設施系統問題提供一定的理論基礎和依據。可以針對性地投入到鄉鎮規劃布局不規范且缺少交通安全設施或者有大量障礙物遮擋駕駛員和行人視線的十字交叉口，以減少鄉鎮交叉路口因缺乏交通安全設施導致的交通安全事故的概率。