陆毅忱 王连震

(东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

行人作为道路交通三要素之一，是城市交通的重要组成部分。目前，针对路段行人过街需求，主要采用无信号控制和行人按钮式信号控制两种方式，少部分地区采用行人视频检测技术进行信号控制[1]。对于无信号控制的路段，主要采取机动车礼让行人的方式满足行人的过街需求，但行人的安全性并不高。为增强行人过街的安全性，行人按钮式信号灯已经得到了一定的普及，多用于学校路段、商场路段等行人有较大过街需求的地方。但由于行人对按钮式信号灯的了解程度不够，可能会导致按钮式信号控制无法发挥其作用，有部分地区甚至会出现按钮被抠等恶劣行为的发生[2]。行人视频检测技术在行人过街领域中的运用使得按钮的主动触发变为被动检测，避免了行人的不过街误操作以及由于认知程度不够导致的问题。但视频检测会受到天气、噪声等多种因素的干扰，导致检测结果的准确性不够，存在一定偏差。综合考虑，本文选择受外界影响较小的红外热成像检测技术，该技术不受恶劣天气等多种因素的干扰，且检测精度与视频检测相比较高。通过对行人等待区行人占有率的检测，判断行人过街需求的人数，以此作为信号控制的基础进行行人过街系统的优化设计。

1 系统设计

本系统主要由检测系统、信号控制系统、辅助系统三个部分组成，其中检测系统主要由行人检测和车辆排队检测两个部分组成。行人检测采用红外热成像技术对行人等待区及人行横道区域的行人分别进行检测，车辆排队检测采用检测线圈对排队车辆进行检测。信号控制系统对检测所得信息进行处理做出相应的信号灯控制。辅助系统可减少行人的闯红灯行为。

2 检测系统

检测系统主要有两部分，分别为行人检测和车辆排队检测。图1是检测系统在道路上的布局。

2.1 行人检测

行人检测主要有两个部分，行人等待区的行人占有率检测和人行横道的行人检测。因此，在车道两旁的行人等待区上方和人行横道上方分别安装一台行人红外热成像检测仪，具体情况见图1。图1中行人热成像检测装置1和2对行人等待区的行人占有率进行检测，行人热成像检测装置3对人行横道的行人进行检测。

2.1.1行人等待区阈值设定

本文通过对行人等待区行人占有率的检测，当行人占有率达到阈值时，信号灯将发生变化，机动车信号灯经过5 s的绿闪后变为3 s的黄灯最后变为红灯，行人信号灯由红灯变为绿灯。

为避免行人出于非过街行为而经过等待区，行人热成像检测装置1和2仅检测在行人等待区静止停留3 s以上的行人，此时默认该行人有过街需求。本文中所述的行人等待区域长l=5 m，宽h=2 m，其面积为10 m2。此处引入参数行人占有率α，其值可通过红外热成像检测仪得出。

阈值的确定与行人等待区服务水平有关。国外曾提出行人排队等候区域服务水平的标准，这些标准可直接应用于人行横道和等待区，见表1。

表1 行人排队等候区域服务水平标准[3]

行人等待区服务水平越低，所需设定的阈值越高。以服务等级为B的行人等待区为例，若行人人均占用面积为1 m2，则行人等待区可站10人。此时行人占有率阈值设置为40%为宜，即4个人。

2.1.2行人绿灯时间

行人最短绿灯时间gmin，可按照下式[4]计算：

其中，Lp为人行横道长度；Vp为行人过街步速，m/s，可取1.0 m/s；I为绿灯间隔时间，s。

由上式可知，行人步行速度对行人过街时间有直接影响。行人的步行速度与行人的年龄、性别、人行横道的长度等有关，调查显示[5]可以选择1.1 m/s作为通用的过街设计速度。

为使道路资源得到充分利用，借助人行横道上的行人热成像装置3对行人进行检测。当红外热成像检测装置检测到人行横道上无行人过街时，则将行人信号灯切换至红灯，将机动车信号灯切换至绿灯，以减少无行人时行人过街绿灯时间的浪费，提高机动车通行效率。

2.1.3行人等待时间

当行人占有率未达到阈值，则行人需等待一段时间后方可过街。调查显示[6]当行人等待时间超过40 s，则行人会冒险穿越人行横道，因此行人等待时间在40 s以下为宜，本文设置行人等待时间为30 s。

2.2 车辆排队检测

行人通行会使车辆的通行发生一定程度的延误。一般车辆长度不超过6 m，为减少延误，在距离人行横道的40 m的每条机动车道上分别安装车辆排队检测装置，以检测车辆的排队数量。

本文以双向四车道为例，每个车道均装有车辆排队检测装置。当机动车信号灯为红灯时，车辆排队检测装置开始检测。有1条或2条车道的车辆排队长度超过检测装置时，行人等待区出现有过街需求的行人后可延长行人绿灯时间10 s；有3条或4条车道的车辆排队长度超过检测装置时，说明等待车辆较多，车流量较大，即使行人等待区出现有过街需求的行人，行人信号灯的绿灯时长不再发生变化。

3 信号控制

信号控制系统与行人检测系统及车辆排队检测系统相互连接。信号控制系统的输出终端为信号灯，信号灯包括行人信号灯和机动车信号灯。

根据信息采集系统所提供的信息，对行人过街的信号进行控制，具体流程图如图2所示。

信号控制为常绿模式，即无行人时，机动车信号灯为绿灯，行人信号灯为红灯。当有行人出现时，通过行人热成像检测装置检测行人占有率，行人占有率未达到阈值，则行人等待30 s，行人占有率达到阈值后，则机动车相位进行5 s绿闪后切换至3 s黄灯最后为红灯，行人相位为绿灯，行人可以进行过街。

当行人相位为绿灯时，行人等待区若再次出现有过街需求的行人，则根据车辆排队状况，当车辆排队检测装置未检测到较多排队车辆时，行人相位可增加10 s的绿灯时间，当车辆排队检测装置显示车辆较多时，则不增加行人通行时间，按原时间正常切换信号灯相位。

4 辅助系统

4.1 行人过街启闭门

为进一步增加行人过街安全性，减少行人闯红灯现象的发生，本文设计了一种简易的行人过街启闭门装置，如图3所示。

该装置安装于人行横道和行人等待区之间，左右两边与人行道栏杆相连。当行人信号灯为绿灯时，行人通行启闭门向上折叠，此时启闭门打开，以供行人过街，当行人信号灯为红灯时，行人启闭门向下复位，此时启闭门关闭，防止行人过街。

4.2 语音提示装置

语音提示装置能够较好的提醒行人，当行人信号灯为红灯时，语音提示装置播报：“红灯请留步禁止跨越启闭门”；当行人信号灯为绿灯时，语音提示装置播报：“绿灯请尽快通行”。

5 结语

本文主要针对行人过街问题，借助红外热成像装置对行人进行检测，对过街行人进行检测，根据行人占有率进行信号控制。对车辆排队情况进行检测，判断是否延长行人过街时间。采用行人红外热成像检测装置，使行人主动请求模式改为被动检测模式，提高行人过街系统的智能化水平。在后续研究中，将进一步讨论路段过街信号配时与交叉口绿波协调问题。