跑道灯

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2023年3月19日发(作者：2023换届)

路段感应式信号控制行人过街系统设计

何赏璐;郑长江;过秀成;李岩;杨洁

【摘要】Anovelpedestriancrossingsystembasedontheactuatedsignal

controlisdesignedtoimprovethesafetyandefficiencyofpedestrian

stemachievesthefunctionsofreal-timedetection

,theactuatedpedestrian

elevantauxiliaryfacilities,

decelerationzonecrosswalk,channellightingsystemandsmartsidewalk

barrieraredesignedtoprotectpedestriansafetyandimprovetraffic

efficiencybyseparatingpedestrianfromvehiclestemporallyandspatially.%

为保障路段行人安全过街,提高行人过街效率,设计了基于感应控制的路段行人安全

过街系统.该系统分别采用视频和感应线圈实现对过街行人和路段车辆的自动检测,

并据此设计行人过街感应信号控制方案,辅以“减速带式”人行横道、路段行人过

街通道灯和智能人行道护栏3种过街辅助设施,实现时空上的人车分离.

【期刊名称】《交通信息与安全》

【年(卷),期】2012(030)003

【总页数】5页(P110-113,117)

【关键词】行人过街;感应信号控制;过街辅助设施

【作者】何赏璐;郑长江;过秀成;李岩;杨洁

【作者单位】东南大学交通学院南京,210096;河海大学土木与交通学院南

京,210098;东南大学交通学院南京,210096;东南大学交通学院南京,210096;东南

大学交通学院南京,210096

【正文语种】中文

【中图分类】U491.5

0引言

合理的路段行人过街设施有利于保障行人安全过街，提高交通效率。国内城市中行

人乱穿马路等诸多不规范的过街行为，在一定程度上是由于忽视路段设计中对路段

过街设施设计［1］。为规范交通秩序，提高路段行人过街效率，保障行人过街安

全，交通工程师设计了多种路段行人过街设施，可分为平面过街设施和立体过街设

施两大类。相对于立体过街设施，平面过街设施具有建设简单、投资少、行人过街

方便等优点，应用最为广泛。但平面过街设施由于不能实现车流与人流的空间分离，

无法完全阻止不规范的行人过街行为的发生，易影响路段车流的运行，存在较大的

安全隐患。

路段平面过街设施可分为无信号控制、定周期信号控制、感应信号控制3类。无

信号控制的行人过街设施应用最为广泛，在机动车交通量较大时易造成交通混乱，

安全性较低。定周期控制行人过街设施是依据行人流量及机动车流量的历史数据设

计，兼顾人、车的通行权，但在过街行人较少的情况下机动车会产生较大延误。感

应式行人过街信号控制可根据车流量和人流量的变化改变信号控制方案，能显著改

善行人过街安全性和效率。现有基于机动车信息的感应控制和基于过街行人信息的

感应控制2种［2］。基于机动车信息的感应信号应用较为广泛，但对行人通行权

的考虑有所缺失。基于过街行人信息的感应设施主要为“按钮式”行人过街设施，

其能保障路段行人的通行权，体现“以人为本”的设计理念，但使用认知度偏低，

智能化程度不高。在交通规范意识较为薄弱的地区，行人常因忽略过街按钮而直接

闯红灯过街，容易发生严重的交通事故。

本文设计了一种新型的路段感应式行人安全过街系统，应用于行人过街需求和路段

车辆到达具有脉冲特性的路段。该系统采用视频检测技术实现过街行人的自动检测，

利用感应线圈检测机动车流的车头时距；通过感应控制实现信号的实时调整以保障

行人通行权和减少对车流的影响；采用“减速带式”人行横道、路段行人过街通道

灯、智能人行道护栏等辅助过街设施提醒驾驶员减速，空间隔离车流与人流。

1系统框架设计

路段感应式行人过街系统由信息采集系统、过街信号控制系统、过街辅助设施3

个子系统组成。信息采集系统分行人检测和机动车检测两部分，行人检测依靠视频

检测技术自动识别过街等待区中行人，机动车检测采用感应线圈检测车辆的车头时

距。过街信号控制系统根据行人等待时间和车流的车头时距，调整信号控制参数，

并依据实时交通状况对路段通道灯和智能人行道护栏等行人过街辅助设施进行控制。

系统兼顾行人过街需求和路段车辆通行效率，同时实现行人流和车流在空间和时间

上的同步分离，系统实施框架见图1。

图1路段感应式行人安全过街系统设计实施框架Fig.1Applicationframework

ofpedestriancrossingsystemwithactuatedsignalcontrol

2信息采集系统

2.1行人检测

采用视频检测方法可自动获取行人图像。行人具有灵活性、非刚体性和随意性等特

征，在视频拍摄时，所得图像中行人的轮廓表现得比刚体复杂；而且行人的外观受

到身材、姿势、衣着、光照等多方面的影响，行人轮廓特征不容易被提取。因此将

摄像机垂直架设在检测区域上方可最大限度地减少行人的遮挡和行人轮廓特征不易

提取的不利因素，摄像机的设置见图2。

图2行人检测示意图Fig.2Theschematicdiagramofpedestriandetection

摄像机采集的原始图像往往存在噪声，不利于后续图像的处理。为了抑制噪声，须

对拍摄的图像进行预处理，以改善图像质量，提高行人的辨识程度。考虑能较好过

滤噪声、减少不必要的图像损失、原理简单适用等因素，系统采用中值滤波法对图

像进行预处理。

图像经过预处理后，进一步采用基于统计分类的方法，即将行人检测看作是一个行

人／非行人的分类问题，先对行人进行特征提取，然后利用模式识别进行分类。因

此，行人特征提取方法和分类器的选择成为快速高效检测行人的关键。梯度直方图

（histogramsoforientedgradient，HOG）［3］被证明是能很好刻画人体的

轮廓并描述局部形状信息的特征，对光照变化和少量的偏移不敏感，适用于提取行

人特征。步骤如下：①将图片分成多个块，每个块分成多个单元格，在每个单元格

中，计算梯度的方向分布直方图作为特征向量；②把每个块的特征向量串联起来构

成整个图片的特征向量；③对于大量的特征，求出正样本（行人特征）的概率，联

合GentleAdaboost算法［4］创建的分类器实现行人的快速检测。Gentle

Adaboost算法不仅具有较高处理精度与速度，同时算法简单，计算速度快，在需

要进行实时信息的处理时显得格外的重要。

2.2机动车检测

在人行横道两侧的停车线上游车道设置机动车检测器，负责机动车空档检测。检测

器位置与机动车单位绿灯延长时间、车辆的平均速度密切相关，因此选择最佳的检

测器布置位置对感应控制的效果具有重要作用。检测器距离停车线的距离应满足3

个要求：

1）保证车辆在单位绿灯延时内顺利通过人行横道，如式（1）。

式中：l1为机动车行驶方向上检测器与停车线的距离，m；gmin为机动车单位绿

灯延长时间最小值，s；vv为路段机动车车速，m·s－1。

2）满足车辆在人行横道前安全刹车的要求，见式（2）：

式中：l2为机动车在停车线前安全停车时检测器与停车线的距离，m；a为机动车

减速度，m·s－2；td为驾驶员反应时间，s，vv为路段机动车车速，m·s－1。

3）在最小流量时车辆排队不超越检测器，如式（3）。

式中：l3为受车辆排队约束时检测器与停车线的距离，m；qmax为最小流量时的

最大排队车辆数，辆，hv为排队车辆的平均车头间距，m。

综合以上3个要求，机动车检测器感应线圈与停车线之间的距离l＝max（l1，l2，

l3）。

3路段行人过街感应信号控制系统

3.1路段行人过街感应信号基本原理

行人过街的信号根据过街行人信息和路段车流空档进行实时的调整，路段行人过街

感应信号工作流程见图3。

图3感应信号工作流程图Fig.3Theflowchartofactuatedsignalcontrol

当行人检测器未检测到行人时，机动车将一直绿灯放行；当视频拍摄到有过街行人

时，先判断机动车绿灯时间是否超过极限绿灯时间，超过则转换为行人相位，未超

过，则判断是否满足机动车初期绿灯时间，不满足则继续给予剩余的初期绿灯时间，

如满足，控制系统将根据行人的等待时间，给予机动车单位延长时间或者切换行人

相位。其中机动车单位延长时间的长短依据机动车车头时距的大小而定，车头时距

小，交通密度大，则给予机动车较大的单位绿灯延长时间，反之给予较短的绿灯延

长时间。

3.2信号控制参数计算

路段行人过街感应信号配时方案中涉及5个重要控制参数：行人绿灯时间Gp、机

动车初期绿灯时间G0、机动车绿灯极限时间Gmax、机动车单位绿灯延长时间

gmin和gmax，其计算及获取方法见表1。

除了上述5个信号控制参数外，行人等待临界时间tp也是决定是否转换行人相位

的重要参数。确定适当的tp值，可以减小过街行人延误，避免行人强行穿越的比

例。通过对南京西康路、北京西路、进香河路和太平北路路段行人过街设施的观测，

当行人平均延误低于20s时，行人强行穿越的比例较低；在20～30s时，比例适

中；30s以上，比例较高。因此，建议tp取值在20～30s之间。

表1行人过街信号控制参数Tab.1Pedestriansignaltimingparameters?

4行人过街安全辅助设施

基于视频检测的感应式行人过街信号从时间角度分离了行人和车辆，能有效提高路

段的通行效率、方便行人过街。但是对于部分交通意识淡薄的行人闯红灯过街、驾

驶员未在人行横道前减速等具有较大的交通安全隐患的行为，更需要从空间分离等

角度来设计。为此论文设计了“减速带式”人行横道、路段行人过街通道灯系统和

智能人行道护栏3类行人过街安全辅助设施，以提高行人过街的安全性。

4.1“减速带式”人行横道

“减速带式“人行横道的设计借鉴了减速带，通过让驶过人行横道的车辆产生颠簸

感来提醒驾驶员在人行横道减速。设置方法为将绘有人行横道标线的路段抬高

4cm，与原路面以1∶4的坡面连接，如图4中标有人行横道标线的浅灰色路面所

示。目前国外在一些生活区道路中有相关的应用，在城市干道应用时需要考虑路段

车流速度。在平均车速较高时，不宜采用该设施，以避免产生车辆侧翻等事故。

4.2路段行人通道灯系统

路段行人通道灯铺设于“减速带式”人行横道的坡面上，如图4中人行横道边的

红色发光点。由信号控制机来控制其开关：只当行人信号绿灯时，跑道灯发出红光。

采用高强度跑道灯，在行人过街时间发出强光束，形成光墙，警示驾驶员停车，在

夜晚使用效果尤为明显。

图4减速带式人行横道和通道灯Fig.4Decelerationstripcrosswalksand

channellighting

4.3智能人行道护栏

为了从空间上更好地隔离行人和机动车，避免行人闯红灯引发的交通事故。在设有

机非分隔带的路段上安装智能人行道护栏。护栏由控制立柱、启闭门和三辊闸护栏

组成，见图5。护栏在行人绿灯相位时开启。考虑到会有行人在护栏关闭时未能及

时通过而被滞留在路段中，因此在护栏一侧设置三辊闸式护栏，只允许行人从路段

到人行道的单向通行。

图5智能人行道护栏Fig.5Intelligentsidewalkfence

5结束语

针对既有路段行人过街设施的不足，采用视频检测技术，实现对过街行人识别；利

用感应线圈判别路段车流空档；根据行人过街需求量、等待时间以及机动车的空档

设计了感应信号配时方案，确保行人过街通行权，并尽可能保障机动车的通行需求；

应用“减速带式”人行横道、路段通道灯、智能人行道护栏3类行人过街安全辅

助设施，实现人流与车流的时空分离，保障行人的过街安全性，提高路段车流运行

效率。随着视频检测技术的检测精度的提高和检测设备费用的降低，智能化的行人

检测技术将得到推广和应用。在后续的研究中，仍需进一步优化感应信号控制算法，

考虑路段过街与相邻交叉口信号的协调，进行实物仿真，验证系统的安全性和有效

性。

参考文献

【相关文献】

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