弱势交通参与者智慧过街安全警示系统研究_杜胜品.pdf

物流科技 2023 年第 5 期 3 月上收稿日期：2022-07-26作者简介：杜胜品（1971），女，河北衡水人，武汉科技大学汽车与交通工程学院，副教授，硕士，研究方向：区域与城市交通系统规划、道路交通安全。引文格式：杜胜品，黄辉，皮文浩.弱势交通参与者智慧过街安全警示系统研究J.物流科技，2023,46(5)：87-91.交通运输文章编号：1002-3100（2023）05-0087-05Logistics Sci-Tech March,2023（the first half）物流科技 2023 年第 5 期 3 月上摘要：为了提高弱势交通参与者过街安全，基于社会力矢量模型提出了弱势交通参与者智慧过街安全警示系统。分析了弱势交通参与者过街现状，针对现有过街问题提出了安全过街系统功能，建立了考虑弱势交通参与者过街行为的社会力矢量模型，构建了弱势交通参与者智慧过街安全警示系统。系统采用视频检测器对进入过街区域的弱势交通参与者实时监控，利用 5G技术传输信息，在过街全过程中运用语音播报器、显示屏和发光标志道钉等设备对出现在安全区域外的弱势交通参与者警示并提醒其返回安全区域。最后，从技术效果与社会效益两方面分析了系统的实施效果，使社会力矢量模型更有效的模拟慢行交通过街动力学现象。研究结果可提高弱势交通参与者过街时的劣势地位，为智慧慢行交通的建设提供技术参考，具有一定的应用价值。关键词：智慧交通；弱势交通参与者；过街安全；过街途中警示；社会力模型中图分类号：F570文献标志码：ADOI：10.13714/ki.1002-3100.2023.05.021Abstract:In order to improve the safety of vulnerable traffic participants crossing the street,the intelligent crossing safety warningsystem of vulnerable traffic participants is proposed based on the social force vector model.This paper analyzes the current situation of vulnerable traffic participants crossing the street,puts forward the function of safe crossing system in view of the existingproblem of crossing the street,establishes the social force vector model considering the behavior of vulnerable traffic participantscrossing the street,and constructs the intelligent crossing safety warning system of vulnerable traffic participants.The system usesvideo detector to monitor the vulnerable traffic participants entering the crossing area in real time,and uses 5G technology totransmit information.In the whole process of crossing,the system uses voice announcer,display screen and luminous marker spikeand other equipment to warn the vulnerable traffic participants outside the security zone and remind them to return to the safetyarea.Finally,the implementation effect of the system is analyzed from two aspects of technical effect and social benefit to ensurethat the social force vector model can simulate the dynamic phenomenon of slow traffic crossing more effectively.The research results can improve the disadvantaged status of traffic participants when crossing the street,and provide technical reference for theconstruction of intelligent slow traffic,which has certain application value.Key words:intelligent transportation;vulnerable traffic participants;crossing the street safe;warning on the way across the street;social force mode弱势交通参与者是以行人的含义扩大为容易受到伤害的交通参与者，包括行人、电动车和自行车等1。据世界卫生组织统计，2018 年交通事故的受伤人数达 5 000 万人，死亡人数达到 135 万人2。即平均每天世界上有近 3 700人死于交通事故，在交通事故死亡人数中超过一半是行人和骑行者，其中行人在全球交通事故死亡中的平均比例达到 23%3。行人、自行车等慢行交通出行者已成为交通事故死亡和受伤的主要群体4。因此保障行人及非机动车顺利过街，提高弱势交通参与者过街安全至关重要5。目前，米晓越等6针对情况较为复杂的混合交通环境，设计了信号路口行人过街系统；杨艳等7根据行人等待和通行特点研发了行人过街信号检测安全装置；尤伟军8从多源触发角度，设计出了行人过街控制系统；马旭光等9从实用性出发，设计了一种基于视频检测的行人过街自适应系统。同时智慧交通的研究发展迅猛，智慧交通充分利用新一代信息技术，多学科融合，以建成高效、安全、环保、舒适、文明的智慧交通与运输体系为目标，主张“以人为本”的管理理念10，其研究如火如荼。然而其相关研究均集中在基于机动车辆的弱势交通参与者智慧过街安全警示系统研究Study on Intelligent Crossing Safety Warning System of Vulnerable Traffic Participants杜胜品，黄辉，皮文浩DU Shengpin,HUANG Hui,PI Wenhao（武汉科技大学 汽车与交通工程学院，湖北 武汉 430065）（School of Automobile and Traffic Engineering,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430065,China）87物流科技 2023 年第 5 期 3 月上弱势交通参与者智慧过街安全警示系统研究人工智能、自动驾驶、大数据、物联网等技术，对慢行交通智慧化研究很少。针对慢行交通在智慧交通建设和过街安全的劣势，本文提出弱势交通参与者智慧过街安全警示系统，能够提高弱势交通参与者整个过街过程的安全，也能保证弱势交通参与者在过街途中不会干扰机动车的行驶及提高机动车的运行效率，有助于智慧交通建设。1弱势交通参与者过街现状分析从慢行交通与机动车交通流线疏解看，过街设施主要有三种形式，渠化岛、信号灯和立体过街。渠化岛和信号灯是平面疏解，其中渠化岛在空间上分配路权，信号灯在渠化的基础上限制了时间上的路权分配，能够实现较大程度的人车分离。立体过街借助物理隔离设施完全实现了人车流线的时空分离，但过街时间长、建设成本高11。过街设施具有引导行人及非机动车安全过街和提醒来往机动车辆注意行人的作用12，但在过街途中弱势交通参与者始终处于劣势，更容易受到伤害。观察发现行人过街常有违章现象，如闯红灯，在红灯没有完全结束时抢行，在过街途中会因超越、躲避和疏忽、玩手机等原因走出人行横道安全区域，DALIBOR13和 HATFIELD14通过调查发现，过街时使用手机的行人速度更慢，对周边危险的防范更低，会表现出很多不安全行为。非机动车也会因人行横道上行人过多而选择人行横道以外区域行驶；在立体过街时为节省时间、逃避上下楼梯而选择违章横穿机动车道的现象。分析认为过街设施为弱势交通参与者提供了人车分离的物质基础，但无法给予弱势交通参与者过街提醒以及过街途中违章警示等智慧化诱导服务，不能有效避免闯红灯15和过街途中走出过街设施安全区域的问题，导致交通事故发生。Suh 等16发现，夜间不良的照明条件会使机动车驾驶员产生车辆行驶速度不快的错觉，诱发驾驶员提高车速甚至超速。有研究表明，在能见度比较低的环境中交通事故发生率更高17。综合分析认为，在当前过街设施环境下，弱势交通参与者能否安全过街取决于弱势交通参与者过街时是否能够高度遵守交通规则，以及机动车驾驶员的安全驾驶。避免弱势交通参与者违章过街，降低过街危险，可以通过人为干预保障安全，但费时费力。为此，急需研发设置智慧过街安全警示系统取代人为干预。2弱势交通参与者智慧过街安全警示系统所需的功能分析智慧过街安全警示系统，实时监视弱势交通参与者过街行为，识别闯红灯等违规行为并及时响应、警示弱势交通参与者安全过街，提醒机动车驾驶员注意行人，储备收集交通大数据，为智慧交通的建设做贡献，弱势交通参与者智慧过街安全警示系统需要具备以下功能：（1）闯红灯警告。对于闯红灯行为，智慧过街安全警示系统需要具备闯红灯警告功能，结合道路信号灯，利用一些设备警告闯红灯的弱势交通参与者，及提醒其返回行人等候区。（2）绿灯提醒。对弱势交通参与者等待绿灯亮起时不能及时过街问题，需要通过听觉和视觉两方面提醒等红灯的弱势交通参与者及时过街，避免绿灯时间浪费，而延长等待时间。（3）过街途中警告。及时提醒并制止过街途中弱势交通参与者在过街设施安全区域外的通行行为，如超出人行横道、不使用立体设施、违规进入机动车道等。（4）实时监控。对道路交叉口的弱势交通参与者实时监控，系统的实时监控功能有利于交通管理部门对交叉口信息实时掌握。（5）机动车辆警示。警示机动车即将到达行人过街设施，且前方此时正处于行人的绿灯时间。（6）其他功能。采用视频技术，监控到达交叉口处机动车；交通信息数据采集，通过视频技术采集交叉口处的交通信息，利用 5G 技术传输相关数据，以供交通部门利用。3弱势交通参与者过街行为特性和模型3.1弱势交通参与者过街行为特性弱势交通参与者过街行为主要受到环境和心理影响，环境包括信号相位、周围行人状态和人行横道等，心理即个人主观意愿的体现。弱势交通参与者过街行为特性主要为躲避行为特性和超越行为特性。躲避行为特性是弱势交通参与者在遇到对向或同向弱势交通参与者侵入到前进区域而产生躲避的行为。超越行为特性是弱势交通参与者在同向弱势交通参与者速度较慢情况下改变前进轨迹的行为。弱势交通参与者过街躲避行为特性和超越行为特性是弱势交通参与者不按规定行走人行横道而选择在过街设施安全区域外行走的重要原因。3.2社会力模型现有对弱势交通参与者微观仿真的模型主要分为离散型和连续型，其中离散型仿真较常用元胞自动机模型，但其对弱势交通参与者交通行为的细节描述不详细；连续型仿真模型使用典型的是社会力模型，可以体现行人的主观意愿及反应行人与环境的交互性。所以，本文选择社会力模型对过街的弱势交通参与者进行模拟仿