一种车路协同式的行人过街主动安全预警系统

本发明属于交通管理以及安全控制工程领域，涉及一种车路协同式的行人过街主动安全预警系统。

背景技术：

1、据统计，交通事故中行人的伤亡人数超过20％，而行人过街过程中的伤亡人数则超过了其中的50％，不仅路段上行人过街易产生事故，而且交叉口信号过渡期间事故也较为频发。相关研究发现，若行人在绿灯末期开始过街，往往会出现行人未完全通过，而车辆已获通行权并开始启动的情况，行人过街与车辆产生冲突，进而造成交通事故。

2、针对行人安全问题，国外jin等设计了一种包含发光标志、发光二极管(led)人行横道灯、文字显示、语音装置的人行横道安全系统。当出现超速车辆接近过街行人时，系统向车辆和行人双方传递视觉和听觉警示信息。sowmiya等为了减少行人在斑马线处发生交通事故和死亡的情况，设计一种包括车厢模块、传感器模块、交通灯模块、电源模块的智能车厢，有效提升了行人和车辆的安全性能。陆毅忱等对行人和车辆运动状况进行检测，根据检测情况进行信号控制，并增设物理隔离和语音提示装置，改善行人过街安全性。陈泽等针对行人反应快于车辆的特性，建立了一种根据车速和信控方案不同，通过显示不同灯色的斑马线，对车辆和行人进行双向警示。杨艳等针对行人过街与车辆冲突现象，设计了一种以单片机为核心并且可进行光电、声音双重提示的安全装置，以保证交通安全。

3、综上所述，国内外专家学者在解决路段和交叉口行人过街安全问题时，虽然将相关成果及技术运用到行人过街的交通管理与控制中,但是在行人过街的主动安全方面，仍有很大的提升余度和完善空间，同时方案系统化程度可进一步提升；另外，相关研究及成果尚未综合考虑人、车、路特性，方案系统化程度可进一步提升。因此，本发明将车辆运行特性、行人过街特性和道路特性进行多维度协同耦合，从主动安全的角度出发，以行人、车辆双向预警的方式，设计一种车路协同式的行人过街主动安全预警系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种车路协同式的行人过街主动安全预警系统，用于解决信控交叉口和路段过街通道两个场景处，行人与车辆因路权不明确产生冲突，导致交通事故的问题。主要针对现有技术对行人过街冲突解决不系统，人、车、路特性考虑不完善，主动安全性考虑不够等问题。具体通过对人-车冲突系统化分类并对行人、车辆双向预警来实现。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：采用主控-副控的分布式结构，将系统布置在斑马线尽头处，以覆盖整个行人过街区域；采用模块化设计方案，系统包括检测模块、控制模块、预警模块及无线通信模块。系统组成如图1所示。

3、所述检测模块包括车辆检测部分和行人检测部分，车辆检测部分包括毫米波雷达和高清摄像机，行人检测部分包括毫米波雷达。

4、优选地，所述检测模块中的毫米波雷达采用调频连续波毫米波雷达，安装于斑马线尽头立柱处，可调整安装的高度与角度，雷达检测范围包括斑马线区域及斑马线前方10m内车道区域。调频连续波毫米波雷达负责两部分功能：①检测斑马线前是否有车停止；②检测行人目前所在的位置及速度。

5、可选地，所述检测模块中的高清摄像机，采用hikvision-c5hc高清摄像机采集车速信息。可将采集到的车速信息以无线的方式传至控制模块，所述c5hc高清摄像机安装于交叉口、路段过街通道处的电子警察悬杆上。

6、优选地，车速采集方法选择差分图像法，在交叉口进口道前预先设定视频检测区，并在视频检测区内划定一组虚拟线圈loop1、loop2，通过对所拍摄的视频进行图像差分分析，得到车辆通过两虚拟线圈loop1、loop2的平均速度。

7、所述控制模块，连接所述检测模块，包括3组微控制单元，在读取所述检测模块传来的车辆与行人的位置、速度信息后，分别控制预警情况判断、语音提示桩发声和智能斑马线led灯组变换颜色启亮。系统工作流程如图2所示。由于系统在交叉口斑马线、路段行人过街通道处，存在应用场景差异，具有不同预警判断策略。判断策略具体如下：

8、场景(1)：系统布置于交叉口斑马线处。系统在绿灯剩余时间为10s时开始工作。当检测到行人即将进入斑马线，但是无法在剩余通行时间内完成过街时，语音提示桩通过声音预警，当行人无视语音预警，智能斑马线启动。

9、场景(2)：系统布置于路段行人过街通道处。系统不间断工作，当检测到斑马线上的行人与车辆存在冲突时，智能斑马线变换颜色预警、语音提示桩同步发出语音警告。

10、当行人处于斑马线上时，两种场景下智能斑马线根据前方下一车道斑马线前车辆状态，可分为3种情况：①前方车道目前无车停止，但有未超过安全车速的车辆驶来，则控制前方下一车道前的斑马线黄色预警；②前方车道目前无车停止，但有超过安全车速的车辆驶来，则控制前方下一车道前的斑马线红色预警；③前方车道有车辆停止，则控制行人所在车道和前方下一车道前的斑马线红色闪烁预警。

11、所述控制模块中的安全车速，可根据下式反推得出。

12、

13、式中：s为考虑人车特性的车辆安全制动距离；β为权重；t0为驾驶人制动反应时间；t1为车辆制动蹄与制动鼓接触的时间；t2为制动减速度达到最大的时间；v0为初始运行速度；g为重力加速度；为潮湿系数；φ为粗糙系数；θ为道路纵坡度；vp为行人运动速度；n为车道个数；lc为单条车道宽度；tr为行人反应时间；δ为旋转质量换算系数；k为行人的特征参数；a0、b0分别为目标车身长度、高度；a*、b*分别为参考车辆的车身长度、高度。上式中前两项为道路与车辆特性项、后3项为行人特性项。

14、所述预警模块连接所述控制模块，根据所述微控制单元的控制做出预警，包括智能斑马线和语音提示桩。

15、优选地，所述智能斑马线包括led灯组、控制电路、引线架、高分子聚碳酸酯(pc)外壳。智能斑马线结构如图3所示。

16、优选地，所述led灯组选取nd16系列led高亮指示灯。

17、优选地，所述无线通信模块连接所述控制模块，在区域内同步控制信息，包括内置iot单元。

18、本发明所设计的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其工作流程为：毫米波雷达检测到有行人即将过街或正在过街，视频检测车辆的速度，并判断车辆速度是否超过安全车速，根据行人位置、车辆的位置与速度，控制斑马线黄色启亮、红色启亮、红色闪烁预警，语音提示桩对行人进行声音预警。

19、本发明能够实时检测行人和车辆的位置及速度，对行人与车辆的冲突进行分情况判别，针对不同情况，运行不同的预警方案。通过语音提示桩对行人进行预警，通过智能斑马线的启亮红色、红色闪烁、启亮黄色，对行人和车辆进行双向预警，能够有效减少行人与车辆的冲突，避免交通事故。

技术特征：

1.一种车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：采用主控-副控的分布式结构，将系统布置在斑马线尽头处，覆盖整个行人过街区域；采用模块化方案，系统包括检测模块、控制模块、预警模块及无线通信模块。

2.根据权利要求1所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述检测模块包括车辆检测部分和行人检测部分，车辆检测部分包括毫米波雷达和高清摄像机，行人检测部分包括毫米波雷达。

3.根据权利要求2所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述检测模块中的毫米波雷达采用调频连续波毫米波雷达，安装于斑马线尽头立柱处，可调整安装的高度与角度，雷达检测范围包括斑马线区域及斑马线前方10m内车道区域。调频连续波毫米波雷达负责两部分功能：①检测斑马线前是否有车停止；②检测行人目前所在的位置及速度。

4.根据权利要求2所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述检测模块中的高清摄像机，采用hikvision-c5hc高清摄像机采集车速信息。可将采集到的车速信息以无线的方式传至控制模块，所述c5hc高清摄像机安装于交叉口、路段过街通道处的电子警察悬杆上。

5.根据权利要求1所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述控制模块，连接所述检测模块，包括3组微控制单元，在读取所述检测模块传来的车辆与行人的位置、速度信息后，分别控制预警情况判断、语音提示桩发声和智能斑马线led灯组变换颜色启亮。

6.根据权利要求5所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述控制模块中的预警情况判断，在交叉口斑马线、路段行人过街通道处，存在应用场景差异，具有不同预警判断策略。判断策略具体如下：

7.根据权利要求6所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述控制模块中的安全车速，根据下式反推得出。

8.根据权利要求1所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述预警模块连接所述控制模块，根据所述微控制单元的控制做出预警，包括智能斑马线和语音提示桩两部分。

9.根据权利要求8所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述智能斑马线包括led灯组、控制电路、引线架、高分子聚碳酸酯(pc)外壳。

10.根据权利要求9所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述的led灯组，选用nd16系列led高亮指示灯。

11.根据权利要求1所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其特征在于：所述无线通信模块连接所述控制模块，在区域内同步控制信息，包括内置iot单元。

12.根据权利要求1所述的车路协同式的行人过街主动安全预警系统，其工作流程为：毫米波雷达检测到有行人即将过街或正在过街，视频检测车辆的速度，并判断车辆速度是否超过安全车速，根据行人位置、车辆的位置与速度，控制斑马线黄色启亮、红色启亮、红色闪烁预警，语音提示桩对行人进行声音预警。

技术总结
本发明公开了一种车路协同式的行人过街主动安全预警系统，可适用于信控交叉口和路段过街通道两种场景，以解决行人与车辆因路权不明确而导致的交通冲突。该系统包括检测、控制、预警、无线通信，四个模块。检测模块由调频连续波毫米波雷达和高清摄像机组成，实现车辆与行人检测功能；控制模块包括两组微控制单元，分别控制预警情况判断和智能斑马线LED灯组变换颜色启亮；预警模块包括装有LED灯的智能斑马线和语音提示桩，可分别从视、听两个角度进行预警；无线通信模块以固化于内部的IoT单元为核心实现区域内信息交换。本发明可对行人和车辆双向预警，对减少人‑车冲突具有现实意义。

技术研发人员：曲大义,李海洋,刘浩敏,王少杰,兰添贺,张可琨
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16