CN108629968B - 一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置 - Google Patents

一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于交通安全技术领域，具体涉及一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置，该装置由激光雷达检测单元、行人过街信号调控单元、行人过街可见光保障单元、行人过街信息显示单元组成，该装置无需行人按钮，通过激光雷达对行人的自主扫描和检测，动态对行人过街信号进行优化、调整和控制，并以可见光覆盖、追踪、特效以及语音提示的方式对行人过街进行安全保障和预警，从而提高行人过街的安全性。

Description

一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置
技术领域
本发明属于交通安全技术领域，具体涉及一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置。
背景技术
世界卫生组织WHO《道路交通安全全球现状报告2015》中指出，全球每年道路交通死亡人数约为125万人，其中行人的道路交通死亡人数占22％。我国道路交通事故统计数据显示，2016年我国涉及人员伤亡的道路交通事故起数为212846起，造成63093人死亡，226430人受伤，在道路交通事故伤亡人数中，由于人车冲突造成的行人死亡人数和行人受伤人数分别占到道路交通事故总死亡人数和总受伤人数的25％和18％。随着我国城市化进程的高速发展和机动车保有量的快速增加，人车冲突问题日益严重，行人已成为第二大交通事故伤害对象。因此，如何有效保障行人的交通安全，降低和减少行人交通事故起数和伤亡程度，提高道路交通通行效率，是城市道路交通管理的重点工作。
目前，国内外普遍采用行人通过使用行人过街按钮来请求行人过街信号，以此来保障行人过街安全。由于在国外道路交通系统中，路网密度大，车辆密度相对较小，行人相对较少，行人的过街信号请求基本上能够得到及时的响应，行人过街按钮的控制模式能够有效保障行人的过街安全。然而，我国城市道路交通系统路网密度较低，车流量较大，行人交通出行较为频繁，行人过街按钮的控制模式要么对机动车交通造成较大的干扰，大幅度降低道路通行效率，甚至造成交通拥堵；要么由于行人过街信号不能及时得到响应，行人缺乏足够的等待耐心或认为行人过街按钮失效，行人闯红灯现象较为普遍，人车冲突问题比较突出，行人过街按钮控制模式不能有效保障行人的过街安全。
发明内容
本发明提出了一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置，该装置由激光雷达检测单元、行人过街信号调控单元、行人过街可见光保障单元、行人过街信息显示单元组成，如图1所示；该装置无需行人按钮，通过激光雷达对行人的自主扫描和检测，动态对行人过街信号进行优化、调整和控制，并以可见光覆盖、追踪、特效以及语音提示的方式对行人过街进行安全保障和预警，从而提高行人过街的安全性。
本发明的技术解决方案是在路段人行横道两端或信号交叉口的行人待行区安装本发明提出的一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置，如图2、图3所示。该装置中的激光雷达检测单元负责对行人交通流信息进行检测和提取；行人过街信号调控单元根据行人交通流信息，对行人过街信号进行优化、调整和控制；行人过街可见光保障单元负责在行人过街过程中通过可见光的覆盖、追踪和特效，让行人和机动车驾驶员明确人行横道当前的通行状态，在行人等待行人信号灯过程中，让行人明确行人待行区的安全边界；行人过街信息显示单元负责行人信号灯状态的显示、转换，人行横道通行权的状态显示，行人闯红灯预警，从而共同保障行人过街的安全。
本发明提出的一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置，其特征主要包括：
1)激光雷达检测单元
激光雷达检测单元由激光雷达传感器和激光点云微处理模块组成，激光雷达传感器与激光点云微处理模块采用MicroUSB进行通信连接；激光雷达传感器用于扫描和检测空间覆盖范围内的行人交通流信息，并将扫描形成的激光点云数据通过MicroUSB接口实时传送到激光点云微处理模块；激光点云微处理模块对接收到的激光点云数据进行背景过滤、目标聚类、行人交通流信息提取以及行人闯红灯检测。
2)行人过街信号调控单元
行人过街信号调控单元由通信接口板、主控模板、信号显示板、信息提示板以及母板总线组成，通信接口板、主控模板、信息显示板、信息提示板之间通过母板总线进行通信连接，同时母板总线还负责激光雷达检测单元、行人过街信号调控单元、行人过街可见光保障单元、行人过街信息显示单元各单元之间的通信连接；通信接口板用于与相邻的基于激光雷达的行人过街安全控制装置、交叉口交通信号控制器进行信息通信；主控模板根据激光雷达检测单元传送过来的行人交通流信息，进行行人过街交通信号的优化、调整、协调和控制，并将最终形成的行人过街交通信号控制方案通过母板总线发送给信号显示板和信息提示板；信号显示板根据行人过街交通信号控制方案，将信号灯启亮时间、启亮时长、启亮灯色进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街信号的显示；信息提示板根据行人过街交通信号控制方案，将人行横道的通行权状态、持续时间以及剩余通行时间进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街通行状态的显示。
3)行人过街可见光保障单元
行人过街可见光保障单元由电脑灯、电脑灯换色器、数字调光器以及PCB背板组成，电脑灯、电脑灯换色器、数字调光器通过PCB背板进行固定安装和信息传输；数字调光器根据行人过街信号调控单元发送过来的行人过街交通信号控制方案，根据行人过街交通信号灯的起始期间、通行期间、结束期间动态设置可见光的灯光颜色、照射范围、目标追踪效果；电脑灯换色器根据数字调光器设置的灯光颜色、照射范围、目标追踪效果，控制电脑灯的灯光颜色输出、照射强度、照射范围、照射效果。
4)行人过街信息显示单元
行人过街信息显示单元由行人信号灯显示模块、行人通行状态显示模块、行人闯红灯预警模块、3U VPX开关信号接口板组成，行人信号灯显示模块、行人通行状态显示模块、行人闯红灯预警模块通过串口与3U VPX开关信号接口板进行连接；行人信号灯显示模块用于显示行人过街信号灯的状态；行人通行状态显示模块用于显示人行横道的通行权状态和剩余通行时间；行人闯红灯预警模块用于语音和可见光提醒行人在全安区域等待通行或安全通过人行横道。
附图说明
图1：一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置功能结构图；
图2：一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置路段安装布设图；
图3：一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置交叉口安装布设图。
具体实施方式
本发明所述的一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置，安装在路段人行横道两端或信号交叉口的行人待行区，主要由激光雷达检测单元、行人过街信号调控单元、行人过街可见光保障单元、行人过街信息显示单元组成，如图1、图2、图3所示；该装置无需行人按钮，通过激光雷达对行人的自主扫描和检测，动态对行人过街信号进行优化、调整和控制，并以可见光覆盖、追踪、特效以及语音提示的方式对行人过街进行安全保障和预警，从而提高行人过街的安全性。
本发明提出的一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置，其工作的具体流程为：
1)激光雷达检测单元
激光雷达检测单元由激光雷达传感器和激光点云微处理模块组成，激光雷达传感器用于扫描和检测空间覆盖范围内的行人交通流信息，并将扫描形成的激光点云数据通过MicroUSB接口实时传送到激光点云微处理模块；激光点云微处理模块对接收到的激光点云数据进行背景过滤、目标聚类、行人交通流信息提取以及行人闯红灯检测；具体工作步骤如下：
Step1：激光雷达传感器以一定的频率发射激光束和转动旋转镜面，通过接收激光反射束来实现周围环境的3D扫描，以激光点云的形式形成三维空间影像，当激光雷达传感器每完成一次360°周围环境3D扫描后形成一幅覆盖三维空间范围的激光点云数据帧，输出的数据包含激光点云的三维坐标(X、Y、Z)、激光强度、激光ID、激光方位以及激光点与激光雷达传感器的距离以及激光扫描时间戳；
Step2：激光点云微处理模块根据激光雷达传感器扫描的空间覆盖范围Ω，为激光点云构建形成一个个M×N×K的三维空间矩阵P(Ω)，ρi,j,k∈P(Ω)；
ρi,j,k为Ω中X坐标轴第i行，Y坐标轴第j列，Z坐标轴第k层激光点的激光强度；i＝1，2，…，M；j＝1，2，…，N；k＝1，2，…，K；M为Ω中X坐标轴激光点云的总行数；N为Ω中Y坐标轴激光点云的总列数；K为Ω中Z坐标轴激光点云的总层数；
Step2.1：定义A为一个可包含U×V×W激光点的立方体，Ax,y,z为Ω中X坐标轴第x行，Y坐标轴第y列，Z坐标轴第z层的立方体；x＝1，2，…，M′；y＝1，2，…，N′；z＝1，2，…，K′；M′＝M/U，N′＝N/V，K′＝K/W；M′为Ω中立方体A在X坐标轴的总行数；N′为Ω中立方体A在Y坐标轴的总列数；K′为Ω中立方体A在Z坐标轴的总层数；
为立方体A中X坐标轴第u行，Y坐标轴第v列，Z坐标轴第w层激光点的激光强度；u＝1，2，…，U；v＝1，2，…，V；w＝1，2，…，W；U为A中X坐标轴激光点云的总行数；V为A中Y坐标轴激光点云的总列数；W为A中Z坐标轴激光点云的总层数；
Step2.2：计算Ω中各立方体A的激光点云密度δ(A)：
其中：δ(A)为立方体A的激光点云密度；为立方体A的体积；
Step2.3：令计算得到立方体A当前时刻t的激光点云密度为δt(A)，前一个激光点云数据帧立方体A的激光点云密度为δt-1(A)，前第n(n>2)个激光点云数据帧的激光点云密度为δt-n(A)，计算立方体A的激光点云密度波动强度：
若λ(A)≤ξ，则判定立方体A为激光雷达传感器扫描的空间覆盖范围中的空间背景；
其中：λ(A)为立方体A的激光点云密度波动强度；ξ为背景激光点云密度波动临界阈值；
Step2.4：重复Step2.2至Step2.3，判断Ω中所有的立方体A是否属于空间背景，过滤掉空间背景中的激光点，获得Ω中不含空间背景激光点的三维空间矩阵P(Ω′)；
Step3：对过滤完的激光点云进行聚类分析，确定激光雷达传感器扫描空间覆盖范围Ω内存在的行人和车辆；
Step3.1：给定车辆的最小邻域点数为Veh_MinPts和邻域半径为Veh_R；
Step3.2：遍历Ω中三维空间矩阵P(Ω′)的激光点Li_P，找出各激光点Li_P邻域半径Veh_R内的激光点数NVeh_R(Li_P)；
若NVeh_R(Li_P)≥Veh_MinPts，将激光点Li_P标记为核心点CP_Veh(Li_P)，并建立新簇Veh_Cluster，并将激光点Li_P及激光点Li_P邻域半径Veh_R内的所有激光点归入新簇Veh_Cluster；并将CP_Veh(Li_P)纳入到车辆核心点集合Veh_CP，Veh_CP＝{CP_Veh(Li_P)，…}，将新簇Veh_Cluster纳入到车辆簇集合Veh_C中，Veh_C＝{Veh_Cluster，…}；
Step3.3：在激光雷达传感器扫描过程中，邻近车辆的激光点可能出现重叠的情况，若激光点Li_P同属于相邻的两个车辆簇Veh_Cluster1和Veh_Cluster2，且激光点Li_P为核心点，在车辆簇集合Veh_C中删掉Li_P所形成的簇，在车辆核心点集合Veh_CP中删掉Li_P标记的核心点，将将Li_P定义为Veh_Cluster1和Veh_Cluster2的边界点；
Step3.4：更新车辆簇集合Veh_C和核心点集合Veh_CP；
Step3.5：在Ω中过滤掉车辆簇集合Veh_C所包含的激光点云，获得不含车辆激光点的三维空间矩阵P(Ω″)，将行人分为成年行人和儿童行人进行目标聚类，给定成年行人的最小邻域点数为PeAD_MinPts，邻域椭圆球X轴半径为PeAD_XR，Y轴半径为PeAD_YR，Z轴半径为PeAD_ZR；
Step3.6：遍历Ω中三维空间矩阵P(Ω″)的激光点Li_P，找出各激光点Li_P邻域椭圆球X轴半径为PeAD_XR，Y轴半径为PeAD_YR，Z轴半径为PeAD_ZR内的激光点数NPeAD_R(Li_P)；
若NPeAD_R(Li_P)≥PeAD_MinPts，将激光点Li_P标记为核心点CP_PeAD(Li_P)，并建立新簇PeAD_Cluster，并将激光点Li_P及激光点Li_P邻域椭圆球X轴半径为PeAD_XR，Y轴半径为PeAD_YR，Z轴半径为PeAD_ZR内的所有激光点归入新簇PeAD_Cluster；并将CP_PeAD(Li_P)纳入到成年行人核心点集合PeAD_CP，PeAD_CP＝{CP_PeAD(Li_P)，…}，将新簇PeAD_Cluster纳入到成年行人簇集合PeAD_C中，PeAD_C＝{PeAD_Cluster，…}；
Step3.7：在行人拥挤条件下，拥挤行人之间可能出现行人之间紧挨着的情况，若激光点Li_P同属于相邻的两个成年行人簇PeAD_Cluster1和PeAD_Cluster2，且激光点Li_P为核心点，在成年行人簇集合PeAD_C中删掉Li_P所形成的簇，在成年行人核心点集合PeAD_CP中删掉Li_P标记的核心点，将将Li_P定义为PeAD_Cluster1和PeAD_Cluster2的边界点；
Step3.8：更新成年行人簇集合PeAD_C和核心点集合PeAD_CP；
Step3.9：在Ω中再次过滤掉成年行人簇集合PeAD_C所包含的激光点云，获得不含成年行人激光点的三维空间矩阵P(Ω″′)，给定儿童行人的最小邻域点数PeKD_MinPts和邻域椭圆球X轴半径为PeKD_XR，Y轴半径为PeKD_YR，Z轴半径为PeKD_ZR；
Step3.10：遍历Ω中三维空间矩阵P(Ω″′)的激光点Li_P，找出各激光点Li_P邻域椭圆球X轴半径为PeKD_XR，Y轴半径为PeKD_YR，Z轴半径为PeKD_ZR内的激光点数NPeKD_R(Li_P)；
若NPeKD_R(Li_P)≥PeKD_MinPts，将激光点Li_P标记为核心点CP_PeKD(Li_P)，并建立新簇PeKD_Cluster，并将激光点Li_P及激光点Li_P邻域椭圆球X轴半径为PeKD_XR，Y轴半径为PeKD_YR，Z轴半径为PeKD_ZR内的所有激光点归入新簇PeKD_Cluster；并将CP_PeKD(Li_P)纳入到儿童行人核心点集合PeKD_CP，PeKD_CP＝{CP_PeKD(Li_P)，…}，将新簇PeKD_Cluster纳入到儿童行人簇集合PeKD_C中，PeKD_C＝{PeKD_Cluster，…}；
Step3.11：儿童行人之间可能出现紧挨着的情况，若激光点Li_P同属于相邻的两个儿童行人簇PeKD_Cluster1和PeKD_Cluster2，且激光点Li_P为核心点，在儿童行人簇集合PeKD_C中删掉Li_P所形成的簇，在成年行人核心点集合PeKD_CP中删掉Li_P标记的核心点，将将Li_P定义为PeKD_Cluster1和PeKD_Cluster2的边界点；
Step3.12：更新儿童行人簇集合PeKD_C和核心点集合PeKD_CP；
Step4：根据本发明装置的安装位置以及安装地点所在道路的几何尺寸，将Ω划分为三个区域：路侧行人待行区Ω_RSPed，路上行人通行区Ω_ORPed，路上非行人通行区Ω_ORVeh，Ω＝Ω_RSPed∪Ω_ORPed∪Ω_ORVeh；并将路侧行人待行区Ω_RSPed划分成核心待行区Ω_CRSPed和非核心待行区Ω_NCRSPed，Ω_RSPed＝Ω_CRSPed+Ω_NCRSPed；
Step4.1：从车辆簇集合Veh_C中分别提取处于路侧行人待行区Ω_RSPed，路上行人通行区Ω_ORPed，路上非行人通行区Ω_ORVeh的车辆簇，计算路侧行人待行区Ω_RSPed的车辆数NVeh(Ω_RSPed)，路上行人通行区Ω_ORPed的车辆数NVeh(Ω_ORPed)，路上非行人通行区Ω_ORVeh的车辆数NVeh(Ω_ORVeh)；
Step4.2：从成年行人簇集合PeAD_C中分别提取处于路侧行人待行区Ω_RSPed，路上行人通行区Ω_ORPed，路上非行人通行区Ω_ORVeh的成年行人簇，计算路侧行人待行区Ω_RSPed的成年行人数NPeAD(Ω_RSPed)，细分核心待行区Ω_CRSPed的成年行人数NPeAD(Ω_CRSPed)和非核心待行区Ω_NCRSPed的成年行人数NPeAD(Ω_NCRSPed)；路上行人通行区Ω_ORPed的成年行人数NPeAD(Ω_ORPed)，路上非行人通行区Ω_ORVeh的成年行人数NPeAD(Ω_ORVeh)；
Step4.3：从儿童行人簇集合PeKD_C中分别提取处于路侧行人待行区Ω_RSPed，路上行人通行区Ω_ORPed，路上非行人通行区Ω_ORVeh的儿童行人簇，计算路侧行人待行区Ω_RSPed的儿童行人数NPeKD(Ω_RSPed)，细分核心待行区Ω_CRSPed的儿童行人数NPeKD(Ω_CRSPed)和非核心待行区Ω_NCRSPed的儿童行人数NPeKD(Ω_NCRSPed)；路上行人通行区Ω_ORPed的儿童行人数NPeKD(Ω_ORPed)，路上非行人通行区Ω_ORVeh的儿童行人数NPeKD(Ω_ORVeh)；
Step5：重复Step1—Step4，通过车辆核心点集合Veh_CP、成年行人核心点集合PeAD_CP、儿童行人核心点集合PeKD_CP，标记每一车辆运行轨迹、每一个成年行人和儿童行人的行走轨迹，根据车辆、行人的位置变化，提取每一车辆、每一成年行人和儿童行人的运行速度，对Ω中行人和车辆的交通流信息进行深化提取；
Step5.1：计算路上行人通行区Ω_ORPed到达人行横道的车辆数NAVeh(Ω_ORPed)和离开人行横道的车辆数NDVeh(Ω_ORPed)，
NVeh(Ω_ORPed)＝NAVeh(Ω_ORPed)+NDVeh(Ω_ORPed)
计算路上非行人通行区Ω_ORVeh到达人行横道的车辆数NAVeh(Ω_ORVeh)和离开人行横道的车辆数NDVeh(Ω_ORVeh)，
NVeh(Ω_ORVeh)＝NAVeh(Ω_ORVeh)+NDVeh(Ω_ORVeh)
Step5.2：计算到达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的成年行人数NAPeAD(Ω_CRSPed)和离开达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的成年行人数NDPeAD(Ω_CRSPed)，
NPeAD(Ω_CRSPed)＝NAPeAD(Ω_CRSPed)+NDPeAD(Ω_CRSPed)
计算到达路侧行人非核心待行区Ω_NCRSPed的成年行人数NAPeAD(Ω_NCRSPed)和离开达路侧行人核心待行区Ω_NCRSPed的成年行人数NDPeAD(Ω_NCRSPed)，
NPeAD(Ω_NCRSPed)＝NAPeAD(Ω_NCRSPed)+NDPeAD(Ω_NCRSPed)
计算到达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的成年行人平均速度和到达路侧行人非核心待行区Ω_NCRSPed的成年行人平均速度/>
Step5.3：计算路上行人通行区Ω_ORPed远离激光雷达传感器的成年行人数NDPeAD(Ω_ORPed)和路上行人通行区Ω_ORPed接近激光雷达传感器的成年行人数NAPeAD(Ω_ORPed)，
NPeAD(Ω_ORPed)＝NDPeAD(Ω_ORPed)+NAPeAD(Ω_ORPed)
提取路上行人通行区Ω_ORPed远离激光雷达传感器的成年行人最低速度mVPeAD(Ω_ORPed)和平均速度
Step5.4：计算路上非行人通行区Ω_ORVeh远离激光雷达传感器的成年行人数NDPeAD(Ω_ORVeh)和路上非行人通行区Ω_ORVeh接近激光雷达传感器的成年行人数NAPeAD(Ω_ORVeh)，
NPeAD(Ω_ORVeh)＝NDPeAD(Ω_ORVeh)+NAPeAD(Ω_ORVeh)
提取路上非行人通行区Ω_ORVeh远离激光雷达传感器的成年行人最低速度mVPeAD(Ω_ORVeh)和平均速度
Step5.5：计算到达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的儿童行人数NAPeKD(Ω_CRSPed)和离开达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的儿童行人数NDPeKD(Ω_CRSPed)，
NPeKD(Ω_CRSPed)＝NAPeKD(Ω_CRSPed)+NDPeKD(Ω_CRSPed)
计算到达路侧行人非核心待行区Ω_NCRSPed的儿童行人数NAPeKD(Ω_NCRSPed)和离开达路侧行人核心待行区Ω_NCRSPed的儿童行人数NDPeKD(Ω_NCRSPed)，
NPeKD(Ω_NCRSPed)＝NAPeKD(Ω_NCRSPed)+NDPeKD(Ω_NCRSPed)
计算到达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的儿童行人平均速度和到达路侧行人非核心待行区Ω_NCRSPed的儿童行人平均速度/>
Step5.6：计算路上行人通行区Ω_ORPed远离激光雷达传感器的儿童行人数NDPeKD(Ω_ORPed)和路上行人通行区Ω_ORPed接近激光雷达传感器的儿童行人数NAPeKD(Ω_ORPed)，
NPeKD(Ω_ORPed)＝NDPeKD(Ω_ORPed)+NAPeKD(Ω_ORPed)
提取路上行人通行区Ω_ORPed远离激光雷达传感器的儿童行人最低速度mVPeKD(Ω_ORPed)和平均速度
Step5.7：计算路上非行人通行区Ω_ORVeh远离激光雷达传感器的儿童行人数NDPeKD(Ω_ORVeh)和路上非行人通行区Ω_ORVeh接近激光雷达传感器的儿童行人数NAPeKD(Ω_ORVeh)，
NPeKD(Ω_ORVeh)＝NDPeKD(Ω_ORVeh)+NAPeKD(Ω_ORVeh)
提取路上非行人通行区Ω_ORVeh远离激光雷达传感器的儿童行人最低速度mVPeKD(Ω_ORVeh)和平均速度
2)行人过街信号调控单元
行人过街信号调控单元由通信接口板、主控模板、信号显示板、信息提示板以及母板总线组成；通信接口板、主控模板、信息显示板、信息提示板之间通过母板总线进行通信连接，同时母板总线还负责激光雷达检测单元、行人过街信号调控单元、行人过街可见光保障单元、行人过街信息显示单元各单元之间的通信连接；通信接口板用于与相邻的基于激光雷达的行人过街安全控制装置、交叉口交通信号控制器进行信息通信；主控模板根据激光雷达检测单元传送过来的行人交通流信息，进行行人过街交通信号的优化、调整、协调和控制，并将最终形成的行人过街交通信号控制方案通过母板总线发送给信号显示板和信息提示板；信号显示板根据行人过街交通信号控制方案，将信号灯启亮时间、启亮时长、启亮灯色进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街信号的显示；信息提示板根据行人过街交通信号控制方案，将人行横道的通行权状态、持续时间以及剩余通行时间进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街通行状态的显示。具体工作步骤如下：
Step1：计算路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的人流密度：
其中：ρ(Ω_CRSPed)为路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的人流密度；ψ(Ω_CRSPed)为路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的占地面积；α为儿童行人保护系数；
若ρ(Ω_CRSPed)≥η，则开始启动行人过街通行绿灯；其中η为路侧行人核心待行区Ω_CRSPed拥挤密度预警阈值；
若ρ(Ω_CRSPed)<η，但当前时刻距离上一行人过街绿灯结束时间大于γ，且路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的行人数量大于零，则开始启动行人过街通行绿灯；其中γ为行人最大忍耐等待时间；
Step2：计算行人过街所需的基本通行时间：
其中：Ped_T为行人过街所需的基本通行时间；μ为儿童行人消散的阻尼系数；zebra_W为人行横道宽度；zebra_L为人行横道长度；τ()为关于人行横道宽度的最大消散流率；min{}为选择其中的最小值；
Step3：计算人行横道绿灯动态延长时间：
其中：Δ为人行横道绿灯动态延长时间；β为儿童行走阻滞系数；
Step4：若则中断对人行横道绿灯的动态延长，开始结束人行横道绿灯时间；或者当Ped_T+∑Δ≥Θ时，结束人行横道绿灯时间；
其中：为行人交通流中断临界阈值；Θ为人行横道最大绿灯长度；∑Δ为累加人行横道绿灯延长时间；
Step5：对于路段人行横道，安装在路段人行横道两侧的基于激光雷达的行人过街安全控制装置通过行人过街信号调控单元的通信接口板进行信息通信，选择其中最大的行人过街所需的基本通行时间Ped_T和最大的人行横道绿灯动态延长时间Δ进行人行过街信号绿灯控制；对于交叉口人行横道，安装在交叉口行人待行区的基于激光雷达的行人过街安全控制装置通过行人过街信号调控单元的通信接口板进行信息通信，选择同一通行相位的人行横道中最大的行人过街所需的基本通行时间Ped_T和最大的人行横道绿灯动态延长时间Δ进行人行过街信号绿灯控制；并将行人过街信号控制信息发送给相邻交叉口的交通信号控制器或所在交叉口的交通信号控制器，由交通信号控制器调整和控制机动车交通信号方案；
Step6：主控模板将行人过街通行信号灯启亮时间和启亮时长通过母板总线发送给信号显示板，信号显示板对信号启亮时间、灯控时长、启亮灯色进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街信号显示；
Step7：主控模板将行人过街通行信号灯启亮时间和启亮时长通过母板总线发送给信息提示板，信息提示板对信号启亮时间、灯控时长、灯控灯色状态进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街通行状态显示和剩余通行时长提示；
Step8：若路侧行人待行区Ω_RSPed的车辆数NVeh(Ω_RSPed)>0，则通过通信接口向交通指挥中心发送“事件异常”信息；
Step7：在人行横道绿灯启亮期间，若路上行人通行区Ω_ORPed的车辆数NVeh(Ω_ORPed)>0，则通过母板总线向行人过街信息显示单元发送礼让行人的预警信息PedFirstInfo；
Step8：在人行横道红灯期间，若路上行人通行区Ω_ORPed的行人数NPeAD(Ω_ORPed)+NPeKD(Ω_ORPed)>0，则通过母板总线向行人过街信息显示单元发送闯红灯预警信息PedOnRed；
Step9：在人行横道红灯期间，若路上非行人通行区Ω_ORVeh的行人数NPeAD(Ω_ORVeh)+NPeKD(Ω_ORVeh)>0，则通过母板总线向人过街信息显示单元发送返回安全等待区的预警信息PedObeyRule；
Step10：在人行横道红灯期间，若路侧行人待行区Ω_RSPed的行人有离开路侧行人核心待行区Ω_CRSPed，并进入路上行人通行区Ω_ORPed的趋势，则通过母板总线向人过街信息显示单元发送请在安全区耐心等待的预警信息PedWaitFlash；
Step11：在人行横道绿灯启亮期间，若路上非行人通行区Ω_ORVeh的行人数NPeAD(Ω_ORVeh)+NPeKD(Ω_ORVeh)>0，则通过母板总线向人过街信息显示单元发送请走人行横道的预警信息PedOnRule。
3)行人过街可见光保障单元
行人过街可见光保障单元由电脑灯、电脑灯换色器、数字调光器以及PCB背板组成，电脑灯、电脑灯换色器、数字调光器通过PCB背板进行固定安装和信息传输；数字调光器根据行人过街信号调控单元发送过来的行人过街交通信号控制方案，根据行人过街交通信号灯的起始期间、通行期间、结束期间动态设置可见光的灯光颜色、照射范围、目标追踪效果；电脑灯换色器根据数字调光器设置的灯光颜色、照射范围、目标追踪效果，控制电脑灯的灯光颜色输出、照射强度、照射范围、照射效果；具体工作步骤如下：
Step1：当行人过街信号灯开始启亮绿灯时，行人过街可见光保障单元与安装在对向的基于激光雷达的行人过街安全控制装置一起，通过电脑灯发射可见光线，在人行横道两侧可见光形成两面光墙，让过街行人行走在光墙内部，让机动车驾驶员注意光墙的存在，禁止机动车驾驶员驾驶车辆进入光墙内部，防止机动车与行人产生冲突；
Step2：当行人过街信号灯开始启亮绿灯时，行人过街可见光保障单元根据激光雷达检测单元提供的行人行走轨迹，对行走在最前面位置的行人进行电脑灯的灯光覆盖追踪和根据行人在人行横道的覆盖范围，用电脑灯不同颜色的灯光发射和范围覆盖，在人行横道上形成间歇式动态可见光人行横道，并与安装在对向基于激光雷达的行人过街安全控制装置覆盖的间歇式动态可见光人行横道在行走在最前方位置的行人交汇时形成衔接，形成完整的、覆盖整个人行横道的间歇式动态可见光人行横道；
Step3：当行人过街信号灯即将转为红灯时，行人过街可见光保障单元根据激光雷达检测单元提供的行人行走轨迹，以绿灯有效期间最后一位进入间歇式动态可见光人行横道的行人为追踪对象，根据该行人的行走位置变化，逐步撤出行人通过的间歇式动态可见光人行横道，并在人行横道中间位置，由安装在对向的基于激光雷达的行人过街安全控制装置进行间歇式动态可见光人行横道接引，直至行人安全通过人行横道；同时，在人行横道出入口边界形成可见光光墙，防止行人进入人行横道，并通知行人过街信息显示单元的行人闯红灯预警模块语音报表“绿灯已结束，请勿进入人行横道”；
Step4：当行人过街信号灯即将转为红灯时，且最后进入间歇式动态可见光人行横道的行人安全通过人行横道时，行人过街可见光保障单元撤出人行横道两侧的可见光光墙，保留人行横道出入口的可见光光墙，提醒机动车可以通过人行横道。
4)行人过街信息显示单元
行人过街信息显示单元由行人信号灯显示模块、行人通行状态显示模块、行人闯红灯预警模块、3U VPX开关信号接口板组成，行人信号灯显示模块、行人通行状态显示模块、行人闯红灯预警模块通过串口与3U VPX开关信号接口板进行连接；行人信号灯显示模块用于显示行人过街信号灯的状态；行人通行状态显示模块用于显示人行横道的通行权状态和剩余通行时间；行人闯红灯预警模块用于语音和可见光提醒行人在全安区域等待通行或安全通过人行横道；具体工作步骤如下：
Step1：当行人过街信息显示单元的行人信号灯显示模块收到行人过街信号调控单元的驱动信号时，行人信号灯显示模块根据驱动信号，执行行人信号灯的启亮状态、启亮时长、灯色转换效果；
Step2：当行人过街信息显示单元的行人通行状态显示模块收到行人过街信号调控单元的驱动信号时，行人通行状态显示模块根据驱动信号，进行行人通行状态显示，若当前为红灯状态时，则显示红色禁行标志；若当前为绿灯状态时，则显示行人行走状态动画图案，并倒计时显示剩余人行横道通行绿灯时间；
Step3：在人行横道绿灯启亮期间，当行人过街信息显示单元接收到PedFirstInfo信息时，行人闯红灯预警模块语音播报“礼让行人！谨慎通行！”；
Step4：在人行横道红灯期间，当行人过街信息显示单元接收到闯红灯预警信息PedOnRed时，行人闯红灯预警模块语音播报“危险，请退回安全等待区！”，并调动行人过街可见光保障单元进行目标跟踪和接引，并在行人安全等待区边界处用绿色光线进行闪烁提示行人安全等待区的边界位置；
Step5：在人行横道红灯期间，当行人过街信息显示单元接收到PedObeyRule信息时，行人闯红灯预警模块语音播报“危险，请遵守交通规则！”，并调动行人过街可见光保障单元进行目标跟踪和接引，并在行人安全等待区边界处用绿色光线进行闪烁提示行人安全等待区的边界位置；
Step6：在人行横道红灯期间，当行人过街信息显示单元接收到PedWaitFlash信息时，行人闯红灯预警模块语音播报“耐心等待，文明交通！”，并在行人安全等待区边界处用绿色光线进行闪烁提示行人安全等待区的边界位置；
Step7：在人行横道绿灯启亮期间，当行人过街信息显示单元接收到PedOnRule信息时，行人闯红灯预警模块语音播报“遵守交通文明，请走斑马线！”，并调动行人过街可见光保障单元进行目标跟踪和接引，直至行人进入间歇式动态可见光人行横道或路侧行人安全待行区范围。

Claims (4)

1.一种基于激光雷达的行人过街安全控制装置，其特征在于：该装置由激光雷达检测单元、行人过街信号调控单元、行人过街可见光保障单元、行人过街信息显示单元组成，该装置中的激光雷达检测单元负责对行人交通流信息进行检测和提取；行人过街信号调控单元根据行人交通流信息，对行人过街信号进行优化、调整和控制；行人过街可见光保障单元负责在行人过街过程中通过可见光的覆盖、追踪和特效，让行人和机动车驾驶员明确人行横道当前的通行状态，在行人等待行人信号灯过程中，让行人明确行人待行区的安全边界；行人过街信息显示单元负责行人信号灯状态的显示、转换，人行横道通行权的状态显示，行人闯红灯预警，从而共同保障行人过街的安全；
激光雷达检测单元由激光雷达传感器和激光点云微处理模块组成，激光雷达传感器用于扫描和检测空间覆盖范围内的行人交通流信息，并将扫描形成的激光点云数据通过MicroUSB接口实时传送到激光点云微处理模块；激光点云微处理模块对接收到的激光点云数据进行背景过滤、目标聚类、行人交通流信息提取以及行人闯红灯检测；具体工作步骤如下：
Step1：激光雷达传感器以一定的频率发射激光束和转动旋转镜面，通过接收激光反射束来实现周围环境的3D扫描，以激光点云的形式形成三维空间影像，当激光雷达传感器每完成一次360°周围环境3D扫描后形成一幅覆盖三维空间范围的激光点云数据帧，输出的数据包含激光点云的三维坐标(X、Y、Z)、激光强度、激光ID、激光方位以及激光点与激光雷达传感器的距离以及激光扫描时间戳；
Step2：激光点云微处理模块根据激光雷达传感器扫描的空间覆盖范围Ω，为激光点云构建形成一个个M×N×K的三维空间矩阵P(Ω)，ρi,j,k∈P(Ω)；
ρi,j,k为Ω中X坐标轴第i行，Y坐标轴第j列，Z坐标轴第k层激光点的激光强度；i＝1，2，…，M；j＝1，2，…，N；k＝1，2，…，K；M为Ω中X坐标轴激光点云的总行数；N为Ω中Y坐标轴激光点云的总列数；K为Ω中Z坐标轴激光点云的总层数；
Step2.1：定义A为一个可包含U×V×W激光点的立方体，Ax,y,z为Ω中X坐标轴第x行，Y坐标轴第y列，Z坐标轴第z层的立方体；x＝1，2，...，M′；y＝1，2，…，N′；z＝1，2，…，K′；M′＝M/U，N′＝N/V，K′＝K/W；M′为Ω中立方体A在X坐标轴的总行数；N′为Ω中立方体A在Y坐标轴的总列数；K′为Ω中立方体A在Z坐标轴的总层数；
为立方体A中X坐标轴第u行，Y坐标轴第v列，Z坐标轴第w层激光点的激光强度；u＝1，2，…，U；v＝1，2，…，V；w＝1，2，…，W；U为A中X坐标轴激光点云的总行数；V为A中Y坐标轴激光点云的总列数；W为A中Z坐标轴激光点云的总层数；
Step2.2：计算Ω中各立方体A的激光点云密度δ(A)：
其中：δ(A)为立方体A的激光点云密度；为立方体A的体积；
Step2.3：令计算得到立方体A当前时刻t的激光点云密度为δt(A)，前一个激光点云数据帧立方体A的激光点云密度为δt-1(A)，前第n(n>2)个激光点云数据帧的激光点云密度为δt-n(A)，计算立方体A的激光点云密度波动强度：
若λ(A)≤ξ，则判定立方体A为激光雷达传感器扫描的空间覆盖范围中的空间背景；
其中：λ(A)为立方体A的激光点云密度波动强度；ξ为背景激光点云密度波动临界阈值；
Step2.4：重复Step2.2至Step2.3，判断Ω中所有的立方体A是否属于空间背景，过滤掉空间背景中的激光点，获得Ω中不含空间背景激光点的三维空间矩阵P(Ω′)；
Step3：对过滤完的激光点云进行聚类分析，确定激光雷达传感器扫描空间覆盖范围Ω内存在的行人和车辆；
Step3.1：给定车辆的最小邻域点数为Veh_MinPts和邻域半径为Veh_R；
Step3.2：遍历Ω中三维空间矩阵P(Ω′)的激光点Li_P，找出各激光点Li_P邻域半径Veh_R内的激光点数NVeh_R(Li_P)；
若NVeh_R(Li_P)≥Veh_MinPts，将激光点Li_P标记为核心点CP_Veh(Li_P)，并建立新簇Veh_Cluster，并将激光点Li_P及激光点Li_P邻域半径Veh_R内的所有激光点归入新簇Veh_Cluster；并将CP_Veh(Li_P)纳入到车辆核心点集合Veh_CP，Veh_CP＝{CP_Veh(Li_P)，…}，将新簇Veh_Cluster纳入到车辆簇集合Veh_C中，Veh_C＝{Veh_Cluster，…}；
Step3.3：在激光雷达传感器扫描过程中，邻近车辆的激光点可能出现重叠的情况，若激光点Li_P同属于相邻的两个车辆簇Veh_Cluster1和Veh_Cluster2，且激光点Li_P为核心点，在车辆簇集合Veh_C中删掉Li_P所形成的簇，在车辆核心点集合Veh_CP中删掉Li_P标记的核心点，将将Li_P定义为Veh_Cluster1和Veh_Cluster2的边界点；
Step3.4：更新车辆簇集合Veh_C和核心点集合Veh_CP；
Step3.5：在Ω中过滤掉车辆簇集合Veh_C所包含的激光点云，获得不含车辆激光点的三维空间矩阵P(Ω″)，将行人分为成年行人和儿童行人进行目标聚类，给定成年行人的最小邻域点数为PeAD_MinPts，邻域椭圆球X轴半径为PeAD_XR，Y轴半径为PeAD_YR，Z轴半径为PeAD_ZR；
Step3.6：遍历Ω中三维空间矩阵P(Ω″)的激光点Li_P，找出各激光点Li_P邻域椭圆球X轴半径为PeAD_XR，Y轴半径为PeAD_YR，Z轴半径为PeAD_ZR内的激光点数NPeAD_R(Li_P)；
若NPeAD_R(Li_P)≥PeAD_MinPts，将激光点Li_P标记为核心点CP_PeAD(Li_P)，并建立新簇PeAD_Cluster，并将激光点Li_P及激光点Li_P邻域椭圆球X轴半径为PeAD_XR，Y轴半径为PeAD_YR，Z轴半径为PeAD_ZR内的所有激光点归入新簇PeAD_Cluster；并将CP_PeAD(Li_P)纳入到成年行人核心点集合PeAD_CP，PeAD_CP＝{CP_PeAD(Li_P)，…}，将新簇PeAD_Cluster纳入到成年行人簇集合PeAD_C中，PeAD_C＝{PeAD_Cluster，…}；
Step3.7：在行人拥挤条件下，拥挤行人之间可能出现行人之间紧挨着的情况，若激光点Li_P同属于相邻的两个成年行人簇PeAD_Cluster1和PeAD_Cluster2，且激光点Li_P为核心点，在成年行人簇集合PeAD_C中删掉Li_P所形成的簇，在成年行人核心点集合PeAD_CP中删掉Li_P标记的核心点，将将Li_P定义为PeAD_Cluster1和PeAD_Cluster2的边界点；
Step3.8：更新成年行人簇集合PeAD_C和核心点集合PeAD_CP；
Step3.9：在Ω中再次过滤掉成年行人簇集合PeAD_C所包含的激光点云，获得不含成年行人激光点的三维空间矩阵P(Ω″′)，给定儿童行人的最小邻域点数PeKD_MinPts和邻域椭圆球X轴半径为PeKD_XR，Y轴半径为PeKD_YR，Z轴半径为PeKD_ZR；
Step3.10：遍历Ω中三维空间矩阵P(Ω″′)的激光点Li_P，找出各激光点Li_P邻域椭圆球X轴半径为PeKD_XR，Y轴半径为PeKD_YR，Z轴半径为PeKD_ZR内的激光点数NPeKD_R(Li_P)；
若NPeKD_R(Li_P)≥PeKD_MinPts，将激光点Li_P标记为核心点CP_PeKD(Li_P)，并建立新簇PeKD_Cluster，并将激光点Li_P及激光点Li_P邻域椭圆球X轴半径为PeKD_XR，Y轴半径为PeKD_YR，Z轴半径为PeKD_ZR内的所有激光点归入新簇PeKD_Cluster；并将CP_PeKD(Li_P)纳入到儿童行人核心点集合PeKD_CP，PeKD_CP＝{CP_PeKD(Li_P)，…}，将新簇PeKD_Cluster纳入到儿童行人簇集合PeKD_C中，PeKD_C＝{PeKD_Cluster，…}；
Step3.11：儿童行人之间可能出现紧挨着的情况，若激光点Li_P同属于相邻的两个儿童行人簇PeKD_Cluster1和PeKD_Cluster2，且激光点Li_P为核心点，在儿童行人簇集合PeKD_C中删掉Li_P所形成的簇，在成年行人核心点集合PeKD_CP中删掉Li_P标记的核心点，将将Li_P定义为PeKD_Cluster1和PeKD_Cluster2的边界点；
Step3.12：更新儿童行人簇集合PeKD_C和核心点集合PeKD_CP；
Step4：根据本发明装置的安装位置以及安装地点所在道路的几何尺寸，将Ω划分为三个区域：路侧行人待行区Ω_RSPed，路上行人通行区Ω_ORPed，路上非行人通行区Ω_ORVeh，Ω＝Ω_RSPed∪Ω_ORPed∪Ω_ORVeh；并将路侧行人待行区Ω_RSPed划分成核心待行区Ω_CRSPed和非核心待行区Ω_NCRSPed，Ω_RSPed＝Ω_CRSPed+Ω_NCRSPed；
Step4.1：从车辆簇集合Veh_C中分别提取处于路侧行人待行区Ω_RSPed，路上行人通行区Ω_ORPed，路上非行人通行区Ω_ORVeh的车辆簇，计算路侧行人待行区Ω_RSPed的车辆数NVeh(Ω_RSPed)，路上行人通行区Ω_ORPed的车辆数NVeh(Ω_ORPed)，路上非行人通行区Ω_ORVeh的车辆数NVeh(Ω_ORVeh)；
Step4.2：从成年行人簇集合PeAD_C中分别提取处于路侧行人待行区Ω_RSPed，路上行人通行区Ω_ORPed，路上非行人通行区Ω_ORVeh的成年行人簇，计算路侧行人待行区Ω_RSPed的成年行人数NPeAD(Ω_RSPed)，细分核心待行区Ω_CRSPed的成年行人数NPeAD(Ω_CRSPed)和非核心待行区Ω_NCRSPed的成年行人数NPeAD(Ω_NCRSPed)；路上行人通行区Ω_ORPed的成年行人数NPeAD(Ω_ORPed)，路上非行人通行区Ω_ORVeh的成年行人数NPeAD(Ω_ORVeh)；
Step4.3：从儿童行人簇集合PeKD_C中分别提取处于路侧行人待行区Ω_RSPed，路上行人通行区Ω_ORPed，路上非行人通行区Ω_ORVeh的儿童行人簇，计算路侧行人待行区Ω_RSPed的儿童行人数NPeKD(Ω_RSPed)，细分核心待行区Ω_CRSPed的儿童行人数NPeKD(Ω_CRSPed)和非核心待行区Ω_NCRSPed的儿童行人数NPeKD(Ω_NCRSPed)；路上行人通行区Ω_ORPed的儿童行人数NPeKD(Ω_ORPed)，路上非行人通行区Ω_ORVeh的儿童行人数NPeKD(Ω_ORVeh)；
Step5：重复Step1—Step4，通过车辆核心点集合Veh_CP、成年行人核心点集合PeAD_CP、儿童行人核心点集合PeKD_CP，标记每一车辆运行轨迹、每一个成年行人和儿童行人的行走轨迹，根据车辆、行人的位置变化，提取每一车辆、每一成年行人和儿童行人的运行速度，对Ω中行人和车辆的交通流信息进行深化提取；
Step5.1：计算路上行人通行区Ω_ORPed到达人行横道的车辆数NAVeh(Ω_ORPed)和离开人行横道的车辆数NDVeh(Ω_ORPed)，
NVeh(Ω_ORPed)＝NAVeh(Ω_ORPed)+NDVeh(Ω_ORPed)
计算路上非行人通行区Ω_ORVeh到达人行横道的车辆数NAVeh(Ω_ORVeh)和离开人行横道的车辆数NDVeh(Ω_ORVeh)，
NVeh(Ω_ORVeh)＝NAVeh(Ω_ORVeh)+NDVeh(Ω_ORVeh)
Step5.2：计算到达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的成年行人数NAPeAD(Ω_CRSPed)和离开达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的成年行人数NDPeAD(Ω_CRSPed)，
NPeAD(Ω_CRSPed)＝NAPeAD(Ω_CRSPed)+NDPeAD(Ω_CRSPed)
计算到达路侧行人非核心待行区Ω_NCRSPed的成年行人数NAPeAD(Ω_NCRSPed)和离开达路侧行人核心待行区Ω_NCRSPed的成年行人数NDPeAD(Ω_NCRSPed)，
NPeAD(Ω_NCRSPed)＝NAPeAD(Ω_NCRSPed)+NDPeAD(Ω_NCRSPed)
计算到达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的成年行人平均速度和到达路侧行人非核心待行区Ω_NCRSPed的成年行人平均速度/>
Step5.3：计算路上行人通行区Ω_ORPed远离激光雷达传感器的成年行人数NDPeAD(Ω_ORPed)和路上行人通行区Ω_ORPed接近激光雷达传感器的成年行人数NAPeAD(Ω_ORPed)，
NPeAD(Ω_ORPed)＝NDPeAD(Ω_ORPed)+NAPeAD(Ω_ORPed)
提取路上行人通行区Ω_ORPed远离激光雷达传感器的成年行人最低速度mVPeAD(Ω_ORPed)和平均速度
Step5.4：计算路上非行人通行区Ω_ORVeh远离激光雷达传感器的成年行人数NDPeAD(Ω_ORVeh)和路上非行人通行区Ω_ORVeh接近激光雷达传感器的成年行人数NAPeAD(Ω_ORVeh)，
NPeAD(Ω_ORVeh)＝NDPeAD(Ω_ORVeh)+NAPeAD(Ω_ORVeh)
提取路上非行人通行区Ω_ORVeh远离激光雷达传感器的成年行人最低速度mVPeAD(Ω_ORVeh)和平均速度
Step5.5：计算到达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的儿童行人数NAPeKD(Ω_CRSPed)和离开达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的儿童行人数NDPeKD(Ω_CRSPed)，
NPeKD(Ω_CRSPed)＝NAPeKD(Ω_CRSPed)+NDPeKD(Ω_CRSPed)
计算到达路侧行人非核心待行区Ω_NCRSPed的儿童行人数NAPeKD(Ω_NCRSPed)和离开达路侧行人核心待行区Ω_NCRSPed的儿童行人数NDPeKD(Ω_NCRSPed)，
NPeKD(Ω_NCRSPed)＝NAPeKD(Ω_NCRSPed)+NDPeKD(Ω_NCRSPed)
计算到达路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的儿童行人平均速度和到达路侧行人非核心待行区Ω_NCRSPed的儿童行人平均速度/>
Step5.6：计算路上行人通行区Ω_ORPed远离激光雷达传感器的儿童行人数NDPeKD(Ω_ORPed)和路上行人通行区Ω_ORPed接近激光雷达传感器的儿童行人数NAPeKD(Ω_ORPed)，
NPeKD(Ω_ORPed)＝NDPeKD(Ω_ORPed)+NAPeKD(Ω_ORPed)
提取路上行人通行区Ω_ORPed远离激光雷达传感器的儿童行人最低速度mVPeKD(Ω_ORPed)和平均速度
Step5.7：计算路上非行人通行区Ω_ORVeh远离激光雷达传感器的儿童行人数NDPeKD(Ω_ORVeh)和路上非行人通行区Ω_ORVeh接近激光雷达传感器的儿童行人数NAPeKD(Ω_ORVeh)，
NPeKD(Ω_ORVeh)＝NDPeKD(Ω_ORVeh)+NAPeKD(Ω_ORVeh)
提取路上非行人通行区Ω_ORVeh远离激光雷达传感器的儿童行人最低速度mVPeKD(Ω_ORVeh)和平均速度
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的行人过街安全控制装置，其特征在于：行人过街信号调控单元由通信接口板、主控模板、信号显示板、信息提示板以及母板总线组成；通信接口板、主控模板、信息显示板、信息提示板之间通过母板总线进行通信连接，同时母板总线还负责激光雷达检测单元、行人过街信号调控单元、行人过街可见光保障单元、行人过街信息显示单元各单元之间的通信连接；通信接口板用于与相邻的基于激光雷达的行人过街安全控制装置、交叉口交通信号控制器进行信息通信；主控模板根据激光雷达检测单元传送过来的行人交通流信息，进行行人过街交通信号的优化、调整、协调和控制，并将最终形成的行人过街交通信号控制方案通过母板总线发送给信号显示板和信息提示板；信号显示板根据行人过街交通信号控制方案，将信号灯启亮时间、启亮时长、启亮灯色进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街信号的显示；信息提示板根据行人过街交通信号控制方案，将人行横道的通行权状态、持续时间以及剩余通行时间进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街通行状态的显示；具体工作步骤如下：
Step1：计算路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的人流密度：
其中：ρ(Ω_CRSPed)为路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的人流密度；ψ(Ω_CRSPed)为路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的占地面积；α为儿童行人保护系数；
若ρ(Ω_CRSPed)≥η，则开始启动行人过街通行绿灯；其中η为路侧行人核心待行区Ω_CRSPed拥挤密度预警阈值；
若ρ(Ω_CRSPed)<η，但当前时刻距离上一行人过街绿灯结束时间大于γ，且路侧行人核心待行区Ω_CRSPed的行人数量大于零，则开始启动行人过街通行绿灯；其中γ为行人最大忍耐等待时间；
Step2：计算行人过街所需的基本通行时间：
其中：Ped_T为行人过街所需的基本通行时间；μ为儿童行人消散的阻尼系数；zebra_W为人行横道宽度；zebra_L为人行横道长度；τ()为关于人行横道宽度的最大消散流率；min{}为选择其中的最小值；
Step3：计算人行横道绿灯动态延长时间：
其中：Δ为人行横道绿灯动态延长时间；β为儿童行走阻滞系数；
Step4：若则中断对人行横道绿灯的动态延长，开始结束人行横道绿灯时间；或者当Ped_T+∑Δ≥Θ时，结束人行横道绿灯时间；
其中：θ为行人交通流中断临界阈值；Θ为人行横道最大绿灯长度；∑Δ为累加人行横道绿灯延长时间；
Step5：对于路段人行横道，安装在路段人行横道两侧的基于激光雷达的行人过街安全控制装置通过行人过街信号调控单元的通信接口板进行信息通信，选择其中最大的行人过街所需的基本通行时间Ped_T和最大的人行横道绿灯动态延长时间Δ进行人行过街信号绿灯控制；对于交叉口人行横道，安装在交叉口行人待行区的基于激光雷达的行人过街安全控制装置通过行人过街信号调控单元的通信接口板进行信息通信，选择同一通行相位的人行横道中最大的行人过街所需的基本通行时间Ped_T和最大的人行横道绿灯动态延长时间Δ进行人行过街信号绿灯控制；并将行人过街信号控制信息发送给相邻交叉口的交通信号控制器或所在交叉口的交通信号控制器，由交通信号控制器调整和控制机动车交通信号方案；
Step6：主控模板将行人过街通行信号灯启亮时间和启亮时长通过母板总线发送给信号显示板，信号显示板对信号启亮时间、灯控时长、启亮灯色进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街信号显示；
Step7：主控模板将行人过街通行信号灯启亮时间和启亮时长通过母板总线发送给信息提示板，信息提示板对信号启亮时间、灯控时长、灯控灯色状态进行电路转换，驱动行人过街信息显示单元进行行人过街通行状态显示和剩余通行时长提示；
Step8：若路侧行人待行区Ω_RSPed的车辆数NVeh(Ω_RSPed)>0，则通过通信接口向交通指挥中心发送“事件异常”信息；
Step7：在人行横道绿灯启亮期间，若路上行人通行区Ω_ORPed的车辆数NVeh(Ω_ORPed)>0，则通过母板总线向行人过街信息显示单元发送礼让行人的预警信息PedFirstInfo；
Step8：在人行横道红灯期间，若路上行人通行区Ω_ORPed的行人数NPeAD(Ω_ORPed)+NPeKD(Ω_ORPed)>0，则通过母板总线向行人过街信息显示单元发送闯红灯预警信息PedOnRed；
Step9：在人行横道红灯期间，若路上非行人通行区Ω_ORVeh的行人数NPeAD(Ω_ORVeh)+NPeKD(Ω_ORVeh)>0，则通过母板总线向人过街信息显示单元发送返回安全等待区的预警信息PedObeyRule；
Step10：在人行横道红灯期间，若路侧行人待行区Ω_RSPed的行人有离开路侧行人核心待行区Ω_CRSPed，并进入路上行人通行区Ω_ORPed的趋势，则通过母板总线向人过街信息显示单元发送请在安全区耐心等待的预警信息PedWaitFlash；
Step11：在人行横道绿灯启亮期间，若路上非行人通行区Ω_ORVeh的行人数NPeAD(Ω_ORVeh)+NPeKD(Ω_ORVeh)>0，则通过母板总线向人过街信息显示单元发送请走人行横道的预警信息PedOnRule。
3.根据权利要求1所述的基于激光雷达的行人过街安全控制装置，其特征在于：行人过街可见光保障单元由电脑灯、电脑灯换色器、数字调光器以及PCB背板组成，电脑灯、电脑灯换色器、数字调光器通过PCB背板进行固定安装和信息传输；数字调光器根据行人过街信号调控单元发送过来的行人过街交通信号控制方案，根据行人过街交通信号灯的起始期间、通行期间、结束期间动态设置可见光的灯光颜色、照射范围、目标追踪效果；电脑灯换色器根据数字调光器设置的灯光颜色、照射范围、目标追踪效果，控制电脑灯的灯光颜色输出、照射强度、照射范围、照射效果；具体工作步骤如下：
Step1：当行人过街信号灯开始启亮绿灯时，行人过街可见光保障单元与安装在对向的基于激光雷达的行人过街安全控制装置一起，通过电脑灯发射可见光线，在人行横道两侧可见光形成两面光墙，让过街行人行走在光墙内部，让机动车驾驶员注意光墙的存在，禁止机动车驾驶员驾驶车辆进入光墙内部，防止机动车与行人产生冲突；
Step2：当行人过街信号灯开始启亮绿灯时，行人过街可见光保障单元根据激光雷达检测单元提供的行人行走轨迹，对行走在最前面位置的行人进行电脑灯的灯光覆盖追踪和根据行人在人行横道的覆盖范围，用电脑灯不同颜色的灯光发射和范围覆盖，在人行横道上形成间歇式动态可见光人行横道，并与安装在对向基于激光雷达的行人过街安全控制装置覆盖的间歇式动态可见光人行横道在行走在最前方位置的行人交汇时形成衔接，形成完整的、覆盖整个人行横道的间歇式动态可见光人行横道；
Step3：当行人过街信号灯即将转为红灯时，行人过街可见光保障单元根据激光雷达检测单元提供的行人行走轨迹，以绿灯有效期间最后一位进入间歇式动态可见光人行横道的行人为追踪对象，根据该行人的行走位置变化，逐步撤出行人通过的间歇式动态可见光人行横道，并在人行横道中间位置，由安装在对向的基于激光雷达的行人过街安全控制装置进行间歇式动态可见光人行横道接引，直至行人安全通过人行横道；同时，在人行横道出入口边界形成可见光光墙，防止行人进入人行横道，并通知行人过街信息显示单元的行人闯红灯预警模块语音报表“绿灯已结束，请勿进入人行横道”；
Step4：当行人过街信号灯即将转为红灯时，且最后进入间歇式动态可见光人行横道的行人安全通过人行横道时，行人过街可见光保障单元撤出人行横道两侧的可见光光墙，保留人行横道出入口的可见光光墙，提醒机动车可以通过人行横道。
4.根据权利要求1所述的基于激光雷达的行人过街安全控制装置，其特征在于：行人过街信息显示单元由行人信号灯显示模块、行人通行状态显示模块、行人闯红灯预警模块、3UVPX开关信号接口板组成，行人信号灯显示模块、行人通行状态显示模块、行人闯红灯预警模块通过串口与3U VPX开关信号接口板进行连接；行人信号灯显示模块用于显示行人过街信号灯的状态；行人通行状态显示模块用于显示人行横道的通行权状态和剩余通行时间；行人闯红灯预警模块用于语音和可见光提醒行人在全安区域等待通行或安全通过人行横道；具体工作步骤如下：
Step1：当行人过街信息显示单元的行人信号灯显示模块收到行人过街信号调控单元的驱动信号时，行人信号灯显示模块根据驱动信号，执行行人信号灯的启亮状态、启亮时长、灯色转换效果；
Step2：当行人过街信息显示单元的行人通行状态显示模块收到行人过街信号调控单元的驱动信号时，行人通行状态显示模块根据驱动信号，进行行人通行状态显示，若当前为红灯状态时，则显示红色禁行标志；若当前为绿灯状态时，则显示行人行走状态动画图案，并倒计时显示剩余人行横道通行绿灯时间；
Step3：在人行横道绿灯启亮期间，当行人过街信息显示单元接收到PedFirstInfo信息时，行人闯红灯预警模块语音播报“礼让行人！谨慎通行！”；
Step4：在人行横道红灯期间，当行人过街信息显示单元接收到闯红灯预警信息PedOnRed时，行人闯红灯预警模块语音播报“危险，请退回安全等待区！”，并调动行人过街可见光保障单元进行目标跟踪和接引，并在行人安全等待区边界处用绿色光线进行闪烁提示行人安全等待区的边界位置；
Step5：在人行横道红灯期间，当行人过街信息显示单元接收到PedObeyRule信息时，行人闯红灯预警模块语音播报“危险，请遵守交通规则！”，并调动行人过街可见光保障单元进行目标跟踪和接引，并在行人安全等待区边界处用绿色光线进行闪烁提示行人安全等待区的边界位置；
Step6：在人行横道红灯期间，当行人过街信息显示单元接收到PedWaitFlash信息时，行人闯红灯预警模块语音播报“耐心等待，文明交通！”，并在行人安全等待区边界处用绿色光线进行闪烁提示行人安全等待区的边界位置；
Step7：在人行横道绿灯启亮期间，当行人过街信息显示单元接收到PedOnRule信息时，行人闯红灯预警模块语音播报“遵守交通文明，请走斑马线！”，并调动行人过街可见光保障单元进行目标跟踪和接引，直至行人进入间歇式动态可见光人行横道或路侧行人安全待行区范围。
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