CN114093161B - 一种行人过街安全评价方法及信号灯设置方法 - Google Patents

一种行人过街安全评价方法及信号灯设置方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于城市交通技术领域，特别是涉及一种行人过街安全评价方法及信号灯设置方法。人行信号绿灯结束时，人行横道上还有部分人群未完成过街。降低了车行效率，增加了行人过街的危险性。产生不安全过街行为的重要原因是行人无法通过“信号灯信息”准确判断能否安全过街。本申请提供了一种行人过街安全评价方法，所述方法包括：基于行人过街安全评价方法，构建新型人行横道信号灯配时优化模型，将人行横道信号灯行人通行时间根据求得的安全通行时间临界值分为不同阶段，行人在不同阶段选择过街有不同的过街风险，行人在过街时可根据所述不同阶段给出的信号指示采取相应的行为策略。减少信号交叉口人车冲突，提高路口通行效率和行人过街安全性。

Description

一种行人过街安全评价方法及信号灯设置方法
技术领域
本申请属于城市交通技术领域，特别是涉及一种行人过街安全评价方法及信号灯设置方法。
背景技术
行人交通是交通系统重要组成部分，行人作为交通系统中的弱势群体，在交通事故中易受到伤害。如何减少行人交通事故、提高行人安全是当下亟需解决的现实问题。
行人非法过街或违反信号灯的行为是导致行人交通事故发生的重要原因。围绕违法过街行为，有大量的学者开展了相关的研究，最终发现个人特征、情景条件、信号灯设置等因素最为重要。并针对这些影响因素提出了相应的改进措施。与交通违法过街相比，另一种非常有意思的现象也值得深入研究。在信号交叉口存在一种常见的行人“误闯红灯”现象：行人在信号绿灯时过街，但未能在绿灯结束时完成过街而“闯了红灯”。这种“误闯红灯”行为可以被称为非意愿闯红灯行为。有一些学者对该现象进行了描述性分析，但未能提出相应的改进方法，相关的研究成果目前还很少。
人行横道信号灯的出现在提高平面路口通行效率以及行人过街安全方面发挥了重要作用，但目前行人交通事故发生率高居不下。研究表明，信号灯设置不科学，行人过街时机与绿灯时间不匹配是重要诱因。
此外，基于行人交通事故统计数据的道路安全研究方法存在样本量少、可靠性差、影响因素多等弊端。
发明内容
1.要解决的技术问题
基于城市道路信号交叉口经常会出现一种冒险的行人过街行为：人行信号绿灯结束时，人行横道上还有部分人群未完成过街。这种行为降低了车行效率，增加了行人过街的危险性。产生这种不安全过街行为的重要原因是行人无法通过“信号灯信息”准确判断能否安全过街。针对上述问题，本申请提供了一种行人过街安全评价方法及信号灯设置方法。
2.技术方案
为了达到上述的目的，本申请提供了一种行人过街安全评价方法，所述方法包括：基于行人过街安全评价方法，构建新型人行横道信号灯配时优化模型，将人行横道信号灯行人通行时间根据求得的安全通行时间临界值分为不同阶段，行人在不同阶段选择过街有不同的过街风险，行人在过街时可根据所述不同阶段给出的信号指示采取相应的行为策略。
本申请提供的另一种实施方式为：所述行为策略包括行人在信号绿灯剩余时间相对经验时间充裕时段内选择过街，正常步速安全通过；在信号绿灯剩余时间相对经验时间不足时段内选择过街，加速安全通过或者停止通行。
本申请提供的另一种实施方式为：所述优化模型包括两种不同绿灯剩余时间下的行人过街的临界函数，见式1-2。
Figure GDA0004069763650000021
Figure GDA0004069763650000022
其中，T为人行信号绿灯结束时刻，ti代表行人到达路口的时刻，[0，t1]表示行人可以安全过街时段，[t1，t2]表示行人需要加速过街时段，di(t)代表行人i在t时刻完成的位移，v2代表最大的过街速度。
本申请提供的另一种实施方式为：所述优化模型综合考虑路宽、绿灯时长、行人在不同时刻到达路口的过街速度，求出安全通行和加速通行临界值，将行人过街分为三个层次，第一层次为人行信号绿灯剩余时间相对行人完成过街充裕，行人无需加速即可安全的穿越人行横道；第二层次为人行信号绿灯剩余时间相对行人完成过街不充裕，行人需要加速才能安全穿越人行横道；第三层次为人行信号绿灯剩余时间不足以使行人穿越人行横道。
本申请提供的另一种实施方式为：所述第一层次包括非法过街行为和安全过街行为，所述非法过街行为为行人在绿灯亮起之前开始过街，所述安全过街行为为当人行信号绿灯亮起时，行人开始过街，绿灯剩余的时间足够使一个人安全成功地穿过人行横道。
本申请提供的另一种实施方式为：所述第二层次为冒险过街行为，所述冒险过街行为包括当行人在此时刻到达路口时，绿灯剩余的时间内无法使行人以正常步行速度完成过街，行人在过街时逐渐加快步行速度，在红灯亮之前成功穿越了人行横道或者行人保持过街初始速度不变，将不会在人行信号绿灯亮起前完成过街。
本申请提供的另一种实施方式为：所述第三层次为不成功过街行为，所述不成功过街行为为绿灯剩余时间较少，行人仍然选择过街，行人的盲目过街致使行人没有在人行信号绿灯结束前穿过人行横道。
本申请还提供一种信号灯设置方法，根据所述的行人过街安全评价方法设置人行横道信号灯，包括将原有绿灯时间分为三个子阶段并且赋予不同信号指示，所述三个子阶段包括开始通行、快速通行和等待；行人可以根据红绿灯的不同颜色指示选择相应的过马路策略。
本申请还提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。
3.有益效果
与现有技术相比，本申请提供的行人过街安全评价方法及信号灯设置方法的有益效果在于：
本申请提供的行人过街安全评价方法，基于行人过街速度与过街距离的行人过街安全评价方法，将信号灯控制下的过街行人安全程度分为三个层级，不同层级分别代表不同的过街安全程度。
本申请提供的行人过街安全评价方法，减少信号交叉口人车冲突，提高路口通行效率和行人过街安全性。
本申请提供的行人过街安全评价方法，降低人车交互的冲突。
本申请提供的行人过街安全评价方法，综合考虑行人选择过街时间、行人过街速度、道路宽度以及信号灯通行时长，建立基于行人过街速度的时间距离函数，提出行人过街安全评价方法，将信号绿灯控制下的行人过街安全水平分为三个层级，明确不同安全层级的时间边界，建立了一种度量信号灯控制下行人何时过街造成冲突风险的研究模型。最后通过利用行人过街轨迹数据，验证了行人过街安全评价方法的有效性和科学性。
附图说明
图1为本申请的行人在不同绿灯剩余时间下的过街过程示意图；
图2为本申请的行人过街过程示意图；
图3为本申请的行人过街DT模型示意图；
图4为本申请的行人过街速度时间示意图；
图5为本申请的四种行人过街行为示意图；
图6为本申请的交叉口图示以及坐标系建立示意图；
图7为本申请的信号灯设置示意图；
图8为本申请的行人的在三个交叉口的过街轨迹分布示意图；
图9为本申请的三个路口的行人过街轨迹分布示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
参见图1～9，本申请提供一种行人过街安全评价方法，所述方法包括：基于行人过街安全评价方法，构建新型人行横道信号灯配时优化模型，将人行横道信号灯行人通行时间根据求得的安全通行时间临界值分为不同阶段，行人在不同阶段选择过街有不同的过街风险，行人在过街时可根据所述不同阶段给出的信号指示采取相应的行为策略。
进一步地，所述行为策略包括行人在信号绿灯剩余时间相对经验时间充裕时段内选择过街，正常步速安全通过；在信号绿灯剩余时间相对经验时间不足时段内选择过街，加速安全通过或者停止通行。
进一步地，所述优化模型包括两种不同绿灯剩余时间下的行人过街的临界函数：
Figure GDA0004069763650000041
Figure GDA0004069763650000042
其中，T为人行信号绿灯结束时刻，ti代表行人到达路口的时刻，[0，t1]表示行人可以安全过街时段，[t1，t2]表示行人需要加速过街时段，di(t)代表行人i在t时刻完成的位移，v2代表最大的过街速度。
进一步地，所述优化模型综合考虑路宽、绿灯时长、行人在不同时刻到达路口的过街速度，求出安全通行和加速通行临界值，将行人过街分为三个层次，第一层次为人行信号绿灯剩余时间相对行人完成过街充裕，行人无需加速即可安全的穿越人行横道；第二层次为人行信号绿灯剩余时间相对行人完成过街不充裕，行人需要加速才能安全穿越人行横道；第三层次为人行信号绿灯剩余时间不足以使行人穿越人行横道。
进一步地，所述第一层次包括非法过街行为和安全过街行为，所述非法过街行为为行人在绿灯亮起之前开始过街，所述安全过街行为为当人行信号绿灯亮起时，行人开始过街，绿灯剩余的时间足够使一个人安全成功地穿过人行横道。
进一步地，所述第二层次为冒险过街行为，所述冒险过街行为包括当行人在此时刻到达路口时，绿灯剩余的时间内无法使行人以正常步行速度完成过街，行人在过街时逐渐加快步行速度，在红灯亮之前成功穿越了人行横道或者行人保持过街初始速度不变，将不会在人行信号绿灯亮起前完成过街。
进一步地，所述第三层次为不成功过街行为，所述不成功过街行为为绿灯剩余时间较少，行人仍然选择过街，行人的盲目过街致使行人没有在人行信号绿灯结束前穿过人行横道。
本申请还提供一种信号灯设置方法，根据所述的行人过街安全评价方法设置人行横道信号灯，包括将原有绿灯时间分为三个子阶段并且赋予不同信号指示，所述三个子阶段包括开始通行、快速通行和等待；行人可以根据红绿灯的不同颜色指示选择相应的过马路策略。
基于行人过街安全评价方法，构建新型人行横道信号灯配时优化模型，将人行横道信号灯行人通行时间根据求得的安全通行时间临界值t1、t2分为三段，行人在过街时可根据不同阶段给出的信号指示采取相应的行为策略：行人在0～t1时段内选择过街，可以正常步速安全通过；在t1～t2时段内选择过街，需要加速才能安全通过；在t2～T时段内应停止通行，因为行人无法在绿灯时间内到达路对面。
行人过街步速分为初始步速和过程步速，所述初始步速为行人到达路口时开始过街的瞬时速度，所述初始步速与绿灯剩余时间和人行横道长度相关。
在完善行人过街安全研究、优化交通信号灯设置等方面具有重要意义。将人行横道信号灯的时长合理分配，进而可提高行人的过街效率和安全性以及路口通行效率。本申请通过梳理交通安全评价方法和人行横道信号灯的重要研究成果。提出行人过街安全评价方法，在此基础上构建人行横道信号灯配时优化模型。通过三个信号交叉口行人过街视频数据对本申请提出的安全评价方法进行验证。同时涉及行人过街安全模型的应用领域。
通过该方法划分信号灯时长，可以给行人提供一种准确的易辨识理解的过街提示，从而帮助行人安全过街，如果辅之以交通管理人员，效果则更佳。
综合考虑路宽、绿灯时长、行人在不同时刻到达路口的过街速度，求出安全通行和加速通行临界值，进而将人行横道信号灯绿灯时间分为三个时段，每个时段赋予不同的信号指示，行人在过街时可以根据不同的信号指示采取不同的加速策略，进而可提高行人的过街安全性以及路口通行效率。
虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。
本申请还提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。
本申请可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本申请的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD～ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。
实施例
行人过街步速可以分为初始步速和过程步速，初始步速是指行人到达路口时开始过街的瞬时速度。假设行人过街初始速度与绿灯剩余时间、人行横道长度因素有关，其线性表达式见式(3)；
v0i＝β0+βiXi+εi    (3)
其中，v0i是行人i到达路口时开始过街的初始速度，作为被解释变量，β0表示常数项，Xi作为解释变量(例如，道路宽度，绿灯剩余时间)，βi表示与Xi相关的可估计参数向量，εi是扰动项。
一般情况下，行人是基于对道路建成环境的认知，考虑交通信号灯时长和先前过街经验，采取相应的过街策略。行人生物学特性、环境认知、先前经验等个体特征差异决定了行人过街行为的多样性(Koh，Wong et al.2014，Wang，Shen et al.2021)，但也遵循基本统计学规律：一是人行信号绿灯剩余灯时充裕时，行人匀速过街，如图1所示；二是人行信号绿灯剩余时间紧张时，行人会加速过街，如图1所示。
假设过街过程中，当人行信号绿灯剩余时间相对经验时间充裕时，行人基于初始速度匀速过街。函数表达见式(4)；
Figure GDA0004069763650000061
其中，vi(t)为行人i在时间t的过街速度函数，v0i为行人i过街初始速度，t0代表行人到达路口的时刻，te为行人完成过街经验时间，T为绿灯结束时刻，T-t0为行人到达路口时绿灯剩余时间，示意图见图2。
假设当人行信号绿灯剩余时间相对经验时间不足时，行人先采取加速行为，达到了最大过街速度并保持此速度过街，通过这一假设求出能够成功过街的绿灯剩余时间的最小临界值，函数表达见式(5)；
Figure GDA0004069763650000071
其中，vi(t)为行人i在时间t的过街速度，ai代表行人i过街加速度，vi表示行人i经过加速后的速度，tc为行人匀速过街时间，ta为行人加速过街时间。
行人过街轨迹是过街速度与过街时间的积分函数，不同绿灯剩余灯时下的行人过街基本函数时间距离函数见式(6)、式(7)，基本图像见图3。
Figure GDA0004069763650000072
Figure GDA0004069763650000073
其中，di(t)代表行人i距离人行横道起点的位移。
行人到达人行横道的时间是随机的，到达后是否选择过街，取决于先前过街经验：绿灯剩余时间符合预期，选择过街；绿灯剩余时间短，不符合预期，选择加速过街或等待。选择过街后，能否安全通过马路，取决于绿灯剩余灯时间、街道宽度和行人步速。那么存在两种临界的过街情形：当行人到达路口时，此时绿灯剩余时间符合预期，行人保持初始速度开始过街在绿灯结束时刚好完成了过街。当行人到达路口时，此时绿灯剩余的时间不符合预期，行人选择加速，到达最大过街速度后保持最大过街速度在绿灯结束时刚好完成了过街。
设d1(t)、d2(t)分别为两种不同绿灯剩余时间下的行人过街的临界函数，见式(8)、式(9)，示意图见图3.
Figure GDA0004069763650000074
Figure GDA0004069763650000075
其中，D为人行横道宽度，T为人行信号绿灯结束时刻，ti代表行人到达路口的时刻，[0，t1]表示行人可以安全过街时段，[t1，t2]表示行人需要加速过街时段，di(t)代表行人i在t时刻完成的位移，v2代表最大的过街速度。
由图3可知，d1(t)和d2(t)将行人过街基本图像划分为三个区域：舒适区、非舒适区和冒险区。当行人过街D～T函数落在舒适区时，表示人行信号绿灯剩余时间相对行人完成过街充裕，行人无需加速即可安全的穿越人行横道。当行人过街D～T函数落在区域非舒适区时，表示人行信号绿灯剩余时间相对行人完成过街不充裕，行人需要加速才能安全穿越人行横道。当行人过街D～T图像落在区域冒险区时，表示人行信号绿灯剩余时间不足以使行人穿越人行横道。如果行人选择过街，即使加速也无法安全穿越人行横道。
理论1.如果行人i开始过街时刻ti∈[0，t1]，当完成过街时的时刻t满足条件:
Figure GDA0004069763650000081
说明行人可以在绿灯时间内完成过街。其中，t1如等式(10)所示。
Figure GDA0004069763650000082
证明.因为行人1在绿灯时刻为T时刚好完成过街，因此满足方程(11)。
Figure GDA0004069763650000083
根据等式(3)，行人过街初速度v01可表示为等式(12)。
v01＝β0+β1D+β2(T-t1)     (12)
为简化计算，令γ代替β0+β1D+β2T可得方程(13)。
Figure GDA0004069763650000084
由等式(11)可求出t1表达式，如等式(14)。
Figure GDA0004069763650000085
接下来证明
Figure GDA0004069763650000086
证明过程如等式(15)～(18)所示。
Figure GDA0004069763650000087
Figure GDA0004069763650000088
行人i完成过街时满足方程(15)，因此完成过街时刻可被求出，见等式(16)。同理，T可表示为等式(17)。
Figure GDA0004069763650000089
Figure GDA00040697636500000810
根据等式(18)，可证明t≤T。因此，证明行人能以速度v0i在人行信号绿灯时间内可以成功穿越人行横道。
理论2.如果行人i开始过街时间ti∈[t1，t2]，当满足条件:
di(T)<D
说明行人在人行信号绿灯时间内未完成过街，其中，t2可以通过如下等式求得：
Figure GDA0004069763650000091
证明.由于行人经过加速后，达到最大过街速度v2，并在人行信号绿灯时刻为T时刚好完成过街，因此满足方程(20)。
d2(T)＝D    (20)
Figure GDA0004069763650000092
根据等式21可以得到t2的表达式，见等式22。
Figure GDA0004069763650000093
行人过街初速度可以由等式23表示，因此我们得到方程24。
v02＝γ-β2t2     (23)
Figure GDA0004069763650000094
根据二元一次求根公式，t2可求出，见等式25。
Figure GDA0004069763650000095
行人到达路口时初始速度为v02，经过加速后速度达到v2。由于假定加速度恒定，因此v02与v2存在以下关系。
v2＝v02+a(t'2-t2)    (26)
联合等式25与26可以得到t'2表达式，见式27。
Figure GDA0004069763650000096
显然，di(T)<D，证明过程如等式(28)所示。
Figure GDA0004069763650000097
因此，当行人开始过街的时刻ti∈[t1，t2]，则行人的过街速度v0i必须至少满足如下等式才能在人行信号绿灯时间内完成过街。这说明在t1和t2内到达路口的行人，未能以小于步行速度v01完成过街，需要加快步行速度才能在人行信号绿灯结束之前完成过街，如等式29所示。
Figure GDA0004069763650000098
如果行人i的开始过街时间ti∈[t2，T]，则行人不能在剩余绿灯时间内完成过街，证明过程见等式30。
Figure GDA0004069763650000101
为了有效检验行人过街安全评价方法，本申请设计了评价指标，定义了四种典型行人过街行为，其距离-时间的函数分别为d3，d4，d5，d6，如图5所示。
在图5的舒适区中，行人距离-时间函数d3(t)的截距τ大于
Figure GDA0004069763650000102
这意味着行人非法过街。
非法过街行为与函数的截距有关。这个截距τ的含义是当绿灯亮时，行人已经到达距离路缘τ米的位置。显然，这意味着行人已经在红灯阶段非法开始横穿马路。
在绿灯阶段，行人以舒适的速度完成了从人行横道近侧到远侧的整个过马过程。这种行为被定义为安全穿越行为。从图5可以看出，安全穿越行为的判据是距离-时间函数d4(t)落在舒适区，截距不等于0。
如图5所示，当行人的距离-时间函数落在非舒适区
Figure GDA0004069763650000103
时，行人将面临两种情况。当且仅当行人加速时，行人才能完成过街。当行人保持匀速过马路时，他们将无法完成过马路。在这种情况下，行人的行为被定义为非自愿闯红灯行为。
如果
Figure GDA0004069763650000104
则行人的距离～时间函数d6(t)落入风险区。在这个区域内，行人即使加速，也无法完成过马路。在这种情况下，行人的过街行为被定义为冒险过街行为，也可称为非自愿闯红灯行为。当绿色阶段结束时，行人距离路边还有l米
Figure GDA0004069763650000105
Figure GDA0004069763650000106
为了评估不同路口对行人过街行为的影响，本申请定义了五个行人过街行为指标。对于行人，rc，rnc，rrk，riv，ril分别代表舒适过街、非舒适过街率、冒险过街率、非自愿闯红灯率和非法过街率，如式(29)～(33)。λ表示落在舒适区行人的数量。μ用于表示落在非舒适区的行人数量，θ表示处于风险区的行人数量。δ表示非自愿闯红灯行为的行人数量。ω表示进行非法过街行为的行人数量。
Figure GDA0004069763650000111
Figure GDA0004069763650000112
Figure GDA0004069763650000113
Figure GDA0004069763650000114
Figure GDA0004069763650000115
本申请基于交通信号灯控制的交叉口进行案例分析。选择了三个由信号灯控制的城市道路交叉口，每个交叉口交通量大致相同。无人机在人行横道上方50米处记录交叉口高峰时段行人过街场景并且不会被行人察觉。根据路宽、人行信号绿灯时长将t1、t2求出，然后通过“kinovea”软件(Kathuria andVedagiri 2020)提取行人轨迹，将行人轨迹落入到D-T模型中进行行人过街安全评价，验证评价模型的科学性、准确性。
为了提取行人过街轨迹，研究行人过街时的速度、位移变化，建立以人行横道起始线为y轴的平面直角坐标系，如图6所示。
本申请在陕西省西安市选择了三个由信号灯控制的城市道路交叉口，每个交叉口交通量大致相同。各路口信息如表1所示。
表1交叉口基本信息
Figure GDA0004069763650000116
Figure GDA0004069763650000121
用无人机观测了不同路宽以及不同绿灯剩余时间下548名行人的过街的初始速度v0。行人平均过街初始速度为1.50m/s，最大过街初始速度为3m/s，最小过街初始速度为0.83m/s。道路平均宽度35.79米，最大道路宽度41米，最小道路宽度30米。行人过街时，绿灯平均剩余时间为28.76秒，最小绿灯剩余时间为3s(行人选择绿灯结束后3秒开始过街)，最大绿灯剩余时间为42s，描述性统计如表2所示。
表2描述性统计
Figure GDA0004069763650000122
以行人过街初始速度为被解释变量，行人过街时绿灯剩余时间、道路宽度为被解释变量进行多元线性回归。表3为多元线性回归的结果，其中给定显着性水平a＝0.05，模型中Prob>F＝0.00，表示该模型通过联合显著性检验，即“道路宽度”和“绿灯剩余时间”对行人过街的初始速度有显著的影响，这也验证了本申请假设的正确性。回归系数通过最小二乘法求得，通过显著性检验。当道路宽度不变时，剩余绿灯时间每减少1秒，行人过街初始速度将增加0.0233m/s。同理，当剩余绿灯时间一定时，道路宽度每增加1米，行人过街初始速度将增加0.0417m/s。基于回归结果，标准线性回归模型定义为等式36：
v0i＝0.6729+0.0417D-0.0233(T-ti)     (36)
其中，v0i为行人i到达路口的初始速度，D为道路宽度，T为绿灯时长，ti为行人i到达路口开始过街的时刻，(T-ti)表示绿灯剩余时间。行人i到达路口的开始过街初始速度v0与道路宽度D和绿灯剩余时间(T-ti)的关系如图8所示。
表3行人过街初始速度的线性回归
Figure GDA0004069763650000123
Figure GDA0004069763650000131
Note:*p<0.1；**p<0.05；***p<0.01
本申请用无人机记录了三个路口行人过街视频，总共观察了548个行人过街样本。通过提取行人过街轨迹数据发现行人过马路时的最大加速度约为0.3m/s2，最大过街速度为3m/s。根据每条道路的宽度和绿灯时长，求出每个路口的t1、t2和t'2，如表4所示。使用python3.7绘制行人过街轨迹于D-T模型中，以验证我们提出的D-T模型的准确性。如图7所示，图像中每一条线代表一个行人的过街轨迹。
表4交叉口安全通行的临界值
Figure GDA0004069763650000132
表5行人过街行为分析
Figure GDA0004069763650000133
表5显示了不同路口的各项指标(rc，rnc，rik)所占的比例。TS～KS、JX～HG路口分别有80.47％和83.43％的行人落入舒适区，TB～KJ路口行人过街舒适率为68.75％，远低于其他两个路口。它可以归因于交叉口TB～KJ中道路宽度/绿灯时长(R/G)的值。对于较大的R/G，行人必须以较高的速度完成过马路，这导致较小的t1(见表4)，即较小的舒适区。D～T模型反映的结果与实际情况建立了合理的逻辑关系。在舒适区几乎所有行人都能顺利完成过街(98.53％、99.29％、95.10％)，这也验证了模型的正确性。
此外，11.24％、9.47％和25.00％的行人处于非舒适区。对于该区域内的行人，由于绿灯剩余时间不足，只能通过加速完成过马路。结果显示，在绿灯时间结束前，仅有5.26％、18.75％和31.80％的行人完成过街，而94.74％、81.25％和68.20％的行人在面对这种情况时仍保持匀速行走，因此没有在绿灯结束之前完成过街。它证实了行人必须在非舒适区加速才能完成过街的假设，这一结果有效地证明了模型的合理性。与TS-KS和JX-HG路口相比，发现非舒适区TB-KJ路口有31.8％的行人选择加速然后完成过街。一个可能的原因是，面对更高的R/G，行人需要提高步行速度才能顺利完成过马路。
最后，8.29％、7.10％和6.25％的行人即使采取加速过街也没有在绿灯结束前完成过马路，非成功率为100％。可以归因于绿灯剩余时间太短，也证明了我们提出的D-T模型是合理的。
如D-T模型所述，对于行人而言，绿灯阶段可分为三个子阶段：舒适区、非舒适区和风险区。相应地，绿色阶段可以分为三个不同的时间段，包括浅绿灯、深绿灯和黄灯，如图7所示，时间分配如表6所示。对于行人来说，三个子阶段分别代表开始通行、快速通行和等待。这意味着行人可以根据红绿灯的不同颜色指示选择相应的过马路策略。例如，在非舒适区，当靠近人行横道的行人看到深绿灯时，应立即加速过马路，否则无法完成过马路。在冒险区，靠近人行横道的行人应该选择等待策略而不是过街策略，因为他们肯定无法完成穿越。这种清晰的指示信息有利于行人的快速判断和最优决策。因此，减少非意愿闯红灯。
表6新型人行横道信号灯时间分配
Figure GDA0004069763650000141
Figure GDA0004069763650000151
Figure GDA0004069763650000152
本申请提出一种新型人行横道信号灯，将原有绿灯时间分为三个子阶段并且赋予不同信号指示，各个子阶段的时间分配如上表所示，t1，t2关键时间临界值可根据等式37、38求出，也即根据每一个路口的道路宽度和绿灯时间可以将现有绿灯时间分配为三个子阶段。三个子阶段分别代表开始通行、快速通行和等待。这意味着行人可以根据红绿灯的不同颜色指示选择相应的过马路策略。例如，在非舒适区，当靠近人行横道的行人看到深绿灯时，应立即加速过马路，否则无法完成过马路。在冒险区，靠近人行横道的行人应该选择等待策略而不是过街策略，因为他们肯定无法完成穿越。这种清晰的指示信息有利于行人的快速判断和最优决策。因此，减少非意愿闯红灯。
D-T模型也有可能应用于评估十字路口交通基础设施的设计。对于不同的R/G，舒适区、非舒适区和风险区的空间也会有所不同。将人行横道行人过街数据代入D-T模型后，可以直观的看出三个区域的比例关系。由于三个区域的大小不同，舒服过街率、非舒适过街率、冒险过街自然会有差异，由此可以评估交叉口基础设施设计的好与坏。
本申请提出的交叉口D-T评价方法，可以通过不同路口落在不同空间(舒适区域、非舒适区域、冒险区域)的行人过街轨迹，以及可以通过不同指标评估交叉口道路基础设施对行人过街行为的影响，从而评判交叉口道路基础设施的设计合理性。
本申请提出了一种新型人行横道信号灯设置方法，并求出时间分配临界值的公式。应用该信号灯可以有效规范路口行人过街秩序，减少非意愿闯红灯率，提高行人过街安全性的同时也可以提高交叉口的通行效率。
本申请通过无人机收集行人过街轨迹，将行人过街轨迹落入到D-T框架中，从图8、图9中可以看出舒适区的开始过街行人几乎都能成功完成过街，非舒适区开始过街大部分行人未能完成过街，而冒险区开始过街行人不能完成过街。因此本申请提出的将绿灯时间分段方案可行。尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (7)

1.一种行人过街安全评价方法，其特征在于：所述方法包括：基于行人过街安全评价方法，构建新型人行横道信号灯配时优化模型，将人行横道信号灯行人通行时间根据求得的安全通行时间临界值分为不同阶段，行人在不同阶段选择过街有不同的过街风险，行人在过街时可根据所述不同阶段给出的信号指示采取相应的行为策略；
行人在绿灯时刻为T时刚好完成过街，因此满足方程：
Figure FDA0004071235950000011
根据等式v0i＝β0+βiXi+ε，行人过街初速度v01可表示为如下等式：
v01＝β0+β1D+β2(T-t1)
为简化计算，令γ代替β0+β1D+β2T可得如下方程：
Figure FDA0004071235950000012
由
Figure FDA0004071235950000013
可求出t1表达式，如下：
Figure FDA0004071235950000014
即可求出t1；
其中，γ＝β0+β1D+β2T，T为绿灯时长，D为人行横道宽度，β1是人行横道宽度对行人过街初速度的影响权重，β2是绿灯剩余时长对行人过街初始速度的影响权重，β0是截距项，根据采集数据拟合求出，γ是与人行横道和绿灯时长相关的待求参数，根据采集的道路真实数据求取；
由于行人经过加速后，达到最大过街速度v2，并在人行信号绿灯时刻为T时刚好完成过街，因此满足方程：
d2(T)＝D和
Figure FDA0004071235950000015
根据
Figure FDA0004071235950000016
得到
Figure FDA0004071235950000017
行人过街初速度可以由v02＝γ-β2t2表示，因此得到方程
Figure FDA0004071235950000018
根据二元一次方程求根公式可得到t2表达式，
Figure FDA0004071235950000021
行人到达路口时初始速度为v02，经过加速后速度达到v2；假定加速度恒定，则
v2＝v02+a(t′2-t2)
因此可求得t′2表达式，
Figure FDA0004071235950000022
v0i是行人i到达路口时开始过街的初始速度，作为被解释变量，β0表示常数项，Xi作为解释变量，βi表示与Xi相关的可估计参数向量，εi是扰动项；vi(t)为行人i在时间t的过街速度函数，t0代表行人到达路口的时刻，te为行人完成过街经验时间，T为绿灯结束时刻，T-t0为行人到达路口时绿灯剩余时间；D为人行横道宽度，T为人行信号绿灯结束时刻，ti代表行人到达路口的时刻，[0，t1]表示行人可以安全过街时段，[t1，t2]表示行人需要加速过街时段，di(t)代表行人i在t时刻完成的位移，v2代表最大的过街速度；
所述优化模型包括两种不同绿灯剩余时间下的行人过街的临界函数：
Figure FDA0004071235950000023
Figure FDA0004071235950000024
其中，v01为绿灯剩余时间充裕时，行人过街初始速度；v02是绿灯剩余时间不充裕时，行人过街初始速度，t′2是行人加速结束后的时刻；
将人行横道信号灯行人通行时间根据求得的安全通行时间临界值t1、t2分为三段，行人在过街时可根据不同阶段给出的信号指示采取相应的行为策略：行人在0～t1时段内选择过街，可以正常步速安全通过；在t1～t2时段内选择过街，需要加速才能安全通过；在t2～T时段内应停止通行，因为行人无法在绿灯时间内到达路对面；将原有绿灯时间分为三个子阶段并且赋予不同信号指示，所述三个子阶段包括开始通行、快速通行和等待；行人可以根据红绿灯的不同颜色指示选择相应的过马路策略；行人根据不同信号指示可以获取能否安全过街。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述行为策略包括行人在信号绿灯剩余时间相对经验时间充裕时段内选择过街，正常步速安全通过；在信号绿灯剩余时间相对经验时间不足时段内选择过街，加速安全通过或者停止通行。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一子阶段包括非法过街行为和安全过街行为，所述非法过街行为为行人在绿灯亮起之前开始过街，所述安全过街行为为当人行信号绿灯亮起时，行人开始过街，绿灯剩余的时间足够使一个人安全成功地穿过人行横道。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二子阶段为冒险过街行为，所述冒险过街行为包括当行人在此时刻到达路口时，绿灯剩余的时间内无法使行人以正常步行速度完成过街，行人在过街时逐渐加快步行速度，在红灯亮之前成功穿越了人行横道或者行人保持过街初始速度不变，将不会在人行信号绿灯亮起前完成过街。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三子阶段为不成功过街行为，所述不成功过街行为为绿灯剩余时间较少，行人仍然选择过街，行人的盲目过街致使行人没有在人行信号绿灯结束前穿过人行横道。
6.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的方法。
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