基于 TRIZ“参数桥”的十字路口 交通警示装置的研制 张佳栋 1,2，于复生 1,2，赵杨 1,2，田雪冬 1,2,赵幸幸 3 (1.山东建筑大学 机电工程学院，济南 250101；2.山东省高校机械工程创新技术重点实验室，济南 250101；3.齐鲁师 范学院，济南章丘 250200) 摘 要：根据十字路口交通问题—闯红灯现象，提出了解决方案和设备的研制，首先通过 TRIZ“参数桥”进行问题 分析，得出结论，再进行方案选取与设计，将方案与现有技术进行比较，最终设计出警示装置，将有效减少闯红灯现象。 关键字：交通；十字路口；警示；TRIZ Development of crossroad traffic warning device based on TRIZ “parametric bridge” ZHANG Jia-dong1,2,YU Fu-sheng1,2,ZHAO YANG1,2,TIAN Xue-dong1,2,ZHAO Xing-xing3 (1.School of mechanical and electrical engineering, Shan dong Jian zhu University, Ji'nan, China, 250101; 2.Key Laboratory of mechanical engineering innovation technology of Shandong University, Ji'nan, China, 250101;3. Qilu Normal University, Zhang'qiu, Ji'nan ，China,250200) Abstract: According to crossroads traffic problems—Running a red light phenomenon, Proposed solutions and equipment development.First, through TRIZ "parametric bridge" analysis of the problem to draw conclusions, then the program selection and design. The scheme is compared with the existing technology, the final design of the warning device will effectively reduce the red light phenomenon. Key words: traffic; intersection; warning; TRIZ 中图分类号：TH122 0 引言 由于人们交通意识的淡薄，闯红灯等现象屡见不鲜，为了规范交通，现在很多城市在每个十字路口 都设有协警，协助规范交通。目前协警一般手持小旗，口含哨子，还需要经常以吼叫的方式阻止人们闯 红灯，导致协警们嗓音沙哑，疲惫不堪。在协警如此劳累的情况下，依旧会出现很多听不到协警警示和 车辆鸣笛的闯红灯者，这一类闯红灯者主要是“手机党”和“耳机党”。 本课题将研究如何改善十字路口行人闯灯问题，并设计出十字路口交通警示装置。 1 基于 TRIZ“参数桥”的问题分析 1.1 最终理想解 （1）进行设计的最终目的是什么？ 行人遵守交通规则过马路，维持交通安全。 （2）最终理想解是什么？1 行人路过十字路口时能够看到红绿灯的变化情况。 1.2 十字路口行人不看灯系统冲突分析 确定技术冲突主要包括三个步骤： （1）当前的问题是什么？ 十字路口行人不看灯。 投稿日期： 基金项目：山东省高等学校科研计划项目（J14LB05）；山东建筑大学博士科研基金项目（XNBS1014）。 1作者简介：张佳栋（1993-），男，山东威海人，山东建筑大学研究生，机器人技术与计算机集成制造，976828192@qq.com *通讯作者：于复生（1969-），男，山东潍坊人，教授，博士后，主要从事精密测控系统与机器人工程研究工作 

（2）问题的解决须改进什么参数？ 可靠性、光照度、运动物体的作用时间、自动化程度。 （3）问题的解决改进上述参数将对应导致什么参数恶化？ 物体产生的有害因素、可靠性、运动物体的作用时间、物体产生的有害因素。 确定物理冲突，通过分析得出两个冲突参数：运动物体的作用时间和光照度。 冲突参数一：运动物体的作用时间。 首先，一方面希望运动物体的作用时间短，行人快速的通过十字路口，加快交通运行，减少交通堵 塞；另一方面希望运动物体的作用时间长，行人慢速的按照规定通过十字路口，避免发生闯红灯现象[1]。 冲突参数二：光照度。 首先，一方面希望光照度强，在各种恶劣、能见度低的天气里可以让行人看清红绿灯；另一方面希 望光照强度弱，以防影响驾驶员的视线。图 1 为物理冲突。 1.3 冲突问题的求解模型与过程 从因果分析链中找到问题入手点，如图 2 所示，提炼出来四对技术冲突。 图 1 物理冲突 图 2 因果分析链提炼出十字路口行人不看灯问题的四对技术冲突 2 方案设计 2.1 利用浏览法选择发明原理求解并撰写方案 引起十字路口行人不看灯问题的原因之一是红绿灯不亮，红绿灯不亮的原因可能是城市停电、输电 线路短路或断路。在这条因果链中，可以提炼第一对技术冲突：可靠性和物体产生的有害因素。 No.11 预先应急措施 方案 1：可以在人行路的上方，支撑起一个框架，在框架上表面放置多块太阳能板，在人行路的两 端放置两个蓄电池，断电的情况时，由太阳能储存在蓄电池里的电能为红绿灯提供电源。 恶劣天气行人着急无心等待，不看红绿灯 行人戴着耳机低头玩手机听不到协警人员提示看不到红绿灯变化横穿马路、闯红灯易产生交通事故大雾、能见度低天气行人看不清红绿灯城市停电红绿灯信号灯不亮行人分不清路况可靠性和物体产生的有害因素光照度与物体运作的时间自动化程度与物体产生的有害因素运动物体的作用时间与可靠性行人注意力分散、不集中红绿灯蒙尘或灯光暗

引起十字路口行人不看灯问题的原因之一是看不清楚灯，看不清楚灯的原因可能是天气能见度低、 红绿灯亮度低或表面蒙尘太多，在这条因果链中，可以提炼第二对技术冲突：光照度与运动物体的作用 时间。 No.15 动态性 方案 2：可以在人行路的上方架起一个 O 型传送带，在传送带上放置两个红绿灯，反向放置，红灯 时，传送带不动，红绿灯位于人行路两侧；绿灯时，传送带开始移动，使动红绿灯与行人同时进行移动， 绿灯带领行人一起过马路。 引起十字路口行人不看灯问题的原因之一情绪因素差，情绪因素差的原因可能是不耐烦、天气恶劣 等原因使行人不顾红绿灯，在这条因果链中，可以提炼第三对技术冲突：运动物体的作用时间与可靠性。 No.10 预先作用 方案 3：可以在斑马线两侧设置智能移动栅栏，由控制器控制，红灯时，栅栏拉开，挡住行人，防 止闯红灯；绿灯时，栅栏收缩，行人过马路。 引起十字路口行人不看灯问题的原因之一是行人注意力不集中，注意力不集中的原因可能是低头玩 手机、带耳机玩手机，在这条因果链中，可以提炼第四对技术冲突：自动化程度与物体产生的有害因素。 No.2 抽取 方案 4：可以在人行路的两端设置控制器和扬声器，通过红绿灯变化，传递给控制器，再由控制器 控制扬声器，绿灯时，扬声器发出“现在是绿灯，请安全通过”； 红灯时，扬声器发出“现在是红灯，请 等候，注意安全”语音提示，提醒低头玩手机的行人注意红绿灯；在人行路的两端设置摄像监控器，每 条斑马线上均匀分布一排 LED 灯，LED 采用聚光型灯，LED 灯外面套上具有凸透镜结构的灯罩，LED 灯亮时，所在的整条斑马线都会被照亮，有摄像机监控器对行人进行监控，当有人闯红灯时，由摄像监 控器对行人进行位置定位，通过控制器控制行人所在那一条斑马线上的 LED 进行闪烁，通过视觉对行 人进行提醒[7-8]。 2.2 利用阿奇舒勒冲突矩阵查找发明原理求解并撰写方案 技术冲突一：可靠性与物体产生的有害因素。 到冲突矩阵中查找到创新原理：No.35、No.2、No.40、No.26。 技术冲突二：运动物体的作用时间与可靠性。 到冲突矩阵中查找到创新原理：No.11、No.2、No.13。 No.11 预先应急措施 方案 5：在车辆行驶的方向上，放置两个方向相反的 LED 屏，在人行路两侧放置两个控制器、扬 声器和摄像监控器，在红灯即将亮之前，控制器控制扬声器发出“即将红灯，请停止过马路”提示音，提 醒行人停止过马路；红灯亮时，监控摄像器对人行路进行监控，如果有行人闯红灯，摄像监控器对其进 行图像捕抓，并由控制器控制扬声器发出“请闯红灯者立即退回人行路两端，禁止闯红灯”提示音，控制 器控制 LED 屏显示“有闯红灯者，车辆慢行”字幕；绿灯即将亮之前，控制器控制 LED 屏显示“即将绿 灯，车辆慢性”字幕，同时扬声器发出“即将绿灯，行人请勿着急”提示音[7-8]。 技术冲突三：光照度与运动物体的作用时间。 到冲突矩阵中查找到创新原理：No.2、No.19、No.3。 技术冲突四：自动化程度与物体产生的有害因素。 到冲突矩阵中查找到创新原理：No.2。 2.3 利用 2003 版冲突矩阵查找发明原理求解并撰写方案 技术冲突一：可靠性与物体产生的有害因素。到 2003 版中途矩阵中查找到创新原理：No.2、No.26、 No.35、No.40、No.33、No.7、No.4、No.19、No.3。 No.4 非对称 方案 6：将红绿灯改为“禁止行人通行标志”形状，用电线杆将其悬挂在人行路中间位置，在其两侧 各设置布满两种 LED 灯，一种为绿灯，一种为红灯。绿灯时，只有“人”亮，发出绿光，提示行人可以 通过十字路口；红灯时，整个标志都亮，发出红光，提醒行人禁止前行。 技术冲突二：运动物体的作用时间与可靠性。到 2003 版中途矩阵中查找到创新原理：No.35、No.12、 

No.13、No.40、No.3、No.1。 No.1 分割 方案 7：将红绿灯的灯采用多个小型强光的 LED 灯，提高光照强度，在人行路两端，安装一排栏 杆，每个栏杆之间相隔两个人的宽度，栏杆之间用两排金属圆柱做门，在金属圆柱的末端安有电磁铁， 金属棒由电机控制，红灯时，电机控制金属棒旋转，使两排金属圆柱末端相切，电磁铁通电，使金属圆 柱末端吸附在一起，起到拦截多用；绿灯时，金属圆柱收拢帖附于栏杆上，行人通过。 技术冲突三：光照度与运动物体的作用时间。到 2003 版中途矩阵中查找到创新原理：No.19、No.2、 No.6、No.35、No.28、No.4、No.25。 No.28 机械系统的替代 方案 8：在人行路两端，安放两三棱柱，三棱柱的一面与人行路相平行，另外两面，分别对应人行 路两端，在对应人行路两端的三棱柱面上，各放置两排聚光型 LED 灯，一排红灯，一排绿灯，LED 灯 外面罩着具有凸透镜效果的灯罩，将光发散出去，当红灯时，红色 LED 灯发出亮光，使接近人行路的 行人，能立马看到红灯；绿灯时，绿色 LED 灯发出亮光，提醒行人过马路。 技术冲突四：自动化程度与物体产生的有害因素。到 2003 版中途矩阵中查找到创新原理：No.25、 No.2、No.11、No.3、No.23、No.19、No.7。 No.23 反馈 方案 9：在人行路的每条斑马线上，安装人体接近传感器和信号灯，连接控制器，控制器连接警报 器，信号灯位于每条斑马线中间，红灯时，控制器控制人体接近传感器打开，当有人靠近时，人体接近 传感器接到感应转为电信号传给控制器，控制器再将信号传给警报器和信号灯，提醒行人闯红灯。 2.4 利用分离原理求解物理冲突 解决物理冲突的方法为四大分离原理[2-6]。提炼出物理冲突，如图 3 所示。 物理冲突一：行人着急无心等待，不看红绿灯。 十字路口的行人着急无心等待，不看红绿灯是引起行人闯红灯的原因之一。可以提取物理冲突：希 望行人能够短时间内快速通过马路，不阻碍交通运行；又希望行人能按照规定时间过马路，以保证交通 正常运行。利用空间分离原理解决这对物理冲突得到解决方案： 方案 10：利用中介物原理，在人行路两端，采用“栅栏道闸”结构，防止行人闯红灯，在栅栏道闸 结构的控制器处安放扬声器，红灯时，扬声器发出“请勿翻越栏杆，请等待”语音提示，绿灯时，扬声器 发出“安全时间，可以通过”语音提示。 图 3 在因果分析链中提取的物理冲突 物理冲突二：灯光亮度低。 十字路口的灯光亮度低是引起行人闯灯的原因之一。可以提取物理冲突：希望灯光亮度大，能让行 人清楚地看到；又希望灯光亮度低，以防影响过往车辆驾驶员视线。利用时间分离原理解决这对物理冲 恶劣天气行人着急无心等待，不看红绿灯 行人戴着耳机低头玩手机听不到协警人员提示看不到红绿灯变化横穿马路、闯红灯易产生交通事故大雾、能见度低天气行人看不清红绿灯城市停电红绿灯信号灯不亮行人分不清路况红绿灯蒙尘或灯光暗行人注意力分散、不集中

突得到解决方案：利用动态性原理解决。 3 方案总结及装置结构设计 上述给出了若干的概念方案，下面拟对方案 1、方案 4、方案 5 和方案 9 所结合方案进行详细设计， 设计如图 4 所示。 1.地面；2.蓄电池；3.立柱；4.液压升降柱；5.LED 屏；6.固定架；7.太阳能板；8.行车监控器； 9.控制器；10.扬声器；11.行人监控器；12.红绿灯；13.LED 灯 图 4 撰写专利的结构示意图 通过分析，认为一种带声光提示的红绿灯装置，主要由蓄电池、液压升降柱、LED 屏、太阳能板、 行车监控器、行人监控器、控制器、扬声器、LED 灯组成的，蓄电池为 LED 屏、行车监控器、行人监 控器、控制器、扬声器、LED 灯提供电能，行车监控器、行人监控器、控制器、扬声器、LED 屏和太 阳能板安装在固定架上，控制器和行车监控器、行人监控器连接所述的控制器控制扬声器、LED 灯和 LED 屏运行，采用太阳能板转化光能为电能，并储存在蓄电池内，当停电时，蓄电池为用电设备提供 电能，使交通能正常运行发；运行时，人行路两端行人监控器进行监视，当发现闯红灯者，通过控制器 控制扬声器发出声音提醒，同时所处位置的斑马线上的 LED 进行闪烁发光进行视觉提醒，LED 屏显示出 “有人闯红灯，请慢行”的标语。 4 结束语 针对十字路口行人不看灯，出现大量闯红灯的问题，对此展开了详细的描述，应用 TRIZ“参数桥” 的技术冲突和物理冲突进行了问题分析，并得到了相应的解决方案。针对其中的几个方案进行结合，然 后设计一种带声光提示的红绿灯装置 ，本装置能够在行人即将闯灯或已闯灯的时候及时的对其进行提 醒，避免产生交通事故。 参考文献： [1]张明勤 张士军 . TRIZ 应用综合例析——轴颈磨损防护与修复[M].机械工业出版社.2012. [2]杨清亮 . 发明是这样诞生的:TRIZ 理论全接触 [M].2006. [3]赵敏 史晓凌 段海波 . TRIZ 入门及实践 [M].2009. [4]刘桂涛 袁春静 戴义贵 . TRIZ 中技术矛盾解决矩阵的应用 [J].机械设计与制造,2007,(8) [5]杨廷双 . TRIZ 理论入门导读 [M].2007. [6]赵敏 张武城 王冠殊 . TRIZ 进阶及实战—大道至简的发明方法[M].北京:机械工业出版社,2016.1 [7]周为钢 冯阳 徐舒畅 . 基于视频分析的机动车斑马线前未礼让违法行为检测系统 [J].中国人民公安大学学报：自然科学版.2012. [8]上海市浦东新区金桥镇国际安全社区创建办公室 . 行人闯红灯自动监控报警系统研究 [J] 技术与研究.2009