我们能否杜绝“塞车幽灵”?

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Image caption (图片来源:Getty Images)

按照定义来看,交通拥堵是由我们所有人共同造成的。根源可能是交通事故、道路施工,也有可能是刚刚离开比利·乔尔(Billy Joel)演唱会现场的中型SUV车造成拥堵,但如果你也是车流中的一员,那你也是造成交通堵塞的一份子。

不过,对于某些没有明确原因的交通堵塞而言,却有一种并不那么明显的解决方案。一位掌握了基本的流体动力学知识的司机,可以消除或避免长达数英里的交通堵塞。如果能够相互合作,并借助一些现代化技术的帮助,司机们也可以利用同样的方法,通过自己的努力,大幅而持续地减少高速公路上的交通拥堵。事实上,不必非要等到无人驾驶汽车普及,便可实现这一美好愿望。

第一部分:交通拥堵背后的惊人事实

在网页游戏《Error-Prone》中(如下图所示),通过按压和释放键盘上相应的字母,便可控制游戏中字母的加速状态。你最多可以跟25个朋友各自控制其中的一个字母。除了拥挤之外,最后的情况肯定会变得无比糟糕,只要速度发生轻微的改变,就会对整个一圈的字母产生连锁反应。事态随后会逐步放大,直到虚拟的通勤者挤作一团。你可以自己试试看,只要控制一个字母,最终的结果应该也大抵如此。或者也可以观看一段视频,它展示了科学家在现实生活中进行的实验。

《Error-Prone》是为了证明无人驾驶汽车在道路上的安全性和效率;事实上,当所有车辆都由中央系统控制,以相同的速度在相同的道路上行驶时,就不会发生碰撞事故。这一点显而易见。

但这款游戏也验证了一种名为“塞车幽灵”(phantom traffic jam)的现象,这种现象每天都在发生,很多没有明显原因的交通堵塞都是源于这种现象。与很多事情一样,塞车幽灵也是人性与生俱来的缺陷造成的。有的时候,当你所处的位置堵得水泄不通时,就在你前方几英里处,一名驾驶员稍稍降低一点车速,而其身后的另外一辆车减速的力度则会稍大一些。这种“减速波”会沿着道路向后传导,随着力度越来越强,车速也越来越慢,直到林荫大道变成露天停车场。日本科学家制作了上面的这段视频,率先证明了这种“车流波”的存在。(但需要注意的是,这些车流波也可以使用数字模拟的方式来解释,而且的确有很多工程师和科学家采取了这种方式。)

从数学角度来看,这些“车流波”与爆炸产生的压力波很相似,而美国国家科学基金会在2009年支持的一个团队还对其进行了建模,并将其命名为“加密顿”(jamiton)。即便是在那时,人们也认为应该通过技术来解决这种问题,并设想了一种未来场景:“通过电动驾驶助手这种硬件,以一种非常微妙的形式实现更加柔和的加速和减速,从而降低加密顿发生的概率。”这并非纯学术性质的探讨:加密顿会导致车流走走停停,可能引发事故,也可能导致车速严重放缓,偶尔还会引发严重伤亡。

现在,我们终于迎来了无人驾驶汽车这个重要节点,希望这项技术能够帮助我们摆脱交通拥堵。智能街道上行驶的汽车都将安装传感器,从而实现汽车的数据互通,也可以帮助汽车与中央网络展开通讯。有些高级算法还能够优化交通流量,而汽车则会为彼此留下合适的并线空间,提前预料到速度可能放缓,让刹车灯永远不再亮起。在这样一个光明的未来世界中,汽车就像在生产线上行驶一样,如同火车一样首尾相连。

但我们或许无需等待。我们可能已经拥有了这样的技术,只需要将它们整合起来即可。

第二部分:交通忍者

“1996年,我决定凭借一己之力改变人们对驾驶的态度。”威廉·贝蒂(William Beaty)说,他指的是他创办trafficwaves.org网站的那一年。那只是这位西雅图工程师多年以来收集的成千上万个页面和链接中的“一小部分”,但却为他赢得了“大思想家”的声誉。(他在2000年就接受过BBC的采访。)

“当我在Usenet新闻组上跟人争论后,便创办了这家网站。那时互联网还处于发展初期。”他回忆道,“我直接制作了一个HTML页面,这样一来,每当有人要告诉我应该如何开车时,我就不用专门输入三个段落的文字来回应他们了。”贝蒂在那个页面上将“塞车幽灵”以及交通事故清除后仍然持续不断的拥堵比作冲击波。但该页面还列出了这种问题的解决方案,因为贝蒂并不想等待技术来拯救我们。

他的逻辑是:如果这些现象真的像冲击波一样,那只要除去其传播的介质,即可消除这些“波”。增加车距可以消除拥堵,让人们尽早并线也能缓解瓶颈。整体而言,开得慢一点反而能让司机更快地到达目的地。从本质上讲,要落实他的这项理论,只需要鼓励司机保持稳定的平均速度即可,不要在加速之后又频频刹车。他据此制作了模型和视频,还在自己45分钟的通勤道路上进行了测试。

除了亲身实验外,他举了其他一些现实生活中的例子。高速公路巡逻车似乎经常在毫无理由的情况下涌入车流,导致道路上的车速放缓;它们通常是在为了给车流创造一个喘息的机会,以便阻止几公里之外的事故现场传递过来的“堵塞波”。“大约从15年前开始,每逢整个国家同时放假时,比利时和荷兰都会使用这种开路车——他们把这种方法称作是‘Blokrijden’。”贝蒂说。

贝蒂的方法归结起来其实就是“温柔驾驶,切勿抢行”,这种理念也迎合了一些司机的想法。不过,由于GPS导航、负荷增加和自适应巡航控制等因素也必须考虑在内,所以无法判断这种方法在日常通勤中的实际作用究竟有多大。贝蒂希望驾校教练能够将他的理论也增加到课程中,但他知道,最大的障碍其实是司机自己,他们总是希望能够早点到达目的地。

第三部分:今天的科技,明天的希望!

人类是一种非理性动物。事实上,只要凭借经验便可作出判断:与堵车时频频加速前进再刹车的行为相比,保持车距反而能让我们自己以及身后的所有人更快到达目的地。但在实际操作过程中,司机们却不太可能这么做,尤其是当别人会因此比自己早到2.35秒时。但自适应巡航控制(ACC)技术可能令人们越来越懒。“如果有几个驾驶员在拥挤的车流中使用ACC,他们的汽车就不会表现出紧追前车的危险驾驶行为。”贝蒂说,“高速公路上只要有10%左右的这种汽车,往往就能消除拥堵。”

但他补充道,“我估计如果驾驶员发现ACC的风格太温柔,可能就会关闭这项功能。”这可能会适得其反,因为配备ACC功能的汽车往往内饰豪华、动力充沛,开这种车的人通常都不会是无私的人。

不过,另外一种司机却有可能克服这种争道抢行的欲望,那就以开车为生的人。从各式货车、Uber司机到公交车驾驶员,这些人都有足够的经济动机来保持交通顺畅。如果再加上政府用车,那么当这些车辆都配备并开启了ACC后,就很容易超过10%的比例。

第四部分:未来不堵车

人工智能将会帮助我们解决所有问题。但抛开科幻电影不谈,人工智能并不意味着自动驾驶——用不太严谨的说法来阐述,这只不过能够开发一些在能力上超过人类的系统而已,通常是借助快速的数据分析和复杂的传感器来实现的。归根到底,这都是算法而已。而在这样的世界中,交通拥堵都是数学问题,可以用高速计算机来解决。

亚利桑那大学新成立的交通研究学院的拉里·海德(Larry Head)博士认为,有两种技术可以解决交通拥堵。“第一种,也是最近的一种,就是联网汽车,在欧洲被称作V2X。”他说,“汽车将会相互传输数据(V2V),每秒钟可以分享10次信息。每一辆汽车都知道周围有哪些车辆,其感知和反应速度也远快于人类。这便可以促成合作式自适应巡航等应用方式,从而帮助人类驾驶员大幅提升安全性。”V2V技术即将来临。美国国家高速公路交通安全管理局已经将这类技术的部署列为重要事项,而凯迪拉克CTS也将在2017年部署这项技术。

“美国目前每年因为车祸死亡的人数达到3.4万人,联网汽车则向着减少这一数字迈出了重要一步。”海德说,“我们相信,它的好处将与安全带类似。”

“另外一项名为速度协调(Speed Harmonization)的技术将会通过动态限速的方式保持车流顺畅。”海德说,“还有一项名为队列警告(Queue Warning)的技术,可以向冲击波下游的车辆和驾驶员发出警告,使之在必要的时候提高警惕,并加快反应速度。”这项技术可以通过将所有车辆的速度都降至道路平均车速的方法来阻止压力波的传播,因此最近已经代替了“低地国家”的Blokrijden,还应用到威廉·贝蒂当初第一次做实验的那条高速公路上,二者都取得了巨大成功。

“第二种技术则是自动驾驶或无人驾驶汽车。”海德说,“目前,这两条研究道路相互独立。我认为,这是因为自动驾驶汽车需要适应所有环境——无论其他汽车是否联网都要实现无人驾驶。当联网汽车的渗透率足以令无人驾驶汽车受益时,这两种技术就有可能实现一定的融合。”

另外,无人驾驶汽车如果能够实现全面渗透,仍将成为解决交通拥堵和提升交通安全的终极法宝。但贝蒂对此也有一些质疑。“无人驾驶汽车循规蹈矩、安全性高,因此会被争道抢行的人加塞。”他学着一个被激怒的司机的样子说:“‘这怎么能行!’于是,他们会按下按钮,切换到手动模式。”

在完美运行的车流中,应该禁止人类表达自己的欲望。或许这才是谷歌在其无人驾驶原型车中去掉方向盘的真正原因。

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