我們能否杜絕「塞車幽靈」?

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Image caption (圖片來源:Getty Images)

按照定義來看,交通擁堵是由我們所有人共同造成的。根源可能是交通事故、道路施工,也有可能是剛剛離開比利·喬爾(Billy Joel)演唱會現場的中型SUV車造成擁堵,但如果你也是車流中的一員,那你也是造成交通堵塞的一份子。

不過,對於某些沒有明確原因的交通堵塞而言,卻有一種並不那麼明顯的解決方案。一位掌握了基本的流體動力學知識的司機,可以消除或避免長達數英里的交通堵塞。如果能夠相互合作,並借助一些現代化技術的幫助,司機們也可以利用同樣的方法,通過自己的努力,大幅而持續地減少高速公路上的交通擁堵。事實上,不必非要等到無人駕駛汽車普及,便可實現這一美好願望。

第一部分:交通擁堵背後的驚人事實

在網頁遊戲《Error-Prone》中(如下圖所示),通過按壓和釋放鍵盤上相應的字母,便可控制遊戲中字母的加速狀態。你最多可以跟25個朋友各自控制其中的一個字母。除了擁擠之外,最後的情況肯定會變得無比糟糕,只要速度發生輕微的改變,就會對整個一圈的字母產生連鎖反應。事態隨後會逐步放大,直到虛擬的通勤者擠作一團。你可以自己試試看,只要控制一個字母,最終的結果應該也大抵如此。或者也可以觀看一段視頻,它展示了科學家在現實生活中進行的實驗。

《Error-Prone》是為了證明無人駕駛汽車在道路上的安全性和效率;事實上,當所有車輛都由中央系統控制,以相同的速度在相同的道路上行駛時,就不會發生碰撞事故。這一點顯而易見。

但這款遊戲也驗證了一種名為「塞車幽靈」(phantom traffic jam)的現象,這種現象每天都在發生,很多沒有明顯原因的交通堵塞都是源於這種現象。與很多事情一樣,塞車幽靈也是人性與生俱來的缺陷造成的。有的時候,當你所處的位置堵得水洩不通時,就在你前方幾英里處,一名駕駛員稍稍降低一點車速,而其身後的另外一輛車減速的力度則會稍大一些。這種「減速波」會沿著道路向後傳導,隨著力度越來越強,車速也越來越慢,直到林蔭大道變成露天停車場。日本科學家製作了上面的這段視頻,率先證明了這種「車流波」的存在。(但需要注意的是,這些車流波也可以使用數字模擬的方式來解釋,而且的確有很多工程師和科學家採取了這種方式。)

從數學角度來看,這些「車流波」與爆炸產生的壓力波很相似,而美國國家科學基金會在2009年支持的一個團隊還對其進行了建模,並將其命名為「加密頓」(jamiton)。即便是在那時,人們也認為應該通過技術來解決這種問題,並設想了一種未來場景:「通過電動駕駛助手這種硬件,以一種非常微妙的形式實現更加柔和的加速和減速,從而降低加密頓發生的概率。」這並非純學術性質的探討:加密頓會導致車流走走停停,可能引發事故,也可能導致車速嚴重放緩,偶爾還會引發嚴重傷亡。

現在,我們終於迎來了無人駕駛汽車這個重要節點,希望這項技術能夠幫助我們擺脫交通擁堵。智能街道上行駛的汽車都將安裝傳感器,從而實現汽車的數據互通,也可以幫助汽車與中央網絡展開通訊。有些高級算法還能夠優化交通流量,而汽車則會為彼此留下合適的並線空間,提前預料到速度可能放緩,讓剎車燈永遠不再亮起。在這樣一個光明的未來世界中,汽車就像在生產線上行駛一樣,如同火車一樣首尾相連。

但我們或許無需等待。我們可能已經擁有了這樣的技術,只需要將它們整合起來即可。

第二部分:交通忍者

「1996年,我決定憑借一己之力改變人們對駕駛的態度。」威廉·貝蒂(William Beaty)說,他指的是他創辦trafficwaves.org網站的那一年。那只是這位西雅圖工程師多年以來收集的成千上萬個頁面和鏈接中的「一小部分」,但卻為他贏得了「大思想家」的聲譽。(他在2000年就接受過BBC的採訪。)

「當我在Usenet新聞組上跟人爭論後,便創辦了這家網站。那時互聯網還處於發展初期。」他回憶道,「我直接製作了一個HTML頁面,這樣一來,每當有人要告訴我應該如何開車時,我就不用專門輸入三個段落的文字來回應他們了。」貝蒂在那個頁面上將「塞車幽靈」以及交通事故清除後仍然持續不斷的擁堵比作衝擊波。但該頁面還列出了這種問題的解決方案,因為貝蒂並不想等待技術來拯救我們。

他的邏輯是:如果這些現象真的像衝擊波一樣,那只要除去其傳播的介質,即可消除這些「波」。增加車距可以消除擁堵,讓人們盡早並線也能緩解瓶頸。整體而言,開得慢一點反而能讓司機更快地到達目的地。從本質上講,要落實他的這項理論,只需要鼓勵司機保持穩定的平均速度即可,不要在加速之後又頻頻剎車。他據此製作了模型和視頻,還在自己45分鐘的通勤道路上進行了測試。

除了親身實驗外,他舉了其他一些現實生活中的例子。高速公路巡邏車似乎經常在毫無理由的情況下湧入車流,導致道路上的車速放緩;它們通常是在為了給車流創造一個喘息的機會,以便阻止幾公里之外的事故現場傳遞過來的「堵塞波」。「大約從15年前開始,每逢整個國家同時放假時,比利時和荷蘭都會使用這種開路車——他們把這種方法稱作是『Blokrijden』。」貝蒂說。

貝蒂的方法歸結起來其實就是「溫柔駕駛,切勿搶行」,這種理念也迎合了一些司機的想法。不過,由於GPS導航、負荷增加和自適應巡航控制等因素也必須考慮在內,所以無法判斷這種方法在日常通勤中的實際作用究竟有多大。貝蒂希望駕校教練能夠將他的理論也增加到課程中,但他知道,最大的障礙其實是司機自己,他們總是希望能夠早點到達目的地。

第三部分:今天的科技,明天的希望!

人類是一種非理性動物。事實上,只要憑借經驗便可作出判斷:與堵車時頻頻加速前進再剎車的行為相比,保持車距反而能讓我們自己以及身後的所有人更快到達目的地。但在實際操作過程中,司機們卻不太可能這麼做,尤其是當別人會因此比自己早到2.35秒時。但自適應巡航控制(ACC)技術可能令人們越來越懶。「如果有幾個駕駛員在擁擠的車流中使用ACC,他們的汽車就不會表現出緊追前車的危險駕駛行為。」貝蒂說,「高速公路上只要有10%左右的這種汽車,往往就能消除擁堵。」

但他補充道,「我估計如果駕駛員發現ACC的風格太溫柔,可能就會關閉這項功能。」這可能會適得其反,因為配備ACC功能的汽車往往內飾豪華、動力充沛,開這種車的人通常都不會是無私的人。

不過,另外一種司機卻有可能克服這種爭道搶行的慾望,那就以開車為生的人。從各式貨車、Uber司機到公交車駕駛員,這些人都有足夠的經濟動機來保持交通順暢。如果再加上政府用車,那麼當這些車輛都配備並開啟了ACC後,就很容易超過10%的比例。

第四部分:未來不堵車

人工智能將會幫助我們解決所有問題。但拋開科幻電影不談,人工智能並不意味著自動駕駛——用不太嚴謹的說法來闡述,這只不過能夠開發一些在能力上超過人類的系統而已,通常是借助快速的數據分析和複雜的傳感器來實現的。歸根到底,這都是算法而已。而在這樣的世界中,交通擁堵都是數學問題,可以用高速計算機來解決。

亞利桑那大學新成立的交通研究學院的拉里·海德(Larry Head)博士認為,有兩種技術可以解決交通擁堵。「第一種,也是最近的一種,就是聯網汽車,在歐洲被稱作V2X。」他說,「汽車將會相互傳輸數據(V2V),每秒鐘可以分享10次信息。每一輛汽車都知道周圍有哪些車輛,其感知和反應速度也遠快於人類。這便可以促成合作式自適應巡航等應用方式,從而幫助人類駕駛員大幅提升安全性。」V2V技術即將來臨。美國國家高速公路交通安全管理局已經將這類技術的部署列為重要事項,而凱迪拉克CTS也將在2017年部署這項技術。

「美國目前每年因為車禍死亡的人數達到3.4萬人,聯網汽車則向著減少這一數字邁出了重要一步。」海德說,「我們相信,它的好處將與安全帶類似。」

「另外一項名為速度協調(Speed Harmonization)的技術將會通過動態限速的方式保持車流順暢。」海德說,「還有一項名為隊列警告(Queue Warning)的技術,可以向衝擊波下游的車輛和駕駛員發出警告,使之在必要的時候提高警惕,並加快反應速度。」這項技術可以通過將所有車輛的速度都降至道路平均車速的方法來阻止壓力波的傳播,因此最近已經代替了「低地國家」的Blokrijden,還應用到威廉·貝蒂當初第一次做實驗的那條高速公路上,二者都取得了巨大成功。

「第二種技術則是自動駕駛或無人駕駛汽車。」海德說,「目前,這兩條研究道路相互獨立。我認為,這是因為自動駕駛汽車需要適應所有環境——無論其他汽車是否聯網都要實現無人駕駛。當聯網汽車的滲透率足以令無人駕駛汽車受益時,這兩種技術就有可能實現一定的融合。」

另外,無人駕駛汽車如果能夠實現全面滲透,仍將成為解決交通擁堵和提升交通安全的終極法寶。但貝蒂對此也有一些質疑。「無人駕駛汽車循規蹈矩、安全性高,因此會被爭道搶行的人加塞。」他學著一個被激怒的司機的樣子說:「『這怎麼能行!』於是,他們會按下按鈕,切換到手動模式。」

在完美運行的車流中,應該禁止人類表達自己的慾望。或許這才是谷歌在其無人駕駛原型車中去掉方向盤的真正原因。

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