從日常擁堵看未來智能交通

黃　磊

(安徽四創(chuàng)電子股份有限公司)

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從日常擁堵看未來智能交通

黃磊

(安徽四創(chuàng)電子股份有限公司)

摘要：近年來,隨著社會(huì)的發(fā)展、城市不斷擴(kuò)張、人口的數(shù)量的持續(xù)上漲、生活水平的不斷提高以及汽車價(jià)格的不斷降低，汽車保有量在全世界尤其是中國(guó)出現(xiàn)了爆炸式的增長(zhǎng)。汽車保有量的增長(zhǎng)不可避免的導(dǎo)致了城市內(nèi)部各種交通問題，首當(dāng)其沖的便是交通擁堵問題。

關(guān)鍵詞：道路擁堵；智能交通

1無處不在的擁堵

1.1　神秘的擁堵

想象一下，你在暢通的公路上開著車，突然發(fā)現(xiàn)前方堵了起來，而你只能無奈的踩下剎車，開始一點(diǎn)一點(diǎn)的向前移動(dòng)。你會(huì)發(fā)現(xiàn)有司機(jī)開始下車觀望、抽煙或者接電話。但沒過多久，你就開始慢慢加速，因?yàn)槟闱胺降能囈捕硷w速向前了。你就發(fā)現(xiàn)不堵車了，沒有事故，也沒有警察例行公務(wù)檢查可以車輛，什么都沒有。

究竟發(fā)生了什么事情？看上去什么都沒有發(fā)生為什么會(huì)堵車呢？如果視線良好，當(dāng)你從后視鏡里望去，你后面的那些司機(jī)還被困在那里慢慢往前挪甚至還一動(dòng)未動(dòng)待在原地等待。究竟是什么造成了諸如此類神秘的擁堵呢？

1.2　移動(dòng)的擁堵波

在一條單行道中，若A車突然出現(xiàn)故障停車或減速，他后面的其他車也只能停下來等待A車離開后方能繼續(xù)前進(jìn)。但是若A車只是臨時(shí)停在那里，可能只是因?yàn)樗緳C(jī)接了一個(gè)電話然后無意識(shí)地踩下了剎車，一分鐘后A車又繼續(xù)前進(jìn)了。那么當(dāng)A車的車開走以后，會(huì)發(fā)生什么情況呢？

圖1　車流漸漸在后面“聚集”起來

在上面的(圖1A)中，A車離開了臨時(shí)停留的位置。但此時(shí)并不是所有的車都能往前，因?yàn)榇蠖鄶?shù)車都被困在停止的車后。圖1B顯示的是經(jīng)過T1時(shí)間后的路況，圖1C則是經(jīng)過T2時(shí)間后的路況。注意(圖1A)中的E車，慢慢的他的前方已經(jīng)不堵了，然后它開始繼續(xù)前進(jìn)。與此同時(shí)，圖中X車方向的車輛K、L靠近過來，被淹沒在堵住的車流里。

從圖1A開始看起，車輛依次脫離擁堵。圖1B當(dāng)中，擁堵波已經(jīng)從事故現(xiàn)場(chǎng)移開，在圖1C和圖1D中已經(jīng)離開很遠(yuǎn)了。但有意思的是：雖然車是從左往右開，但“蒸發(fā)波”的運(yùn)動(dòng)方向卻是相反的，它從左向右逐漸擴(kuò)散到車流里面。

還有一點(diǎn)很重要。雖然有些車還停著，但是還有更多的車在一輛一輛地在后面擁堵起來。就是移走了事故車輛的殘骸，還是會(huì)有越來越多的車“聚集”到車流的后面。被堵住的車流就像一條河流，前端在不斷流走，后端卻在不斷聚集而來。觀察靜止不動(dòng)的車輛的這個(gè)整體的話就會(huì)發(fā)現(xiàn)靜止在慢慢往上游挪動(dòng)，與汽車運(yùn)動(dòng)的方向相反。事故沒有了，卻留下了一串運(yùn)動(dòng)的擁堵車流。

1.3　并不是出了事故才出現(xiàn)了擁堵波

這些運(yùn)動(dòng)的擁堵波在交通高峰時(shí)很常見。并不一定要有事故了才會(huì)出現(xiàn)，有時(shí)候只是很小的摩擦——超一下車、在施工現(xiàn)場(chǎng)合并車道，或者只是從匝道上開進(jìn)來一輛車——任何事件都有可能形成這樣的波。你為了看熱鬧而把速度放慢一點(diǎn)，可能制造這樣一個(gè)波。每次你為了從下一個(gè)出口離開高速公路減速并道時(shí)，也會(huì)制造這樣的波。

在事故現(xiàn)場(chǎng)清理以后，“擁堵波”還會(huì)持續(xù)多久？它的生命周期取決于車流量的大小和被困在擁堵里的車輛數(shù)量，但有時(shí)這些東西可以持續(xù)上很多個(gè)小時(shí)。當(dāng)車流量較小的時(shí)候，擁堵可能一會(huì)兒就衰減不見了。但如果車流量一直很大，那么擁堵波根本就不會(huì)消失。

2未來設(shè)想

2.1　綠波

我們知道，在城市的每條主干道都有許許多多大大小小的路口，路口的各個(gè)方向上不斷有車駛?cè)?，在?jīng)過路口處總會(huì)有遇到紅燈的車輛停下來等待綠燈放行。在等待綠燈的這段時(shí)間，信號(hào)燈下就慢慢地積累了一大批車輛。當(dāng)紅燈轉(zhuǎn)為綠燈的時(shí)，車輛便逐個(gè)開動(dòng)起來。理論上只要是亮了綠燈大家都可以通過路口，但是事實(shí)上并非如此。當(dāng)綠燈亮后會(huì)有兩個(gè)結(jié)果，一是所有等待紅燈的車輛都通過了路口駛往各自目的地，二是原來在等待綠燈的車輛只有一部分順利通過了綠燈，其他車輛仍需等待下一個(gè)綠燈相位的到來才能通過。許多車輛只是慢慢向紅綠燈移動(dòng)了一段距離甚至一米也未移動(dòng)，更讓人煩惱的是等待紅燈的車輛可能并未較之前一個(gè)相位等待綠燈的車輛減少。

事實(shí)上，路口的擁堵解決策略很明顯。在車流高峰到達(dá)的時(shí)候，應(yīng)該給它們大開綠燈，讓占車流大部分的車過去；而車流低谷的時(shí)候，正好利用這段時(shí)間讓行人和另外方向的車穿過十字路口。這樣創(chuàng)造出來的效果，就是所謂的“綠波”，因?yàn)槊恳粋€(gè)車流高峰都會(huì)遇到綠燈，一路暢通。同時(shí)，這種“綠波”的設(shè)置，還有助于控制車速。開得太快的車，會(huì)先于車流高峰到達(dá)信號(hào)燈，這時(shí)遇到紅燈的它就只能停下，等待高峰到了再一起走，無形中減慢了速度。開得太慢的車，會(huì)落后于車流高峰到達(dá)信號(hào)燈，這時(shí)它也會(huì)遇到紅燈，只能等著跟下一波高峰一起走。

2.2　無人駕駛

我們將車輛想象成液體中的分子，那么車輛在公路上的運(yùn)動(dòng)，與液體在管道中的運(yùn)動(dòng)有著相似之處。不過，車流和水流也有不一樣的地方。兩股水流交叉時(shí)會(huì)互相穿行，好像另一道水流從未存在那樣；但當(dāng)兩股車流交叉時(shí)，我們就必須設(shè)置紅綠燈避免交通事故。相對(duì)于水流而言，車流的性質(zhì)更像是粘性非常大的蜂蜜。這種特性使道路堵塞更容易發(fā)生。

僅僅因?yàn)槿说姆磻?yīng)需要時(shí)間，就會(huì)導(dǎo)致原本不應(yīng)該出現(xiàn)的堵塞。為了解決這個(gè)問題，最明顯的方法就是用計(jì)算機(jī)去自動(dòng)控制車速。計(jì)算機(jī)的反應(yīng)時(shí)間比人快得多，如果它能夠根據(jù)周圍車輛的速度適當(dāng)調(diào)節(jié)車速的話，就相當(dāng)于減少了車流的“粘性”，從而使交通更順暢。這正是目前無數(shù)IT公司爭(zhēng)相發(fā)展的方向：無人駕駛汽車。無人駕駛汽車從根本上改變了傳統(tǒng)的“人—車—路”閉環(huán)控制方式，將不可控的駕駛員從該閉環(huán)系統(tǒng)中請(qǐng)出去，從而大大提高了交通系統(tǒng)的效率和安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]交通運(yùn)輸部道路運(yùn)輸司.城市交通擁堵治理實(shí)踐[M].人民交通出版社，2013.

[2]胡啟洲,葉茂,鄧衛(wèi).城市路網(wǎng)交通擁堵態(tài)勢(shì)監(jiān)控的理論與方法[M].科學(xué)出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介：黃磊，男，工程師，研究方向：公路工程。

收稿日期：2015-08-05

中圖分類號(hào)：U489

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2015)08-0181-01