从日常拥堵看未来智能交通

黄　磊

(安徽四创电子股份有限公司)



从日常拥堵看未来智能交通

黄磊

(安徽四创电子股份有限公司)

摘要：近年来,随着社会的发展、城市不断扩张、人口的数量的持续上涨、生活水平的不断提高以及汽车价格的不断降低，汽车保有量在全世界尤其是中国出现了爆炸式的增长。汽车保有量的增长不可避免的导致了城市内部各种交通问题，首当其冲的便是交通拥堵问题。

关键词：道路拥堵；智能交通

1无处不在的拥堵

1.1　神秘的拥堵

想象一下，你在畅通的公路上开着车，突然发现前方堵了起来，而你只能无奈的踩下刹车，开始一点一点的向前移动。你会发现有司机开始下车观望、抽烟或者接电话。但没过多久，你就开始慢慢加速，因为你前方的车也都飞速向前了。你就发现不堵车了，没有事故，也没有警察例行公务检查可以车辆，什么都没有。

究竟发生了什么事情？看上去什么都没有发生为什么会堵车呢？如果视线良好，当你从后视镜里望去，你后面的那些司机还被困在那里慢慢往前挪甚至还一动未动待在原地等待。究竟是什么造成了诸如此类神秘的拥堵呢？

1.2　移动的拥堵波

在一条单行道中，若A车突然出现故障停车或减速，他后面的其他车也只能停下来等待A车离开后方能继续前进。但是若A车只是临时停在那里，可能只是因为司机接了一个电话然后无意识地踩下了刹车，一分钟后A车又继续前进了。那么当A车的车开走以后，会发生什么情况呢？

图1　车流渐渐在后面“聚集”起来

在上面的(图1A)中，A车离开了临时停留的位置。但此时并不是所有的车都能往前，因为大多数车都被困在停止的车后。图1B显示的是经过T1时间后的路况，图1C则是经过T2时间后的路况。注意(图1A)中的E车，慢慢的他的前方已经不堵了，然后它开始继续前进。与此同时，图中X车方向的车辆K、L靠近过来，被淹没在堵住的车流里。

从图1A开始看起，车辆依次脱离拥堵。图1B当中，拥堵波已经从事故现场移开，在图1C和图1D中已经离开很远了。但有意思的是：虽然车是从左往右开，但“蒸发波”的运动方向却是相反的，它从左向右逐渐扩散到车流里面。

还有一点很重要。虽然有些车还停着，但是还有更多的车在一辆一辆地在后面拥堵起来。就是移走了事故车辆的残骸，还是会有越来越多的车“聚集”到车流的后面。被堵住的车流就像一条河流，前端在不断流走，后端却在不断聚集而来。观察静止不动的车辆的这个整体的话就会发现静止在慢慢往上游挪动，与汽车运动的方向相反。事故没有了，却留下了一串运动的拥堵车流。

1.3　并不是出了事故才出现了拥堵波

这些运动的拥堵波在交通高峰时很常见。并不一定要有事故了才会出现，有时候只是很小的摩擦——超一下车、在施工现场合并车道，或者只是从匝道上开进来一辆车——任何事件都有可能形成这样的波。你为了看热闹而把速度放慢一点，可能制造这样一个波。每次你为了从下一个出口离开高速公路减速并道时，也会制造这样的波。

在事故现场清理以后，“拥堵波”还会持续多久？它的生命周期取决于车流量的大小和被困在拥堵里的车辆数量，但有时这些东西可以持续上很多个小时。当车流量较小的时候，拥堵可能一会儿就衰减不见了。但如果车流量一直很大，那么拥堵波根本就不会消失。

2未来设想

2.1　绿波

我们知道，在城市的每条主干道都有许许多多大大小小的路口，路口的各个方向上不断有车驶入，在经过路口处总会有遇到红灯的车辆停下来等待绿灯放行。在等待绿灯的这段时间，信号灯下就慢慢地积累了一大批车辆。当红灯转为绿灯的时，车辆便逐个开动起来。理论上只要是亮了绿灯大家都可以通过路口，但是事实上并非如此。当绿灯亮后会有两个结果，一是所有等待红灯的车辆都通过了路口驶往各自目的地，二是原来在等待绿灯的车辆只有一部分顺利通过了绿灯，其他车辆仍需等待下一个绿灯相位的到来才能通过。许多车辆只是慢慢向红绿灯移动了一段距离甚至一米也未移动，更让人烦恼的是等待红灯的车辆可能并未较之前一个相位等待绿灯的车辆减少。

事实上，路口的拥堵解决策略很明显。在车流高峰到达的时候，应该给它们大开绿灯，让占车流大部分的车过去；而车流低谷的时候，正好利用这段时间让行人和另外方向的车穿过十字路口。这样创造出来的效果，就是所谓的“绿波”，因为每一个车流高峰都会遇到绿灯，一路畅通。同时，这种“绿波”的设置，还有助于控制车速。开得太快的车，会先于车流高峰到达信号灯，这时遇到红灯的它就只能停下，等待高峰到了再一起走，无形中减慢了速度。开得太慢的车，会落后于车流高峰到达信号灯，这时它也会遇到红灯，只能等着跟下一波高峰一起走。

2.2　无人驾驶

我们将车辆想象成液体中的分子，那么车辆在公路上的运动，与液体在管道中的运动有着相似之处。不过，车流和水流也有不一样的地方。两股水流交叉时会互相穿行，好像另一道水流从未存在那样；但当两股车流交叉时，我们就必须设置红绿灯避免交通事故。相对于水流而言，车流的性质更像是粘性非常大的蜂蜜。这种特性使道路堵塞更容易发生。

仅仅因为人的反应需要时间，就会导致原本不应该出现的堵塞。为了解决这个问题，最明显的方法就是用计算机去自动控制车速。计算机的反应时间比人快得多，如果它能够根据周围车辆的速度适当调节车速的话，就相当于减少了车流的“粘性”，从而使交通更顺畅。这正是目前无数IT公司争相发展的方向：无人驾驶汽车。无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人—车—路”闭环控制方式，将不可控的驾驶员从该闭环系统中请出去，从而大大提高了交通系统的效率和安全性。

参考文献：

[1]交通运输部道路运输司.城市交通拥堵治理实践[M].人民交通出版社，2013.

[2]胡启洲,叶茂,邓卫.城市路网交通拥堵态势监控的理论与方法[M].科学出版社，2013.

作者简介：黄磊，男，工程师，研究方向：公路工程。

收稿日期：2015-08-05

中图分类号：U489

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2015)08-0181-01