自動(dòng)駕駛和智能交通將有效解決堵車與車輛碰撞問題

目前造成堵車的原因無非有兩個(gè)：①交通信號(hào)燈；②受司機(jī)自身的情緒、疲勞等生物因素影響的交通流波動(dòng)造成的堵車。造成車輛碰撞的最大原因是人的生物因素。而基于車路協(xié)同與自動(dòng)駕駛的自組織協(xié)同駕駛將有效解決堵車與車輛碰撞問題。

堵車和碰撞是怎樣造成的？

造成堵車的原因

造成堵車的原因有很多，除去路面施工或一些突發(fā)及特殊狀況，大致有以下幾個(gè)原因：

1. 紅綠燈是造成交通擁擠的主要原因。等待紅燈排隊(duì)的每一輛車有都有各自加速的過程，因?yàn)榧铀俨煌瑫r(shí)，所以車與車之間就存在間隔。因此降低了所有車通過紅綠燈的效率。

在等紅燈的時(shí)候司機(jī)常常因?yàn)橥?a target="_blank">手機(jī)，而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)紅燈轉(zhuǎn)為綠燈，當(dāng)后面的車龍喇叭狂響才能回過神來。這種“手機(jī)依賴癥”可以加長堵車時(shí)間 。

2. 交通事故容易造成交通堵塞。在車流量較大的公路或高速路上，很多司機(jī)都著急趕路，經(jīng)常突然變道或者超車，在這個(gè)過程中由于車速過快，司機(jī)反映不及時(shí)，很容易造成車輛碰撞，從而停在公路或高速上造成擁堵，小編五一回來一共兩百來公里的高速上，竟然發(fā)生了5起交通事故，經(jīng)過小編的觀察，很多司機(jī)著急往回趕路經(jīng)常變道或超車，還有的司機(jī)經(jīng)常走緊急車道，小編心里無數(shù)個(gè)“草泥馬”奔騰而過，往回趕誰都急，就nm最急。后果就是導(dǎo)致車輛碰撞，造成擁堵，反而延長了回家時(shí)間，小編心想，如果大家都遵守規(guī)則，統(tǒng)一車速，不變道、不超車肯定會(huì)走的更快。嚴(yán)格意義上來講，其實(shí)交通事故的發(fā)生可以歸咎于交通流的波動(dòng)，而交通流的波動(dòng)本質(zhì)上是由于人類自身的情緒、疲勞等生物因素造成。

3.交通流波動(dòng)很容易造成堵車。我們?cè)诟咚偕闲旭偟臅r(shí)候經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在沒有任何施工、交通事故等情況下也會(huì)經(jīng)常堵車，這又是怎么一回事呢？

車輛形成的車流叫交通流，在一個(gè)連續(xù)交通流系統(tǒng)中，本來是一個(gè)小的擾動(dòng)，就像道路上有個(gè)小坎兒，或司機(jī)開了一下小差然后輕觸剎車，就很容易造成擁堵。如果在高速公路上有足夠多的車輛，任何輕微的交通流量中斷，都會(huì)導(dǎo)致循環(huán)、放大式的連鎖反應(yīng)：一輛車輕輕地稍微剎了一下車，跟在后面的一輛車就會(huì)剎車得更重一點(diǎn)以免撞上前面那輛車，最后剎車量被逐級(jí)增大，直到產(chǎn)生交通流的波動(dòng)、車流變慢甚至停止。

一輛車輕輕剎車，后面的車就會(huì)加重一點(diǎn)踩剎車

即使車輛駛出了這種交通流波動(dòng)影響區(qū)，這類波動(dòng)本身并沒有消失：而是逐漸向后推移，即向車輛行駛的反方向移動(dòng)。“這種交通流波動(dòng)一般長達(dá)100到1000米，通常始于車流密度的突然增加和速度的同時(shí)下降。”有研究人員表示，“波動(dòng)過去之后，車流又會(huì)慢慢變快?！?/p>

研究人員使用計(jì)算機(jī)算法模擬駕駛行為，提出了波動(dòng)現(xiàn)象的概念，即所謂“堵車波”（jamiton），因?yàn)樗麄冾愃朴谖锢聿ㄖ兴^的“孤波”（soliton）。光學(xué)中單一光波束稱為孤波。它的波長較短，理論上傳輸穩(wěn)定，不失真，被實(shí)驗(yàn)于光纖通信領(lǐng)域。

另一組研究人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)也得出了同樣的結(jié)論。在其中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，他們讓22個(gè)司機(jī)以相同的速度（27公里每小時(shí)），并保持相同車輛間距，在一個(gè)小形環(huán)路上行駛。不可避免地，交通流波動(dòng)形成了。（點(diǎn)擊視頻可觀看實(shí)驗(yàn)過程）

從某種意義上說，將這種交通流波動(dòng)造成的堵車歸咎于個(gè)人司機(jī)似乎是合理的。模型表明，這些堵塞很可能是這么形成的：人們想盡可能快地行駛，最后為避免與前方車輛相撞就不得不制動(dòng)，從而引發(fā)了一系列連鎖反應(yīng)。

有研究者表示，如果人們估計(jì)到前面的車流密度變大，早點(diǎn)把腳從油門上移開，在車前多留些空間——而不是等到最后必須去剎車——這就可以防止這種交通堵塞的發(fā)生。而在麻省理工學(xué)院研究同一課題的一位計(jì)算機(jī)科學(xué)家——BertholdHorn說，考慮這個(gè)問題的另一個(gè)思路是，盡量保持在你前面和你后面的車的中間位置行駛。這能使你避免突然剎車。

研究者還提到，我們通常傾向于認(rèn)為這必須是由單獨(dú)的某個(gè)司機(jī)引起，但模型顯示，即使所有的司機(jī)按相同的規(guī)則行駛，沒有人做錯(cuò)什么，還是會(huì)出現(xiàn)這些波動(dòng)。這些堵車，從本質(zhì)上說，只要有足夠的人在高速公路上開車，就會(huì)發(fā)生。所以，消除它們唯一的辦法可能是將方向盤交給“非人類司機(jī)”。

造成車輛碰撞的原因

數(shù)據(jù)顯示，道路交通事故中，由于駕駛員原因造成的交通事故所占比例很大。1988~1992年全國道路交通死亡事故情況分析表顯示，由于駕駛員的過錯(cuò)造成死亡人數(shù)約占全部死亡人數(shù)的60%以上，加上無證駕駛的約達(dá)到70%。從造成事故的違章行為作用來看，由大到小排列是：超速行駛、違章操作、違章超車、逆道行駛、違章裝載、酒后駕車。這些違章行為反映了駕駛員法制觀念淡薄，沒有嚴(yán)格遵守交通法規(guī)。駕駛員駕駛不當(dāng)而發(fā)生的碰撞的原因有：

1．觀察不周，即在視野良好的情況下，對(duì)本應(yīng)該發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)情況置之不理或者反映遲鈍。

2．措施不當(dāng)，雖然及時(shí)發(fā)現(xiàn)了危險(xiǎn)，并采取了避讓措施，但因判斷失誤、猶豫、緊張等等采取了錯(cuò)誤的避讓措施，或者沒有采取避讓措施。

3．疲勞駕駛，疲勞駕駛也是導(dǎo)致事故發(fā)生的一個(gè)重要因素，特別是對(duì)于在凌晨、午飯過后在高速公路上行駛的車輛，因疲勞駕駛導(dǎo)致發(fā)生交通事故的情況屢見不鮮。

4．酒駕或毒駕。

堵車和碰撞是車輛爭(zhēng)奪交通路權(quán)的產(chǎn)物

要找到堵車和碰撞發(fā)生的本質(zhì)，更高層面要追溯到交通的本質(zhì)以及現(xiàn)代地面交通控制。其實(shí)地面交通控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了100多年了，很多研究者將1914 年出現(xiàn)在美國俄亥俄州克利夫蘭市的電氣交通信號(hào)燈作為地面交通控制系統(tǒng)的真正發(fā)軔。

然而在日益增長的交通出行需求壓力下，堵車、碰撞等情況經(jīng)常發(fā)生，現(xiàn)有的交通控制方法已經(jīng)逐漸達(dá)到性能天花板。今后的地面交通控制應(yīng)該如何發(fā)展是擺在所有研究者面前的重要問題。

交通本質(zhì)是人或物在時(shí)空上的轉(zhuǎn)移。地面交通控制的核心一直是如何使用各種方法在時(shí)空上對(duì)道路通行權(quán)進(jìn)行合理高效的分配和提示，解決人們通過交通沖突區(qū)域時(shí)可能發(fā)生的車輛沖突問題，這里的車輛沖突問題一般指的就是堵車與車輛碰撞。

所謂道路通行權(quán)(簡(jiǎn)稱路權(quán))，可理解為對(duì)特定時(shí)空范圍道路資源的優(yōu)先占有權(quán)和使用權(quán)。

地面駕駛需要保證在特定的時(shí)間和空間內(nèi)，最多只有一輛車存在。換句話說， 如果我們按照時(shí)間和空間兩個(gè)維度，以最小時(shí)間和最小空間為分割單位，將道路資源劃分為時(shí)空網(wǎng)格，那么，每個(gè)格子最多只能被一輛車占用。如果違反了這一法則，碰撞就會(huì)發(fā)生。而堵車也是因?yàn)槠囅胍獱?zhēng)奪路權(quán)而造成的擁堵現(xiàn)象。

經(jīng)過100多年的發(fā)展，公路交通系統(tǒng)大致經(jīng)歷了無控制時(shí)期、交通標(biāo)志標(biāo)線控制時(shí)期、交通信號(hào)燈控制時(shí)期、智能交通控制時(shí)期，未來將會(huì)逐步進(jìn)入自組織協(xié)同駕駛時(shí)期。

無控制時(shí)期：最人們最初在遇到路權(quán)紛爭(zhēng)時(shí)，往往遵從“先到先行，互相禮讓”的基本原則。雙方駕駛員根據(jù)各自目視的結(jié)果，決定由誰優(yōu)先通過沖突區(qū)域，并按照默契各自駕駛。實(shí)際上，這也是從步行、騎馬和駕駛馬車時(shí)代起就遵循的基本路權(quán)決定方式。

交通標(biāo)志標(biāo)線控制時(shí)期：道路交通標(biāo)志通常是一些圖形符號(hào)和文字信息；道路交通標(biāo)線是由路面標(biāo)線、箭頭、文字、立面標(biāo)志、突出路邊、道路輪廓線等組成。標(biāo)志標(biāo)線在道路中明確標(biāo)識(shí)了道路使用權(quán)中的通行權(quán)、先行權(quán)、占用權(quán)等。特別是車道線的引入，大大簡(jiǎn)化了車道路權(quán)的分配方式，減少了車輛行駛沖突發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。然而，交通標(biāo)志標(biāo)線對(duì)交通沖突點(diǎn)(交叉路口和出入口匝道)區(qū)域中不同方向車輛的路權(quán)很難起到有序和安全的控制引導(dǎo)。因此，交通信號(hào)控制成為地面交通控制的研究重點(diǎn)。

交通信號(hào)燈控制時(shí)期：這個(gè)時(shí)期引入了交通信號(hào)燈，它的引入一方面改善了交叉口通行秩序，另一方面降低了駕駛員信息負(fù)荷，從而減輕駕駛負(fù)擔(dān)。人們只需按照統(tǒng)一的紅綠燈規(guī)則，和前車保持距離行進(jìn)，無需花費(fèi)時(shí)間和精力和其他方向的司機(jī)進(jìn)行溝通，大大降低了道路交叉口的事故率。

智能交通控制時(shí)期：隨著智能交通系統(tǒng)概念的深入和普及，城市交通控制轉(zhuǎn)向信息化和智能化的方向。交通信號(hào)控制開始采用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制。

全球每年的堵車情況時(shí)常發(fā)生，交通事故率依然高居不下。交通效率和安全問題始終困擾著交通管理者和出行者。其重要原因之一在于標(biāo)志標(biāo)線和交通信號(hào)控制仍然存在相當(dāng)?shù)木窒扌浴?/p>

自組織協(xié)同駕駛可有效解決堵車與碰撞

自組織協(xié)同駕駛指的是自動(dòng)駕駛與車路協(xié)同的結(jié)合，自組織協(xié)同駕駛的核心在于決定車輛通過路口的時(shí)間順序以及可以實(shí)現(xiàn)車輛同速行駛，這樣一來，堵車和碰撞問題可以迎刃而解。

車路協(xié)同是指車-車之間、車-路之間的信息交互和協(xié)同控制，使得每一輛車都可以實(shí)時(shí)感知到周邊車輛的運(yùn)動(dòng)信息、交叉路口信號(hào)燈狀態(tài)以及道路環(huán)境信息；同時(shí)，車輛自身信息也能夠通過通信手段傳遞給周邊車輛和路側(cè)設(shè)備。這將使車輛更加合理和準(zhǔn)確地決定路權(quán)。

首先，全時(shí)空感知的信息獲取使得我們減少乃至避免了誤判某一特定時(shí)空區(qū)域發(fā)生碰撞的可能。路權(quán)分配的粒度大大細(xì)化，路權(quán)分配將覆蓋整個(gè)道路時(shí)空，解決任意時(shí)間和空間的路權(quán)分配問題。

其次，交通控制系統(tǒng)可以借助車路協(xié)同實(shí)時(shí)獲取車輛的位置，運(yùn)行速度等信息，進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)算信號(hào)燈的配時(shí)。

再者，我們可以在沒有信號(hào)燈的地方，將路權(quán)歸屬信息迅速傳達(dá)給交通參與者。車路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展使得人、車、路等交通要素之間形成一張巨大的網(wǎng)絡(luò)，信息感知、信息交互和信息共享無處不在。路權(quán)的提示將變得更加直觀易解，人類駕駛員的負(fù)擔(dān)將大幅度降低。

基于每輛車實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息的自組織協(xié)同駕駛，可實(shí)現(xiàn)路權(quán)分配的“協(xié)同利用”。對(duì)于路口交通控制而言，我們的決策變量變?yōu)槊總€(gè)通過路口車輛的運(yùn)動(dòng)時(shí)空軌跡。基于這些時(shí)空軌跡，我們可以方便地定義控制目標(biāo)函數(shù)為全體車輛的通過時(shí)間最少， 或者平均通行時(shí)間更短等。而車輛之間的避撞要求也可以直接從時(shí)空軌跡的相對(duì)位置上設(shè)置。 仿真表明，協(xié)同駕駛在交通壓力不至于導(dǎo)致路口過飽和的情況下，能夠顯著提高路口的通行能力。

上文指出：

目前造成堵車的原因無非有兩個(gè)：①交通信號(hào)燈造成的堵車；②受司機(jī)自身的情緒、疲勞等生物因素影響的交通流波動(dòng)造成的堵車。

造成車輛碰撞的最大原因是人的生物因素。

自動(dòng)駕駛可以緩解交通流波動(dòng)造成的堵車

有研究人員通過電腦模擬，展示了自動(dòng)駕駛汽車是如何避免交通流波動(dòng)造成的堵車現(xiàn)象：即使車流中有很少的自動(dòng)駕駛汽車，也能通過調(diào)節(jié)自身的行駛速度，來避免整個(gè)車流陷入擁堵。

只要有 2% 的自動(dòng)駕駛汽車，就能減少 50% 的走走停停的情況。

自動(dòng)駕駛汽車加速和減速都是經(jīng)過一系列計(jì)算來決定，能夠比人類更強(qiáng)的感知路況的變化，所預(yù)留的車間距更大。自動(dòng)駕駛汽車在車流比較密的時(shí)候，會(huì)保留一定的車距，減少突然剎車的次數(shù)，從而減少對(duì)后方車輛的影響。

研究人員稱，一個(gè)更具創(chuàng)造性的想法是可變限速（Variable Speed Limits），這一技術(shù)已經(jīng)在美國一些地方采用（但主要是用來根據(jù)天氣條件改變限速值）。使用LED標(biāo)志，可下調(diào)發(fā)生“交通流波動(dòng)造成的堵車”區(qū)域的限速值，使車輛逐步慢下來，而不是突然減速。在某些情況下，這種方法可能會(huì)打破交通流波動(dòng)。

綜上所述，簡(jiǎn)單來講，智能交通下的車路協(xié)同可以很好的解決交通信號(hào)燈的問題；而自動(dòng)駕駛可以解決人的生物因素造成的交通流波動(dòng)問題和車輛碰撞問題。因此基于車路協(xié)同與自動(dòng)駕駛的自組織協(xié)同駕駛將有效解決堵車與車輛碰撞問題。