◎本刊主筆 劉國(guó)偉

當(dāng)你開(kāi)車(chē)或者乘車(chē)，總有一種等待讓你焦灼難耐。對(duì)，你遇到堵車(chē)了，時(shí)光在流失，汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)里被白白燃燒，污染物被排入大氣……“紅燈停，綠燈行”，這是我們小時(shí)候就熟知的。道路信號(hào)燈系統(tǒng)——俗稱(chēng)紅綠燈的投入使用雖然只有100多年，但科學(xué)家和管理者為它功能的完善和智能化一直在進(jìn)行不懈探索。

堵車(chē)造成的經(jīng)濟(jì)損失有多大？2005年，美國(guó)得克薩斯農(nóng)工大學(xué)的一篇文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)稱(chēng)，僅僅在美國(guó)每年的損失就高達(dá)631億美元，其中包括37億小時(shí)的時(shí)間損失和被浪費(fèi)的87億升燃料。隨著全球汽車(chē)數(shù)量的激增，全球范圍內(nèi)堵車(chē)造成的損失更是不可計(jì)數(shù)。

為了避免堵車(chē)，人類(lèi)探索賦予紅綠燈更多的“智慧”，讓它去“思考”讓交通更順暢的方法。

紅綠燈：從燒煤氣到用電

紅綠燈究竟誕生于何時(shí)何地呢？

業(yè)界公認(rèn)的第一盞紅綠燈，是英國(guó)人在1868年12月9日開(kāi)始啟用的，地點(diǎn)是英國(guó)議會(huì)大廈附近的大橋街、國(guó)會(huì)街和大喬治街三條馬路交匯處，三位鐵路系統(tǒng)的工程師設(shè)計(jì)了這盞燈。燈光有紅綠兩色，使用煤氣燈做光源。遺憾的是，第一盞紅綠燈用了不到一個(gè)月就退出了歷史舞臺(tái)，因?yàn)槊簹獗ㄊ鹿试斐闪瞬僮骷t綠燈的警察受傷（一種說(shuō)法是殉職）。

紅綠燈再次出現(xiàn)時(shí)已經(jīng)是20世紀(jì)，電力時(shí)代來(lái)臨了。

1912年，以電力做能源的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)猶他州鹽湖城。兩年后美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭市的紅綠燈更進(jìn)一籌，在燈光變換時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音提供警告。1920年是雙色紅綠燈變成三色燈的元年，美國(guó)底特律市的警官威廉·波茨設(shè)計(jì)了三色燈。俄亥俄州阿什維爾市一個(gè)路口的紅綠燈，從1932年服役到1982年，后來(lái)被拆下來(lái)直接搬進(jìn)了博物館，可謂全美最老資格的紅綠燈。

當(dāng)全美各地紛紛裝上了紅綠燈的時(shí)候，英國(guó)等到1926年才在皮卡迪利廣場(chǎng)首次裝上電力紅綠燈。之后，紅綠燈的外觀就鮮有重大變化了。大家熟悉的人行橫道上的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器（有時(shí)候是動(dòng)態(tài)小人），是上世紀(jì)90年代才問(wèn)世的，因?yàn)轱@示直觀、使用貼心，使用得較為廣泛。

智能系統(tǒng)能“無(wú)為而治”？

隨著人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，紅綠燈又被賦予了“智慧”。

2008年，德國(guó)德累斯頓理工大學(xué)的斯蒂芬·萊默和瑞士聯(lián)邦工學(xué)院的德克·赫爾冰通過(guò)研究，認(rèn)為人類(lèi)對(duì)于規(guī)則和控制太過(guò)于偏好了，如果我們放手“無(wú)為而治”，讓智能系統(tǒng)自己找解決方法，情況會(huì)好很多。

兩人在實(shí)驗(yàn)和研究中發(fā)現(xiàn)，以往必須給交通系統(tǒng)建立一個(gè)控制中心來(lái)支配紅綠燈的做法，使交通信號(hào)燈只能聽(tīng)命于控制中心，不能自適應(yīng)路口的情況變化；若給紅綠燈制定簡(jiǎn)單規(guī)則后使其自己行動(dòng)起來(lái)，每盞燈都能采取策略去適應(yīng)下一刻的交通狀況不是更好嗎？?jī)扇私?jīng)過(guò)優(yōu)化，讓系統(tǒng)中鄰近的紅綠燈彼此共享信息，使其他紅綠燈也能夠?qū)δ硞€(gè)燈附近的情況做出反應(yīng)，從而避免大規(guī)模堵車(chē)。

早期紅綠燈組圖來(lái)源：汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)

1868年倫敦第一盞紅綠燈結(jié)構(gòu)圖，它比第一輛汽車(chē)還早了18年。來(lái)源：汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)(thecartech.com)

兩人在模擬運(yùn)行系統(tǒng)后，司機(jī)無(wú)法預(yù)測(cè)綠燈持續(xù)時(shí)間，可是整個(gè)道路系統(tǒng)的總行車(chē)時(shí)間大幅下降。而且以往傳統(tǒng)交通中出現(xiàn)的荒誕場(chǎng)景，例如半夜車(chē)輛在空曠路上被路口紅燈叫停的情況不會(huì)出現(xiàn)了。兩人研究成果中的亮點(diǎn)，即“建立能夠自己解決問(wèn)題的系統(tǒng)”，正逐漸被越來(lái)越多的城市規(guī)劃人員所重視，其后在德累斯頓公路上開(kāi)展的初步試驗(yàn)令人振奮，當(dāng)?shù)氐囊患医煌ú块T(mén)已與兩人開(kāi)始合作。

100年前的紅綠燈外形十分“樸實(shí)無(wú)華”。這是1915年美國(guó)俄亥俄州波特蘭市的紅綠燈。來(lái)源：波特蘭在線網(wǎng)(portlandonline.com)

讓紅綠燈“鄰里對(duì)話”

2013年，在加拿大多倫多大學(xué)攻讀工程學(xué)研究生的薩瑪·艾爾·坦塔維和導(dǎo)師巴赫爾·阿卜杜亥教授合作，運(yùn)用博弈論和人工智能設(shè)計(jì)了匹配實(shí)時(shí)交通模型的更智能的紅綠燈系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特色是實(shí)時(shí)無(wú)延遲，避免了因?yàn)楣芾碇行谋罎⒁l(fā)的全系統(tǒng)混亂。系統(tǒng)甚至允許紅綠燈彼此之間“對(duì)話”，即每個(gè)路口都和臨近路口“合作”，在特定地域內(nèi)優(yōu)化車(chē)流，進(jìn)而形成全網(wǎng)范圍內(nèi)的相互協(xié)調(diào)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，坦塔維設(shè)計(jì)的紅綠燈系統(tǒng)在每一個(gè)路口的安裝，需要投入2萬(wàn)至4萬(wàn)美元。這套系統(tǒng)已經(jīng)引起了交通信號(hào)控制產(chǎn)業(yè)的興趣，還贏得了兩項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)。

“可擴(kuò)展城市交通控制（SURTRAC）”系統(tǒng)是美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)“交通2 1（Traffic21）”研究計(jì)劃的一部分。2012年6月起，項(xiàng)目首席研究員斯蒂芬·史密斯帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在美國(guó)匹茲堡市安裝SURTRAC試點(diǎn)。但由于使用閉路電視監(jiān)控交通，遭到了所謂“侵犯走動(dòng)隱私權(quán)”的批評(píng)。

能“自主思考”的紅綠燈誕生

在世界很多地區(qū)，傳統(tǒng)信號(hào)燈的變色模式可能幾年才修訂一次，但是美國(guó)猶他州的紅綠燈只需30秒就能完成調(diào)整。這是拜2002年鹽湖城冬奧會(huì)所賜，猶他州對(duì)本州的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了大量的投資和提升，將猶他州的信號(hào)燈通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。猶他州交通運(yùn)輸部門(mén)從1000多個(gè)相機(jī)和馬路下埋置的線圈中收集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全州50%（也有文獻(xiàn)說(shuō)80%）交通燈的智能控制，最終實(shí)現(xiàn)交通的優(yōu)化。該州交通運(yùn)輸部工程師馬克·泰勒估計(jì)，在紅綠燈系統(tǒng)上的投入至少能帶來(lái)40倍的產(chǎn)出。

即使財(cái)力如美國(guó)般雄厚，也不是每個(gè)城市都有能力對(duì)信號(hào)燈系統(tǒng)進(jìn)行大改造。匹茲堡市的智能紅綠燈技術(shù)從研究到應(yīng)用走在美國(guó)的前列，與當(dāng)?shù)刂目突仿〈髮W(xué)提供的技術(shù)支持密不可分?？突仿〈髮W(xué)的斯蒂芬·史密斯團(tuán)隊(duì)，使用埋置在道路下的感應(yīng)線圈，與車(chē)輛位置、速度和方向等信息相協(xié)調(diào)，實(shí)時(shí)靈活變化紅綠燈，避免可能發(fā)生的擁堵。這套系統(tǒng)結(jié)合了現(xiàn)有技術(shù)和人工智能，號(hào)稱(chēng)開(kāi)創(chuàng)了能夠“自主思考”的紅綠燈。

也許過(guò)不了多久，公路上的紅綠燈就像一個(gè)個(gè)智慧的大腦，能互相溝通快速協(xié)調(diào)，讓道路和汽車(chē)達(dá)到最大限度的暢通與和諧。

卡耐基梅隆大學(xué)的這個(gè)研究項(xiàng)目名為“交通21（Traffic21） ” ，系統(tǒng)中的光纖視頻接收器允許控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控和改變信號(hào)燈顏色，應(yīng)對(duì)交通情況的變化，所謂“自主思考”就是這個(gè)意思。

2012年6月起，斯蒂芬·史密斯及其他師生開(kāi)始了系統(tǒng)試運(yùn)行，他們將智能紅綠燈系統(tǒng)安裝在匹茲堡東自由區(qū)的9個(gè)交叉路口，取得了預(yù)期效果。結(jié)果顯示，路線上的行車(chē)時(shí)間減少26%，汽車(chē)空轉(zhuǎn)時(shí)間減少41%，沿途停車(chē)時(shí)間減少31%，尾氣排放量減少21%。

2012年6月起，斯蒂芬·史密斯及其他師生將智能紅綠燈系統(tǒng)安裝在匹茲堡東自由區(qū)的9個(gè)交叉路口，取得了預(yù)期效果。結(jié)果顯示，路線上的行車(chē)時(shí)間減少26%，汽車(chē)空轉(zhuǎn)時(shí)間減少41%，沿途停車(chē)時(shí)間減少31%，尾氣排放量減少21%。

捕捉司機(jī)手機(jī)信號(hào)調(diào)整交通

如果能將當(dāng)下廣為普及的智能手機(jī)的性能開(kāi)發(fā)出來(lái)，作為汽車(chē)的一個(gè)信號(hào)源與控制紅綠燈的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連接，可以為后者提供重要的車(chē)流數(shù)據(jù)，這對(duì)于優(yōu)化紅綠燈效果很有用處。美國(guó)得克薩斯州哈里斯縣控制紅綠燈的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就做到了這一點(diǎn)，該系統(tǒng)基于司機(jī)手機(jī)發(fā)出的信號(hào)對(duì)車(chē)輛信息進(jìn)行收集，即使在少量司機(jī)手機(jī)開(kāi)通的情況下，系統(tǒng)也可以通過(guò)紅綠燈的變換針對(duì)交通密度進(jìn)行調(diào)整。

美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員研究的車(chē)對(duì)車(chē)平臺(tái)系統(tǒng)“卡特爾（CarTel）”，就是使用手機(jī)提供的數(shù)據(jù)，對(duì)行車(chē)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，取得較準(zhǔn)確的結(jié)果。為了從公眾中采集信息源，技術(shù)人員在蘋(píng)果和谷歌的應(yīng)用商店里提供了應(yīng)用下載，該應(yīng)用在波士頓有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)。

德國(guó)東柏林交通信號(hào)燈“停”和“行”的標(biāo)志比較特殊。當(dāng)東西德統(tǒng)一，東柏林也與西柏林合并，東柏林人堅(jiān)持把交通信號(hào)燈上的小人兒保留下來(lái)，因?yàn)樗菍?zhuān)屬于東柏林的一個(gè)標(biāo)志。直到今天，人們走在柏林的大街小巷，只要看信號(hào)燈就能分辨出自己是在東柏林，還是在西柏林。

此外，美國(guó)加州大學(xué)和歐洲部分學(xué)術(shù)團(tuán)體也在這方面開(kāi)展了研究。但是需要指出的是，利用手機(jī)數(shù)據(jù)采集車(chē)輛信息，需要處理好公眾隱私這一難題，所以這方面的進(jìn)展因此受到了限制。

德國(guó)德累斯頓理工大學(xué)的斯蒂芬·萊默等研究者的自組織智能紅綠燈仿真試驗(yàn)示意圖。圖中藍(lán)線為常規(guī)紅綠燈，橙線為有自組織能力的智能紅綠燈。右上角曲線圖是兩種燈使用后的汽車(chē)油耗對(duì)比（升/秒），左下角是在兩種燈下汽車(chē)等待紅燈時(shí)間的對(duì)比。來(lái)源：城市實(shí)驗(yàn)室

智能紅綠燈專(zhuān)治超速慣犯

智能紅綠燈在英國(guó)的應(yīng)用頗有些喜感。2011年秋天，英格蘭西南的斯溫頓鎮(zhèn)地方議會(huì)，經(jīng)過(guò)討論決定關(guān)閉當(dāng)?shù)伛R路上的測(cè)速儀，原因是這些測(cè)速儀每年維護(hù)費(fèi)高達(dá)32萬(wàn)英鎊，而發(fā)生的交通事故數(shù)量表明，這些測(cè)速儀并沒(méi)有使交通更安全，所以一拆了之，同時(shí)安裝上新的智能紅綠燈。這種智能燈在燈前面不遠(yuǎn)處埋置有傳感器，記錄經(jīng)行的車(chē)輛速度，如果車(chē)速太快，信息傳到燈光控制盒，燈光就會(huì)切換成紅色，迫使超速車(chē)輛停下來(lái)。

為了防止司機(jī)們?；?，傳感器的具體位置不予公開(kāi)。而自動(dòng)車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)會(huì)給救護(hù)車(chē)等特別車(chē)輛以方便，讓它們暢通無(wú)阻。盡管這種智能限速手段在西班牙、葡萄牙和法國(guó)也有應(yīng)用，可是在英國(guó)試用仍然引起了不同的看法。英國(guó)皇家汽車(chē)俱樂(lè)部基金會(huì)的董事斯蒂芬·格萊斯特對(duì)此潑了冷水：“這種奇怪的紅燈會(huì)改變那些超速慣犯嗎？紅燈亮了，他們熟視無(wú)睹地開(kāi)過(guò)，倒是他們后面的守法司機(jī)會(huì)被紅燈逼停?！惫俜椒Q(chēng)這種紅綠燈的使用如果證明是成功的，可以為后續(xù)更成熟的智能紅綠燈系統(tǒng)引入英國(guó)鋪平道路。

無(wú)人駕駛車(chē)將讓紅綠燈退休？

除了上面所說(shuō)的智能紅綠燈，當(dāng)下世界各地廣泛采用的智能交通系統(tǒng)——無(wú)論是英國(guó)的“交通信號(hào)自動(dòng)化控制系統(tǒng)（SCOOT）”，澳大利亞的“悉尼自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)（SCATS）”，還是美國(guó)的“自適應(yīng)控制的最優(yōu)策略（OPAC）”和“實(shí)時(shí)、遞階、最優(yōu)化的、分布式、且可實(shí)施的系統(tǒng)（RHODES）”等，均把紅綠燈的管理納入系統(tǒng)范疇，作為一項(xiàng)核心功能給予重視，此處就不一一敘述了。

此外參與研發(fā)智能紅綠燈管理系統(tǒng)的公司還包括寶馬和西門(mén)子公司，兩家公司在2010年公布了其網(wǎng)絡(luò)化的信號(hào)燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠與許多汽車(chē)上安裝的反空轉(zhuǎn)技術(shù)協(xié)同工作，從汽車(chē)上收集的信息能夠幫助智能紅綠燈減少循環(huán)時(shí)間，也能夠告知司機(jī)紅綠燈即將發(fā)生的變化，使行車(chē)更有效率。奧迪公司正在測(cè)試的原型車(chē)也具備通知司機(jī)燈光何時(shí)變色的功能。據(jù)德國(guó)汽車(chē)廠商稱(chēng)，該技術(shù)很快會(huì)被商業(yè)化。

未來(lái)紅綠燈是什么樣子呢，大家可以盡情想象。

也許，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)引領(lǐng)的汽車(chē)全自動(dòng)駕駛風(fēng)潮遍及全球之后，汽車(chē)自己會(huì)決定何時(shí)停、何時(shí)走，熟悉的紅綠燈可能會(huì)成為一件令后人倍感稀奇的歷史文物。但在目前，相信紅綠燈的智能化，是減少擁堵最令人樂(lè)觀的發(fā)展方向。