左轉(zhuǎn)之痛

作為一名女司機(jī)，開(kāi)車(chē)是一件刺激又緊張的事情，刺激的是偶爾會(huì)犯油門(mén)當(dāng)剎車(chē)的錯(cuò)誤，緊張的是路口車(chē)輛交匯時(shí)的意外親密接觸。尤其是在路口左轉(zhuǎn)時(shí)，都要特別緊張的先觀察直行車(chē)輛，再左右張望過(guò)往行人，生怕因?yàn)樽约翰僮鞑划?dāng)而堵在路中間造成交通堵塞。然而，每當(dāng)遇到左轉(zhuǎn)，身為一名交互設(shè)計(jì)師的我基于職業(yè)敏感，總在腦海里默默的想一個(gè)問(wèn)題：為什么會(huì)有準(zhǔn)許左轉(zhuǎn)車(chē)輛和直行車(chē)輛同時(shí)行駛這種設(shè)計(jì)？為什么不每個(gè)路口都設(shè)計(jì)左轉(zhuǎn)專(zhuān)用道？交叉路口還有什么其他設(shè)計(jì)方案？

在弄清楚這個(gè)問(wèn)題之前，我先扒了一下道路交通的歷史發(fā)展。

公元前500年，城市開(kāi)始出現(xiàn)，于是自然而然就有了道路系統(tǒng)。直到19世紀(jì)，出現(xiàn)軌道馬車(chē)，道路開(kāi)始被馬車(chē)占領(lǐng)，漸漸地，科技的進(jìn)步帶來(lái)了電力，于是19世紀(jì)末有了有軌電車(chē)。當(dāng)20世紀(jì)初，汽車(chē)時(shí)代的來(lái)臨正式宣告了道路以機(jī)動(dòng)車(chē)為主體的時(shí)代。【1】

道路經(jīng)歷了以人，到馬車(chē)再到機(jī)動(dòng)車(chē)為行動(dòng)主體的發(fā)展過(guò)程。交通規(guī)則也經(jīng)歷了左左右右的變更，沒(méi)錯(cuò)，交通規(guī)則并不是從一開(kāi)始就定義為靠右行駛。先秦時(shí)期，《古禮》中規(guī)定男子右行，婦女左行，車(chē)行中央。后來(lái)到了唐朝，則不再以性別來(lái)劃分通行制，而是以方向來(lái)劃分，即要求“進(jìn)城的走左邊，出城的走右邊”。所以，其實(shí)從唐代開(kāi)始，中國(guó)是靠左行駛的。到了清末年間1899年，由于英國(guó)在租界勢(shì)力范圍比較大，公租界發(fā)布交通《章程》直接規(guī)定駕車(chē)者須在馬路左邊前行，超車(chē)從右行。右轉(zhuǎn)應(yīng)從寬而轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)應(yīng)靠近路邊，上海俗語(yǔ)中所說(shuō)的“大轉(zhuǎn)彎”和“小轉(zhuǎn)彎”也由此而來(lái)。直到1945年，抗戰(zhàn)勝利后，美國(guó)汽車(chē)開(kāi)始大量進(jìn)入中國(guó)，“左駕車(chē)”一舉占了數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，由是之故，國(guó)民政府下令從1946年1月l日開(kāi)始，汽車(chē)一律靠右行【2】（當(dāng)一個(gè)國(guó)家強(qiáng)大了之后，僅從輸出物品就可以影響另一國(guó)家的政策）。

隨著汽車(chē)的發(fā)展，車(chē)流量越來(lái)越大，光靠交通規(guī)則已經(jīng)無(wú)法維持交通的秩序，于是紅綠燈應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)說(shuō)紅綠燈的顏色靈感來(lái)源至19世紀(jì)初的英國(guó)約克，因?yàn)橹t裝的女人表示“已婚”，而著綠裝則表示“未婚”，于是被一位機(jī)械工程師引用道交通信號(hào)燈上，把紅燈用來(lái)表示禁止通行，綠燈表示可通行。后來(lái)，美國(guó)人民完善了信號(hào)燈的控制系統(tǒng)，同時(shí)在紅綠燈中增加了黃燈,用來(lái)表示“謹(jǐn)慎”。最后，1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》作出了統(tǒng)一的定義：綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車(chē)輛可以相應(yīng)的直行、左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車(chē)輛必須在交叉路口的停車(chē)線后停車(chē)；黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車(chē)輛不能越過(guò)停車(chē)線【3】。

沖突的來(lái)源

在這100多年的歷史中，交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)并沒(méi)有發(fā)生過(guò)太大的變化。最常見(jiàn)的就是在十字路口的各個(gè)方向放置紅綠燈，控制南北和東西的通行（如下圖）。

這種控制方案在交通領(lǐng)域有個(gè)專(zhuān)業(yè)名詞：兩相位信號(hào)方案。即交通路口有兩個(gè)相位：第一相位為東西車(chē)輛可通行，包括直行和左右轉(zhuǎn)；第二相位為南北方向車(chē)輛通行，東西車(chē)流禁止。這種在一定周期內(nèi)控制一組交通流的通行權(quán)的信號(hào)燈狀態(tài)稱(chēng)為相位。很顯然，只控制兩個(gè)方向，不可避免的會(huì)有左轉(zhuǎn)和直行的沖突【4】。

其他路口設(shè)計(jì)方案

多相位路口設(shè)計(jì)

有兩相位信號(hào)方案，自然會(huì)有三、四、五信號(hào)相位。當(dāng)兩個(gè)方向控制不夠的時(shí)候，通過(guò)增加相位控制是即粗暴又有效的方案。很簡(jiǎn)單，如果左轉(zhuǎn)一直與直行沖突，那開(kāi)辟一條左轉(zhuǎn)的專(zhuān)用的通道就解決了這個(gè)問(wèn)題【4】。

這種沖突的解決機(jī)制是通過(guò)時(shí)間的分步來(lái)避免沖突。帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是，每個(gè)通行方向都有專(zhuān)門(mén)的通行權(quán)。然而相應(yīng)地，相位越多就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)路口所需要的控制時(shí)間越多。對(duì)于車(chē)輛來(lái)說(shuō)，雖然有了專(zhuān)門(mén)的通行時(shí)間，但通行時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加。當(dāng)路口的通行效率降低時(shí)，遇到大車(chē)流的情況下，就很容易到達(dá)交通瓶頸從而造成擁堵。

于是一個(gè)路口到底是采用兩位相位還是三四相位或更多相位，還是要依據(jù)路口的左轉(zhuǎn)車(chē)流量的大小，和垂直車(chē)流量的均衡度來(lái)考慮，所以現(xiàn)在很多路口會(huì)留個(gè)后路，每一個(gè)方向先預(yù)留兩個(gè)紅綠燈，初期只控制單一方向通行，后期左轉(zhuǎn)車(chē)流變大時(shí)，將一個(gè)分出來(lái)控制左轉(zhuǎn)，非常靈活。

環(huán)島路口設(shè)計(jì)

除了多相位路口設(shè)計(jì)方案外，我想起在國(guó)外旅游時(shí)常見(jiàn)的環(huán)島路口設(shè)計(jì)。環(huán)島有一個(gè)非常巧妙的設(shè)計(jì)，將路口所有的沖突點(diǎn)變成了“合流”（下圖中十字路口的紅點(diǎn)為沖突點(diǎn)，環(huán)島中的藍(lán)點(diǎn)為合流點(diǎn)）。知乎上有位專(zhuān)家Guanghui對(duì)環(huán)島的設(shè)計(jì)做了比較詳盡的分析【5】，總的來(lái)說(shuō)，環(huán)島的優(yōu)勢(shì)在于路口的整體效率，直行車(chē)不需要等待左轉(zhuǎn)車(chē)先走，左轉(zhuǎn)車(chē)也不用擔(dān)心和直行車(chē)量的沖突，每個(gè)方向的車(chē)流通過(guò)環(huán)島的合流在分散到各個(gè)方向。但是，當(dāng)車(chē)流量過(guò)大時(shí)，環(huán)島也會(huì)遇到瓶頸，因?yàn)檐?chē)輛進(jìn)入環(huán)島需要過(guò)彎，此時(shí)的通行速度將比直行時(shí)速度大大降低，同時(shí)，環(huán)島內(nèi)車(chē)道不易過(guò)多不然會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛頻繁變道，進(jìn)一步降低通行效率，所以，環(huán)島也有環(huán)島的弊端，它不適用于大車(chē)流量的路口。

其實(shí)，環(huán)島還有一個(gè)適用條件，即司機(jī)的駕駛素質(zhì)。因?yàn)榄h(huán)島的優(yōu)勢(shì)在于不設(shè)置紅綠燈的情況下保持并提高通行效率，這就意味著駕駛員必須自覺(jué)遵循交通規(guī)則，在進(jìn)入環(huán)島之前應(yīng)先讓環(huán)島內(nèi)的車(chē)輛行駛。基于這個(gè)原則，我想這也是為什么國(guó)內(nèi)目前幾乎不怎么采用環(huán)島的原因，因?yàn)榇蟛糠值乃緳C(jī)們連變道打燈的習(xí)慣都沒(méi)有，何況其他守約。

沒(méi)有紅綠燈的設(shè)計(jì)

在我查閱資料的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)了另外一種很有意思的解決左轉(zhuǎn)與直行的沖突方案，即全部單行道的設(shè)計(jì)。全世界僅有一個(gè)國(guó)家是如此，一個(gè)名為圣馬力諾的國(guó)中國(guó)，袖珍國(guó)家之一，人口有三萬(wàn)多人，但車(chē)輛有5萬(wàn)輛。這個(gè)國(guó)家沒(méi)有任何紅綠燈，全部采用單行線和環(huán)島解決交通問(wèn)題。

這個(gè)方案雖然比較特例，但也不失為一種解決沖突的思路。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)沖突的問(wèn)題時(shí)候，除了通過(guò)加法來(lái)解決，反過(guò)來(lái)的減法也不失為一種方案。

了解完這三種解決路口沖突的方案，我發(fā)現(xiàn)其實(shí)有幾點(diǎn)可以給做交互設(shè)計(jì)的我們一些參考：

每一種設(shè)計(jì)解決方案都需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景和用戶(hù)相關(guān)，環(huán)島的設(shè)計(jì)雖然好，但考慮到我國(guó)的用戶(hù)和我國(guó)的車(chē)流情況，放到國(guó)內(nèi)就并不合適。這和我們?cè)谧鼋换ピO(shè)計(jì)時(shí)要考慮scenario和persona是一樣的。

沒(méi)有任何方案是完美的，在左轉(zhuǎn)交通流量小的情況下，兩相位是比較平衡的路口設(shè)計(jì)方案，小部分司機(jī)會(huì)遇到左轉(zhuǎn)與直行的沖突，但對(duì)于大部分司機(jī)而言，他們可以獲得更快的通行效率，所以設(shè)計(jì)方案應(yīng)該優(yōu)先讓80%的用戶(hù)獲得收益。

自動(dòng)駕駛時(shí)代的交通路口

隨著汽車(chē)的智能化，無(wú)人駕駛汽車(chē)普及的那天也許在不久的將來(lái)就會(huì)到來(lái)。當(dāng)車(chē)輛和道路都升級(jí)之后，交叉路口的紅綠燈也許就不存在了，就像MIT可感知城市實(shí)驗(yàn)室提出的“A slot-based system”【6】，路口可以不再設(shè)置紅綠燈，汽車(chē)通過(guò)各自的感應(yīng)裝置提前在路口進(jìn)行彼此溝通，以達(dá)到有秩序的行駛。

例如，假設(shè)在一個(gè)路口有四輛車(chē)（如下圖），1，3，4號(hào)車(chē)從各自方向直行，2號(hào)車(chē)左轉(zhuǎn)，顯然這種狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生4個(gè)沖突點(diǎn)，1-3，3-4為垂直方向沖突，2-3和2-4為左轉(zhuǎn)沖突。那么在傳統(tǒng)紅綠燈路口，只能先通行1，2，4車(chē)輛，再通行3車(chē)輛。

而在智能汽車(chē)的時(shí)代，車(chē)速和距離是可以動(dòng)態(tài)計(jì)算的。當(dāng)1，2，3，4車(chē)輛快到路口時(shí)，車(chē)輛發(fā)出要行駛的方向和車(chē)速值，服務(wù)器統(tǒng)一計(jì)算這個(gè)區(qū)域內(nèi)所有車(chē)輛的車(chē)速和沖突距離，然后得出行駛順序。例如，1，3車(chē)輛在進(jìn)入紅色區(qū)域后，通過(guò)判斷3和1的沖突點(diǎn)，可以得出3距離沖突點(diǎn)的距離大于1到?jīng)_突點(diǎn)的距離，那么此時(shí)只要控制1和3的速度一致，或者1和3之間的速度差值不超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，即可以保證不沖突的行駛（如下圖1）。

基于這一原理，當(dāng)加大對(duì)車(chē)輛的計(jì)算量時(shí)，即同時(shí)計(jì)算路口1，2，3，4的方向和速度以及各自沖突距離（下圖2），然后通過(guò)調(diào)節(jié)車(chē)輛的車(chē)速，讓車(chē)輛在路口按照控制速度行駛。這樣，在不需要紅綠燈的輔助下，也能實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的有秩序行駛（如圖3所示）。

如果看不懂上圖，可以看看這張某國(guó)家人民在無(wú)紅綠燈十字路口的自我計(jì)算通行?。盡管沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)則，大家依靠自主計(jì)算和判斷也能達(dá)到一定程度秩序通行，但總歸危險(xiǎn)，從圖中也能看出不少急停的車(chē)輛。

交叉路口想要達(dá)到高安全高效率，還是要依賴(lài)科技的進(jìn)步。我想以后交通通行效率PK的不是信號(hào)燈的控制算法，而是車(chē)輛大數(shù)據(jù)下的動(dòng)態(tài)行駛算法。讓我們期待這一天吧～