左轉(zhuǎn)之痛

作為一名女司機，開車是一件刺激又緊張的事情，刺激的是偶爾會犯油門當(dāng)剎車的錯誤，緊張的是路口車輛交匯時的意外親密接觸。尤其是在路口左轉(zhuǎn)時，都要特別緊張的先觀察直行車輛，再左右張望過往行人，生怕因為自己操作不當(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)計師的我基于職業(yè)敏感，總在腦海里默默的想一個問題：為什么會有準(zhǔn)許左轉(zhuǎn)車輛和直行車輛同時行駛這種設(shè)計？為什么不每個路口都設(shè)計左轉(zhuǎn)專用道？交叉路口還有什么其他設(shè)計方案？

在弄清楚這個問題之前，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，道路開始被馬車占領(lǐng)，漸漸地，科技的進步帶來了電力，于是19世紀(jì)末有了有軌電車。當(dāng)20世紀(jì)初，汽車時代的來臨正式宣告了道路以機動車為主體的時代。【1】

道路經(jīng)歷了以人，到馬車再到機動車為行動主體的發(fā)展過程。交通規(guī)則也經(jīng)歷了左左右右的變更，沒錯，交通規(guī)則并不是從一開始就定義為靠右行駛。先秦時期，《古禮》中規(guī)定男子右行，婦女左行，車行中央。后來到了唐朝，則不再以性別來劃分通行制，而是以方向來劃分，即要求“進城的走左邊，出城的走右邊”。所以，其實從唐代開始，中國是靠左行駛的。到了清末年間1899年，由于英國在租界勢力范圍比較大，公租界發(fā)布交通《章程》直接規(guī)定駕車者須在馬路左邊前行，超車從右行。右轉(zhuǎn)應(yīng)從寬而轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)應(yīng)靠近路邊，上海俗語中所說的“大轉(zhuǎn)彎”和“小轉(zhuǎn)彎”也由此而來。直到1945年，抗戰(zhàn)勝利后，美國汽車開始大量進入中國，“左駕車”一舉占了數(shù)量優(yōu)勢，由是之故，國民政府下令從1946年1月l日開始，汽車一律靠右行【2】（當(dāng)一個國家強大了之后，僅從輸出物品就可以影響另一國家的政策）。

隨著汽車的發(fā)展，車流量越來越大，光靠交通規(guī)則已經(jīng)無法維持交通的秩序，于是紅綠燈應(yīng)運而生。據(jù)說紅綠燈的顏色靈感來源至19世紀(jì)初的英國約克，因為著紅裝的女人表示“已婚”，而著綠裝則表示“未婚”，于是被一位機械工程師引用道交通信號燈上，把紅燈用來表示禁止通行，綠燈表示可通行。后來，美國人民完善了信號燈的控制系統(tǒng)，同時在紅綠燈中增加了黃燈,用來表示“謹(jǐn)慎”。最后，1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》作出了統(tǒng)一的定義：綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以相應(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，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車；黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線【3】。

沖突的來源

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

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

其他路口設(shè)計方案

多相位路口設(shè)計

有兩相位信號方案，自然會有三、四、五信號相位。當(dāng)兩個方向控制不夠的時候，通過增加相位控制是即粗暴又有效的方案。很簡單，如果左轉(zhuǎn)一直與直行沖突，那開辟一條左轉(zhuǎn)的專用的通道就解決了這個問題【4】。

這種沖突的解決機制是通過時間的分步來避免沖突。帶來的優(yōu)勢是，每個通行方向都有專門的通行權(quán)。然而相應(yīng)地，相位越多就會導(dǎo)致一個路口所需要的控制時間越多。對于車輛來說，雖然有了專門的通行時間，但通行時間也會相應(yīng)增加。當(dāng)路口的通行效率降低時，遇到大車流的情況下，就很容易到達交通瓶頸從而造成擁堵。

于是一個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)車流量的大小，和垂直車流量的均衡度來考慮，所以現(xiàn)在很多路口會留個后路，每一個方向先預(yù)留兩個紅綠燈，初期只控制單一方向通行，后期左轉(zhuǎn)車流變大時，將一個分出來控制左轉(zhuǎn)，非常靈活。

環(huán)島路口設(shè)計

除了多相位路口設(shè)計方案外，我想起在國外旅游時常見的環(huán)島路口設(shè)計。環(huán)島有一個非常巧妙的設(shè)計，將路口所有的沖突點變成了“合流”（下圖中十字路口的紅點為沖突點，環(huán)島中的藍點為合流點）。知乎上有位專家Guanghui對環(huán)島的設(shè)計做了比較詳盡的分析【5】，總的來說，環(huán)島的優(yōu)勢在于路口的整體效率，直行車不需要等待左轉(zhuǎn)車先走，左轉(zhuǎn)車也不用擔(dān)心和直行車量的沖突，每個方向的車流通過環(huán)島的合流在分散到各個方向。但是，當(dāng)車流量過大時，環(huán)島也會遇到瓶頸，因為車輛進入環(huán)島需要過彎，此時的通行速度將比直行時速度大大降低，同時，環(huán)島內(nèi)車道不易過多不然會導(dǎo)致車輛頻繁變道，進一步降低通行效率，所以，環(huán)島也有環(huán)島的弊端，它不適用于大車流量的路口。

其實，環(huán)島還有一個適用條件，即司機的駕駛素質(zhì)。因為環(huán)島的優(yōu)勢在于不設(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遵循交通規(guī)則，在進入環(huán)島之前應(yīng)先讓環(huán)島內(nèi)的車輛行駛。基于這個原則，我想這也是為什么國內(nèi)目前幾乎不怎么采用環(huán)島的原因，因為大部分的司機們連變道打燈的習(xí)慣都沒有，何況其他守約。

沒有紅綠燈的設(shè)計

在我查閱資料的時候，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。全世界僅有一個國家是如此，一個名為圣馬力諾的國中國，袖珍國家之一，人口有三萬多人，但車輛有5萬輛。這個國家沒有任何紅綠燈，全部采用單行線和環(huán)島解決交通問題。

這個方案雖然比較特例，但也不失為一種解決沖突的思路。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)一個沖突的問題時候，除了通過加法來解決，反過來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)其實有幾點可以給做交互設(shè)計的我們一些參考：

每一種設(shè)計解決方案都需要根據(jù)實際的應(yīng)用場景和用戶相關(guān)，環(huán)島的設(shè)計雖然好，但考慮到我國的用戶和我國的車流情況，放到國內(nèi)就并不合適。這和我們在做交互設(shè)計時要考慮scenario和persona是一樣的。

沒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)計方案，小部分司機會遇到左轉(zhuǎn)與直行的沖突，但對于大部分司機而言，他們可以獲得更快的通行效率，所以設(shè)計方案應(yīng)該優(yōu)先讓80%的用戶獲得收益。

自動駕駛時代的交通路口

隨著汽車的智能化，無人駕駛汽車普及的那天也許在不久的將來就會到來。當(dāng)車輛和道路都升級之后，交叉路口的紅綠燈也許就不存在了，就像MIT可感知城市實驗室提出的“A slot-based system”【6】，路口可以不再設(shè)置紅綠燈，汽車通過各自的感應(yīng)裝置提前在路口進行彼此溝通，以達到有秩序的行駛。

例如，假設(shè)在一個路口有四輛車（如下圖），1，3，4號車從各自方向直行，2號車左轉(zhuǎn)，顯然這種狀態(tài)下會產(chǎn)生4個沖突點，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車輛，再通行3車輛。

而在智能汽車的時代，車速和距離是可以動態(tài)計算的。當(dāng)1，2，3，4車輛快到路口時，車輛發(fā)出要行駛的方向和車速值，服務(wù)器統(tǒng)一計算這個區(qū)域內(nèi)所有車輛的車速和沖突距離，然后得出行駛順序。例如，1，3車輛在進入紅色區(qū)域后，通過判斷3和1的沖突點，可以得出3距離沖突點的距離大于1到?jīng)_突點的距離，那么此時只要控制1和3的速度一致，或者1和3之間的速度差值不超過一定數(shù)值時，即可以保證不沖突的行駛（如下圖1）。

基于這一原理，當(dāng)加大對車輛的計算量時，即同時計算路口1，2，3，4的方向和速度以及各自沖突距離（下圖2），然后通過調(diào)節(jié)車輛的車速，讓車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，也能實現(xiàn)車輛的有秩序行駛（如圖3所示）。

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

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