回顧無(wú)人駕駛發(fā)展歷程

一路無(wú)燈、處處暢通，必將在未來(lái)的50年中成為人工智能、自動(dòng)化、控制理論、智能交通、智能汽車等多個(gè)領(lǐng)域的交叉研究熱點(diǎn)。

交通擁堵、出行安全、方式便捷等，都是當(dāng)前地面交通面臨的幾大難題之一。

從道路交通的發(fā)展史看，人類一共經(jīng)歷或?qū)⒔?jīng)歷無(wú)控制、交通信號(hào)標(biāo)線控制、單定點(diǎn)交通控制、智能交通控制、車路協(xié)同、無(wú)人駕駛等6大時(shí)期。而這些，都是圍繞著如何公平高效地決定路權(quán)歸屬和如何有效地將路權(quán)歸屬信息傳達(dá)給交通參與者這兩方面展開的研究和實(shí)踐。

隨著車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛等技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)交通系統(tǒng)或?qū)⒅饾u實(shí)現(xiàn)路面上沒有交通信號(hào)燈設(shè)施，但依舊處處暢通。而這，也正是我們所期待的，真正切合實(shí)際需求的地面交通出行方式。

在現(xiàn)代社會(huì)，地面交通出行與我們每個(gè)人密切相關(guān)。在當(dāng)前城市道路日益復(fù)雜和擁擠的情況下，如何保證交通出行的安全和便捷是國(guó)內(nèi)外社會(huì)大眾和科研工作者共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

圖 ｜ 1924年德國(guó)柏林坡茨坦廣場(chǎng)的五邊交通燈塔

實(shí)現(xiàn)該目的的重要方法之一是實(shí)施有效的交通控制。很多研究者將1914年出現(xiàn)在美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭市（Cleveland，Ohio）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)軔如上圖。在過(guò)去的100多年中，交通控制從理論方法到產(chǎn)品系統(tǒng)都經(jīng)歷了深刻的變化。然而在日益增長(zhǎng)的交通出行需求壓力下，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(wèn)題。

所謂道路通行權(quán)（Right of Way，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)。類似于鐵路的軌道閉鎖機(jī)制，地面駕駛同樣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(shuō)，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。

歷史上的地面交通控制正是圍繞著如何合理妥善解決路權(quán)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的。歷經(jīng)百年來(lái)的發(fā)展，交通系統(tǒng)大致經(jīng)歷了無(wú)控制時(shí)期、標(biāo)識(shí)標(biāo)線控制時(shí)期、單點(diǎn)定時(shí)交通信號(hào)控制時(shí)期、智能交通控制時(shí)期、車路協(xié)同時(shí)期和自動(dòng)駕駛時(shí)期等幾個(gè)階段。下圖的時(shí)間軸描繪了標(biāo)志著這幾個(gè)時(shí)期切換點(diǎn)的國(guó)內(nèi)外典型事件所發(fā)生的年代。

圖 ｜ 地面交通控制百年發(fā)展時(shí)間軸圖

有鑒于此，我們從路權(quán)這個(gè)新的角度回顧了過(guò)去100多年地面交通控制發(fā)展的幾個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)變點(diǎn)，對(duì)比了各個(gè)時(shí)期交通路權(quán)的獲取方式和性能。我們特別結(jié)合目前新興的車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人車和自動(dòng)駕駛技術(shù)，探討了基于規(guī)劃分配或競(jìng)價(jià)獲取的交通路權(quán)分配，分析了今后50年地面交通控制的發(fā)展方向。

最初，人們?cè)谟龅铰窓?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(shuí)優(yōu)先通過(guò)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。

但這一路權(quán)決定方式存在諸多問(wèn)題：

1）該決定方式非常依賴于駕駛員對(duì)周邊環(huán)境的正確感知和合理判斷。在車速較快、視線不佳、交通狀況復(fù)雜等情況下，駕駛員難以準(zhǔn)確的判斷何時(shí)何地會(huì)發(fā)生碰撞，因此無(wú)法決定路權(quán)歸屬。

2）該決定方式需要多方駕駛員采用能夠共同理解的方式進(jìn)行交流。在車燈還未出現(xiàn)的時(shí)候，駕駛員會(huì)將手臂伸出窗外，通過(guò)不同的手勢(shì)來(lái)表示其行駛意圖。即使在車燈已是車輛必備件的今日，駕駛員也經(jīng)常以眼神和手勢(shì)來(lái)輔助換道、并線等操作。為此，Google公司還在2015年提交了無(wú)人車和人類駕駛員交流的專利。然而，手勢(shì)交流首先沒有統(tǒng)一的交互標(biāo)準(zhǔn)。人們互相打手勢(shì)或者眼神示意的方式千差萬(wàn)別；特別是由于歷史文化差異，不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)同一手勢(shì)可能有截然不同的解讀。其次，手勢(shì)交流的通信速度慢、可視距離短、談判效率低，在車輛速度較高時(shí)，極易出現(xiàn)誤差而造成交通事故。

3）該決定方式在相當(dāng)程度上取決于駕駛員個(gè)人的禮讓精神，路權(quán)的分配很可能由“合作”演變?yōu)?ldquo;競(jìng)爭(zhēng)”，甚至“搶奪”。

基于這三點(diǎn)，基于默契的路權(quán)談判很難在短時(shí)間內(nèi)有效達(dá)成。因此，這一路權(quán)決定方式在汽車時(shí)代逐漸被新的交通控制方式所代替。

早在中國(guó)周代，已有“列樹以表道”的記載。在古羅馬時(shí)代的軍用大道上也設(shè)有里程碑和指路牌。但這些僅僅是標(biāo)記道路信息，并未指示路權(quán)。

1903年，由于法國(guó)汽車聯(lián)盟的積極推進(jìn)而使法國(guó)成為世界上最早的在全國(guó)范圍內(nèi)使用統(tǒng)一的汽車交通標(biāo)志的國(guó)家。而直到1930年以后，統(tǒng)一的交通標(biāo)志法才在英國(guó)各地獲得認(rèn)可，使交通標(biāo)志更加規(guī)范化。1935年，美國(guó)的第一版《統(tǒng)一交通控制設(shè)施手冊(cè)》（Manual of United Traffic Control Devices）出版，在全美國(guó)統(tǒng)一了制作交通標(biāo)志的辦法和標(biāo)準(zhǔn)。這一階段，交通標(biāo)志依然以提示駕駛員危險(xiǎn)為主要職責(zé)。如法國(guó)的交通標(biāo)志當(dāng)時(shí)在黑色的木板上用白漆書寫“左拐”、“右拐”、“橋梁”等提醒司機(jī)注意的文字。

1968年，聯(lián)合國(guó)公布《道路交通和道路標(biāo)志、信號(hào)協(xié)定》作為各國(guó)制定交通標(biāo)志的基礎(chǔ)。從此各國(guó)的交通標(biāo)志在分類、形狀、顏色、圖案等方面逐漸向國(guó)際統(tǒng)一的方向發(fā)展。地面交通進(jìn)入了“各行其道”的時(shí)代。

道路交通標(biāo)識(shí)通常用圖形符號(hào)和文字來(lái)傳遞特定的交通法規(guī)以及交通運(yùn)行控制方法的信息。道路交通標(biāo)線是由路面標(biāo)線、箭頭、文字、立面標(biāo)識(shí)、突出路邊、道路輪廓線等交通地面車道配合和路權(quán)設(shè)置的基礎(chǔ)設(shè)施。這兩者的作用都是為了管制、引導(dǎo)、控制和分配交通流，可單獨(dú)使用也可配合使用。

交通標(biāo)識(shí)標(biāo)線控制的優(yōu)勢(shì)在于造價(jià)低廉耐用，盡量減少人對(duì)于路權(quán)的理解歧義和紛爭(zhēng)。在道路中明確標(biāo)識(shí)了道路使用權(quán)重的通行權(quán)、先行權(quán)、占用權(quán)等，是目前道路交通中最為重要的靜態(tài)交通設(shè)施。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)。

但交通標(biāo)識(shí)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)控制成為了地面交通控制的研究重點(diǎn)。