左转之痛
作为一名女司机，开车是一件刺激又紧张的事情，刺激的是偶尔会犯油门当刹车的错误，紧张的是路口车辆交汇时的意外亲密接触。尤其是在路口左转时，都要特别紧张的先观察直行车辆，再左右张望过往行人，生怕因为自己操作不当而堵在路中间造成交通堵塞。然而，每当遇到左转，身为一名交互设计师的我基于职业敏感，总在脑海里默默的想一个问题：为什么会有准许左转车辆和直行车辆同时行驶这种设计？为什么不每个路口都设计左转专用道？交叉路口还有什么其他设计方案？
在弄清楚这个问题之前，我先扒了一下道路交通的历史发展。
公元前500年，城市开始出现，于是自然而然就有了道路系统。直到19世纪，出现轨道马车，道路开始被马车占领，渐渐地，科技的进步带来了电力，于是19世纪末有了有轨电车。当20世纪初，汽车时代的来临正式宣告了道路以机动车为主体的时代。【1】
不同时代的道路
道路经历了以人，到马车再到机动车为行动主体的发展过程。交通规则也经历了左左右右的变更，没错，交通规则并不是从一开始就定义为靠右行驶。先秦时期，《古礼》中规定男子右行，妇女左行，车行中央。后来到了唐朝，则不再以性别来划分通行制，而是以方向来划分，即要求“进城的走左边，出城的走右边”。所以，其实从唐代开始，中国是靠左行驶的。到了清末年间1899年，由于英国在租界势力范围比较大，公租界发布交通《章程》直接规定驾车者须在马路左边前行，超车从右行。右转应从宽而转，左转应靠近路边，上海俗语中所说的“大转弯”和“小转弯”也由此而来。直到1945年，抗战胜利后，美国汽车开始大量进入中国，“左驾车”一举占了数量优势，由是之故，国民政府下令从1946年1月l日开始，汽车一律靠右行【2】（当一个国家强大了之后，仅从输出物品就可以影响另一国家的政策）。
随着汽车的发展，车流量越来越大，光靠交通规则已经无法维持交通的秩序，于是红绿灯应运而生。据说红绿灯的颜色灵感来源至19世纪初的英国约克，因为着红装的女人表示“已婚”，而着绿装则表示“未婚”，于是被一位机械工程师引用道交通信号灯上，把红灯用来表示禁止通行，绿灯表示可通行。后来，美国人民完善了信号灯的控制系统，同时在红绿灯中增加了黄灯,用来表示“谨慎”。最后，1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》作出了统一的定义：绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以相应的直行、左转弯或右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车；黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线【3】。
冲突的来源
在这100多年的历史中，交通信号灯的设计并没有发生过太大的变化。最常见的就是在十字路口的各个方向放置红绿灯，控制南北和东西的通行（如下图）。
十字路口
这种控制方案在交通领域有个专业名词：两相位信号方案。即交通路口有两个相位：第一相位为东西车辆可通行，包括直行和左右转；第二相位为南北方向车辆通行，东西车流禁止。这种在一定周期内控制一组交通流的通行权的信号灯状态称为相位。很显然，只控制两个方向，不可避免的会有左转和直行的冲突【4】。
两相位信号相位图
两相位信号下的冲突点
其他路口设计方案
多相位路口设计
有两相位信号方案，自然会有三、四、五信号相位。当两个方向控制不够的时候，通过增加相位控制是即粗暴又有效的方案。很简单，如果左转一直与直行冲突，那开辟一条左转的专用的通道就解决了这个问题【4】。
四相位信号方案
这种冲突的解决机制是通过时间的分步来避免冲突。带来的优势是，每个通行方向都有专门的通行权。然而相应地，相位越多就会导致一个路口所需要的控制时间越多。对于车辆来说，虽然有了专门的通行时间，但通行时间也会相应增加。当路口的通行效率降低时，遇到大车流的情况下，就很容易到达交通瓶颈从而造成拥堵。
于是一个路口到底是采用两位相位还是三四相位或更多相位，还是要依据路口的左转车流量的大小，和垂直车流量的均衡度来考虑，所以现在很多路口会留个后路，每一个方向先预留两个红绿灯，初期只控制单一方向通行，后期左转车流变大时，将一个分出来控制左转，非常灵活。
两个控制灯（初期单一方向控制，随着车流增加可拆分左转控制）
环岛路口设计
除了多相位路口设计方案外，我想起在国外旅游时常见的环岛路口设计。环岛有一个非常巧妙的设计，将路口所有的冲突点变成了“合流”（下图中十字路口的红点为冲突点，环岛中的蓝点为合流点）。知乎上有位专家Guanghui对环岛的设计做了比较详尽的分析【5】，总的来说，环岛的优势在于路口的整体效率，直行车不需要等待左转车先走，左转车也不用担心和直行车量的冲突，每个方向的车流通过环岛的合流在分散到各个方向。但是，当车流量过大时，环岛也会遇到瓶颈，因为车辆进入环岛需要过弯，此时的通行速度将比直行时速度大大降低，同时，环岛内车道不易过多不然会导致车辆频繁变道，进一步降低通行效率，所以，环岛也有环岛的弊端，它不适用于大车流量的路口。
其实，环岛还有一个适用条件，即司机的驾驶素质。因为环岛的优势在于不设置红绿灯的情况下保持并提高通行效率，这就意味着驾驶员必须自觉遵循交通规则，在进入环岛之前应先让环岛内的车辆行驶。基于这个原则，我想这也是为什么国内目前几乎不怎么采用环岛的原因，因为大部分的司机们连变道打灯的习惯都没有，何况其他守约。
交叉路口与环岛路口
没有红绿灯的设计
在我查阅资料的时候，我发现了另外一种很有意思的解决左转与直行的冲突方案，即全部单行道的设计。全世界仅有一个国家是如此，一个名为圣马力诺的国中国，袖珍国家之一，人口有三万多人，但车辆有5万辆。这个国家没有任何红绿灯，全部采用单行线和环岛解决交通问题。
圣马力诺无红绿灯道路
这个方案虽然比较特例，但也不失为一种解决冲突的思路。当我们发现一个冲突的问题时候，除了通过加法来解决，反过来的减法也不失为一种方案。
了解完这三种解决路口冲突的方案，我发现其实有几点可以给做交互设计的我们一些参考：
每一种设计解决方案都需要根据实际的应用场景和用户相关，环岛的设计虽然好，但考虑到我国的用户和我国的车流情况，放到国内就并不合适。这和我们在做交互设计时要考虑scenario和persona是一样的。
没有任何方案是完美的，在左转交通流量小的情况下，两相位是比较平衡的路口设计方案，小部分司机会遇到左转与直行的冲突，但对于大部分司机而言，他们可以获得更快的通行效率，所以设计方案应该优先让80%的用户获得收益。
自动驾驶时代的交通路口
随着汽车的智能化，无人驾驶汽车普及的那天也许在不久的将来就会到来。当车辆和道路都升级之后，交叉路口的红绿灯也许就不存在了，就像MIT可感知城市实验室提出的“A slot-based system”【6】，路口可以不再设置红绿灯，汽车通过各自的感应装置提前在路口进行彼此沟通，以达到有秩序的行驶。
A slot-based system
例如，假设在一个路口有四辆车（如下图），1，3，4号车从各自方向直行，2号车左转，显然这种状态下会产生4个冲突点，1-3，3-4为垂直方向冲突，2-3和2-4为左转冲突。那么在传统红绿灯路口，只能先通行1，2，4车辆，再通行3车辆。
传统交叉路口四辆车通行
而在智能汽车的时代，车速和距离是可以动态计算的。当1，2，3，4车辆快到路口时，车辆发出要行驶的方向和车速值，服务器统一计算这个区域内所有车辆的车速和冲突距离，然后得出行驶顺序。例如，1，3车辆在进入红色区域后，通过判断3和1的冲突点，可以得出3距离冲突点的距离大于1到冲突点的距离，那么此时只要控制1和3的速度一致，或者1和3之间的速度差值不超过一定数值时，即可以保证不冲突的行驶（如下图1）。
基于这一原理，当加大对车辆的计算量时，即同时计算路口1，2，3，4的方向和速度以及各自冲突距离（下图2），然后通过调节车辆的车速，让车辆在路口按照控制速度行驶。这样，在不需要红绿灯的辅助下，也能实现车辆的有秩序行驶（如图3所示）。
如果看不懂上图，可以看看这张某国家人民在无红绿灯十字路口的自我计算通行😊。尽管没有统一规则，大家依靠自主计算和判断也能达到一定程度秩序通行，但总归危险，从图中也能看出不少急停的车辆。
某国家的十字路口
交叉路口想要达到高安全高效率，还是要依赖科技的进步。我想以后交通通行效率PK的不是信号灯的控制算法，而是车辆大数据下的动态行驶算法。让我们期待这一天吧～
引用
【1】近代西方城市交通简史 https://zhuanlan.zhihu.com/jiaotong/20003549
【2】靠左走?靠右走?——中国交通规则之变 http://news.163.com/10/0420/14/64NHV6F1000146BC.html
【3】简述交通信号灯发展史漫长的演化历程 http://auto.qq.com/a/20130108/000150.htm
【4】城市道路交叉口的信号配时优化研究 http://www.doc88.com/p-1704773844423.html
【5】环岛和设红绿灯的十字路口，哪个更有效率？https://www.zhihu.com/question/20320073
【6】http://senseable.mit.edu/light-traffic/
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