交通號誌燈模擬：省時省油的好方法

Traffic light tree. Credit: William Warby

每天傍晚5～7點，卡在車陣中的我總是感到焦躁不安，既煩悶又空虛，望向前方的紅綠燈，竟然給我ㄧ片通紅⋯⋯逢年過節，有些路段要移動5公尺甚至得耗上半小時以上，簡直是煉獄。

長時間的塞車消磨人心也浪費汽油，更會排放出多餘的廢氣造成污染。你應該有過這樣的疑惑，為什麼紅燈老是在交通擁塞時一直亮起呢？難道沒有好的號誌設定可以讓交通變得更順暢嗎？其實，這類複雜的網絡問題早已有許多理論模型被提出，其中一些是以縮短交通時間為目的，另外也有部份是針對汽油消耗最佳化的模型，只是以往這兩者鮮少被混合應用在同ㄧ個模型上。

前些日子，麻省理工（Massachusetts Institute of Technology, MIT）的Carolina Osorio團隊，發展了ㄧ套新的交通號誌演算模型，可以結合交通時間與燃料消耗兩個因素，來達到最佳化效果[1]。他們以瑞士的洛桑（Lausanne）作為研究對象，針對進入傍晚尖峰時間的第一個小時，分析區域內47條道路和15個路口的交通狀況（其中包含9個有安裝交通號誌的路口，每個號誌的變換週期設定為90秒或100秒），透過模擬結果，他們的新演算方法可以減少車輛群體平均花在行進的時間高達22％，效果顯著。

Photo Credit: Jose-Luis Olivares/MIT

針對交通號誌的控制，常見的演算方法分為兩類型，一種是大尺度、以流量統計分析為基礎，這種方法的精準度較差，但相對節省計算資源；另一種方法，則是導入每一輛行車的資料，在各別路口與路段重新做計算，「由下往上」建立整體的模型，此類型方法會遇到的困難，就是其結果往往極度非線性，需要很大量的資料和重複計算，才能得到與現實接近的狀況。而Osorio團隊的想法，便是希望以大尺度方法的模型為基礎，從中引入小單元的行車資訊，提高精準度，同時又可以避免消耗過多的計算資源。

「在現實中，當我們想要調整號誌時間來提高效率，常常都會將設定的目標侷限在很小的區域，但這樣的效果卻不一定很好；在我們的研究裡，我們將目標區域擴展至整個城市，以宏觀的角度去分析路段間的關係與行車的流量，從而有效縮短了交通時間」Osorio說道。

除了麻省理工的這項研究，在交通網絡的領域也有很多新奇的點子，希望改善交通擁塞的問題：有人提出可以直接讓車輛和交通號誌做網路連結，建立一個「智慧交通」系統，當車子接近時，號誌可以主動根據該路口的車流量，來調整燈號變換的時機[2]。

目前，紐約已開始和麻省理工合作，希望將Osorio的研究實際應用到城市交通網上，測試它的實用性；如果成功，希望類似的計劃也能在近幾年內快速普及至各大城市，畢竟，改善塞車，不只可以減緩空氣污染，更是挽救了千千萬萬人煩悶的心啊～

延伸閱讀：

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 參考資料：

1. 此論文將刊登於下一刊的Transportation Science上 ：Carlina Osorio and kanchana Nanduri, Energy-efficient urban traffic management: a microscopic-based approach, Transportation Science
2. Smart Traffic Light Could help Cars Save Gas [IEEE, Oct 27, 2010]

資料來源：Better Traffic Light Simulations Could Cut Travel Time and Gas Use [IEEE, July 10, 2014]