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[前序: 在考虑初春和一位笔友约定的辩论比赛题目时, 想起了这篇二十多年前写的关于环保的科普文章. 一来是想证明自己也曾为世界环保的科学普及作过贡献, 二来是自己重读一遍, 觉得对那些没有专门考虑过这个问题的朋友, 即使今天读来, 也会有点启发吧. 那就也算我对世界环保的科学普及作的新贡献吧.
朋友, 当你每天出门, 上班, 开车遇到红绿灯时, 红灯停, 绿灯过, 你想到过那空气污染和环境保护吗? 你也许会问, 那有关系吗? 当你开车前行, 百米开外的路口是红灯时, 你是原速前进, 刹车, 停车, 变灯后再踩油门前行, 还是减速缓行, (也许)到(或未到)路口是, 灯已变绿, 你无需停车, 顺利前行? 你可能又会问, 那又能省几个钱? 那与空气污染和环境保护又有啥关系? 朋友, 请读下面这篇文章吧!] 红绿灯下的财富 ----现代交通管理漫谈之一
“吱吱……”，红灯下，一辆辆疾驰而来的汽车嘎然而止，排队待行。五秒，十秒……，不耐烦的司机无奈地看着手表。终于，黄灯闪烁，绿灯亮了。“轰轰……”，“嘀嘀……”，一时间，引擎轰鸣，喇叭喧嚣，此唱彼和，竞相欢奏。摩擦卷起的飞尘，车内排出的废气，融合交织，掩映腾空。 在人们的日常生活中，在城市的交通要道口，这一幕多么习以为常，平淡无奇。 可是，科学告诉我们，剧烈的摩擦吞噬着轮胎路面，频繁的刹车启动损耗着燃油机件。排出的废气污染周围环境，刺耳的噪音影响人们健康。多少来之不易的能源，日复一日，无意地浪费了。多少宝贵的财富，年复一年，悄悄地流逝着。 科学的进步，时代的要求，能源的紧张，环保的需要，终于使人们发现了这红绿灯下的财富。随着计算机科学的发展，有效地发掘它们，已成为现代交通管理的重要课题之一。 六十年代以来，把计算机引进交通控制系统以实现优化控制的研究发展工作在美、英、德、日等先进工业国家广泛进行着。迄今为止，取得了许多有意义的进展和成果。当前，世界上投入了日常运行的计算机交通控制系统以多达两千余个，它们对所在国的交通管理现代化起着巨大的作用。 从不同角度考虑，对一个交通控制系统有着不同的评价指标。目前，“系统车辆总延迟—停车次数极小化”已成为当代交通管理界普遍接受的一个主要指标。这是由于，车辆延迟的减少将降低运输成本，提高资源利用。而车辆停车次数的减少则不仅将导致燃油的节省，磨损的降低，污染的缩小，也同样意味着许多交通事故的避免。因此，如前所述，这样一个目标的实现不仅将保证城市交通流的畅通和公共服务水平的提高，也代表着对社会的一笔巨大财富节约。据报道，在美国某城市，由于采用一种称之为TRRL的系统，仅在每年内因车辆平均延迟降低12%而节约的金额就达550,000英镑之巨。 在我国，由于历史的原因，这个问题长期以来没有得到应有的注意和重视。落后的方法，低效的控制导致了经常性的交通堵塞和秩序混乱。大量的财富就在这红绿灯下悄悄地流逝掉了。粉碎“四人帮”以后，随着国家政治经济形势的发展，实现四个现代化已成为全国人民当前的首要任务。交通管理现代化——作为城市管理现代化的主要内容之一，也摆到了人们的议事日程之上。 有关方面的统计分析提出，在我国城市地区，平均停车一次的经济代价约为0.20元，平均延迟一秒为0.002元。根据这个估价，在沈阳市车站地区的一个调查表明，仅进入该区的机动车辆平均停车减少一次，每年节约的能源和轮胎路面磨损合人民币近300万元。若平均车辆延迟降低15%，也可为国家收益100万元之多。可以想象，在我国数十个大中城市中，有效地挖掘这些红绿灯下的财富，该是一笔多么可观的经济效益，又将为我国的四化建设做出多么巨大的贡献。 “小小红绿灯，指挥显神通； 车到绿灯亮，车过灯变红； 电脑神功大，运筹帷幄中； 纵横千百辆，调度真从容。” 这是人们对现代化计算机交通控制系统的赞语之一。 随着现代城市交通流的日益增长，进行更有效和合理的控制与调度以期减少交通流中的车辆停车次数和等候时间已成为现代交通管理的主要目标之一。这样一个目标的实现，不仅将保证交通流的畅通和公共服务水平的提高，也意味着对社会的一笔巨大财富节约。为了更有效地发掘这些红绿灯下的财富，随着计算机科学的发展，“现代计算机交通控制系统”应运而生，大显神通，成为当代交通管理中的“佼佼之者”。 现代计算机交通管理系统，就像一个由触觉、卫兵、观察哨及具有“聪明头脑”的中枢神经所构成的网状系统。遍布网内的“触觉”是一系列安置在系统各交通要道口红绿灯前路面下的车辆探测器。这些检测器认真负责，灵敏准确地探测出每一辆由它头上隆隆驶过的车辆的速度，车型并迅速地通过传输线路把情报送回到其“中枢神经”—中央控制室计算机电脑内。根据网内所有“触角”送回的情报，“聪明的电脑”按照特点的优化程序，迅速标出最“聪明”有效地调度控制方式，即每一个交通路口的最佳红绿灯色配置。然后通过网内纵横交错的传输线路，把灯色指令送到各个路口的“卫兵”—信号灯控制器那里。忠于职守的“卫兵”们接到指令，准确及时地变换红灯、绿灯，让那些四面而来，八方欲去的车辆迅速地驶离路口，各奔前程。为了保证能够及时处理系统内任一路口可能出现的无序现象，还安排了眼观六路、耳听八方的“观察哨”—一个个电视摄像机头安置在各个路口的恰当位置，不停地扫视着路口的各个方向，并把画面即刻不停地传送到中央控制室内。这样，有关控制人员就能够身居斗室，通晓八方。真正做到了“运筹于帷幄之中，决定于千里之外”，任你纵横千百辆，我自调度竟从容。
交通过程是一种典型复杂的随机过程。车辆的到达和转弯，平均车速的分布规律，车队的形成和离散等都是控制过程中必须考虑的因素。通常的计算机交通控制系统主要有“离线控制”与“在线控制”两种。所谓“离线”，市值计算机根据事先采集到的大量数据的分析结果，通过相应的优化计算，得出在一定时间内的最佳交通信号控制参数——即所需控制的各交通要道口的信号灯配时指令，包括信号周期长度，红绿灯色比例及各路口绿灯相对时差等，来完成过程控制。当前国外大多数所谓的“第一代”、“第二代”计算机交通控制系统采用的均是这种方式。而“在线”控制，则是由计算机根据安装在各交通要道口现场的车辆检测器所反馈回的即时信息，进行及时的判断，计算后给出相应的指令——交通信号控制参数，来执行控制功能。显然，对城市交通流较大的地区来说，“在线”控制是一种更为先进和有效的方式，也是目前国内外所谓“第三代”计算机交通控制系统的标志。它的基本原理如下图所示. 近年来，交通管理现代化中各个领域的研究发展工作已在我国许多城市进行。把计算机引进交通控制系统以实现优化控制的尝试也在大连、上海等地进入了试验阶段。目前，我国广大交通工程科技工作者，正针对我国城市交通的许多特有问题，诸如道路条件较差，技术设备落后，行驶车辆复杂，行人自行车与机动车混行等进行着广泛细致的研究。有关建立完善的交通规则，加强法制宣传教育等工作也在各级政府及有关单位指导下深入开展着。可以预见，在广大科技工作者的努力和各级领导的重视支持下，我国城市交通管理现代化的水平必将不断发展提高。越来越多的红绿灯下的财富也必将不断的被发掘出来，为祖国的四化建设做出有益的贡献。
[后记: 这篇文章是我82年底从大连回到北京后, 应”北京日报”科普版的要求而写的. 当时, 我刚参加完大连火车站前广场红绿灯控制项目的庆功会回来. 这个项目里的控制算法是我设计完成的, 是我当时的硕士学位论文的内容. 后来, 这篇文章被编辑删短后发表在83年12月1日的北京日报上, 见下图. 这里挂上的是未删前的原文.]
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发表于 2010-2-6 13:48:53
发表于 2010-2-6 23:03:45
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