智慧道路,交通不堵塞-科學人雜誌
人工智慧

智慧道路,交通不堵塞

2021/08/06 拉提(Carlo Ratti)、比德曼(Assaf Biderman)
佈滿感測器的自動駕駛汽車開啟全新的共乘模式,配合智慧交通管制系統,將澈底改變城市的運輸型態,成為沒有紅綠燈與不需要停車位的快樂天地。


汽車與城市之間的關係,可說是剪不斷、理還亂。今天道路交通越來越擁擠、空氣污染也越來越嚴重,不禁讓人懷疑兩者已難以共存。但在20世紀的城市規劃中,汽車留下了不可磨滅的印記。就像瑞士裔建築師科比意(Le Corbusier)在1925年的開創性著作《規劃明日之城》(The City of Tomorrow and Its Planning)中所宣稱:「汽車已完全顛覆過去城市規劃的概念。」


近100年後,我們又處在類似的轉捩點。首先,城市的運輸需求預估在2050年將成長兩倍,換句話說,道路的運輸效能也必須加倍,才能讓交通堵塞的狀況維持在目前(已經很糟糕的)水準。其次,由於資訊與通訊科技、機器人與人工智慧(AI)的快速整合,汽車、公車與其他型式的交通工具正經歷重大轉型,將再次澈底改變城市的面貌。


自動駕駛汽車帶來轉機


自動駕駛汽車是這場革命的先鋒。近幾十年,汽車已從福特(Henry Ford)時代的機械系統,變成名副其實裝有輪子的電腦。現在一般汽車都配備大量感測器來蒐集內部與外界資料,以協助改善行車安全與駕駛效率。從Google分家的Waymo、通用汽車公司收購的Cruise、優步(Uber)收購的Otto、Zoox和nuTonomy等新創公司都在進行測試,汽車在加裝感測器後就像擁有人眼一樣能「看見」路況。把這些資訊輸入車載的AI系統,汽車變身成自動駕駛汽車,能在繁忙的交通路況中自動行駛,無須人類介入。


自動駕駛汽車將讓我們騰出每天的開車時間,同時讓道路更安全。它將帶來難以預料的轉變,全面改寫城市的交通規則。一方面,我們預期更多人將開始共享汽車,自動車整天一趟接一趟載送不同乘客;果真如此,城市只需要目前汽車數量的一小部份。但另一方面,情況或許不如想像的那麼美好;汽車共享服務公司Zipcar的共同創辦人、前執行長蔡斯(Robin Chase)曾寫道:「無人駕駛的殭屍汽車將塞滿城市與道路。」她預言職業駕駛人將會失業,交通基礎建設的收益降低,同時也面臨一場充斥污染、堵塞與社會動盪的噩夢。


未來將變成科技的天堂?或是反烏托邦的噩夢?想解決這個問題,我們必須深入探討自動駕駛汽車如何改變城市的面貌及運輸模式。


共享經濟,減少汽車數量


一輛汽車平均有96%的時間閒置,因此是共享經濟的最佳選項,並具有舒緩交通堵塞的巨大潛力。Zipcar與car2go等汽車共享系統,已大幅降低市區內的車輛總數。研究人員估計,每一輛共享汽車能減少道路上9~13輛私人汽車。


目前還處於實驗階段的自動駕駛汽車,預估在逐漸擴大市佔率後,優勢將呈指數成長,私人與大眾運輸的分界變得模糊。「你的」汽車載你上班後,不必閒置在停車場,而能自行返回接送你的家人、鄰居或社群媒體上的任何人。


結果是,每輛汽車的使用時間將從每天一小時增加為24小時。我們在美國麻省理工學院(MIT)的同事最近發表論文指出,以新加坡為例(全球第一座開放大眾搭乘自動駕駛車隊的城市),只需要目前汽車數量的30%,便能滿足運輸需求。除了汽車共享外,自動車也能開啟全新的共乘模式。Via、uberPOOL與Lyft Line這類應用程式,已提供不同人共乘同一輛車的服務,以降低營運成本與個別費用。自動駕駛汽車能進一步提高共乘率,因為所有行程都能在線上管理。根據我們在MIT感應型城市實驗室的分析,在城市內車輛共乘的潛力非常顯著。


以美國紐約市為例,便非常適合車輛共乘。我們實驗室的「輪圈蓋計畫」從市區內1萬3500輛領有執照的計程車,蒐集1億7000萬趟行程中接送地點的全球定位系統(GPS)座標與對應的時間。接著我們發展一套數學模型,評估共乘對這些行程的潛在影響。這項計畫引入「共享網路」的概念,使車輛共乘的機會達到最高。量化結果顯示,共享計程車能讓車輛總數減少40%,而且極少延誤旅客時間。進一步研究顯示,舊金山、奧地利維也納與新加坡等城市,都因為車輛共乘而獲益。


一旦結合汽車共享與共乘,城市或許只需要目前汽車數量的20%便能滿足市民運輸需求。當然這只是理論數值,在現實生活中,還得看人們對於共乘和自動駕駛技術的接受度。但只要汽車數量減少,勢必能節省建設或維護交通基礎設施的成本與資源。而且汽車數量越少,道路越不容易堵塞,不僅縮短了交通時間,也降低對環境的衝擊。


停車位與紅綠燈從此消失

自動駕駛汽車不需添增城市基礎設施(例如特別設計的道路),但將引發其他顯著變化。以停車場為例,全美的停車場總面積約兩萬平方公里,幾乎跟紐澤西州一樣大。如果有更多汽車共享,所需的停車場面積將大幅減少。這將產生什麼影響?

目前當做市區停車場的廣大精華土地,將能改建成具備各種社會功能的場所。2005年在舊金山首次舉辦的年度「停車日」,提供了一些初步構想。每年到了這個節日,藝術家、設計師與市民把計費停車格轉變成暫時的公共設施,參與者曾經在路旁鋪設草坪、樹木以及長椅。

若考慮大規模的永久型設施,空出的停車場也能改建成公營兒童遊樂場、咖啡廳、健身步道、腳踏車道等公共設施。

城市街道上其他常見的景觀也會改變。例如已有150年歷史的紅綠燈,當初設計目的是防止馬車相撞。但佈滿感測器的自動駕駛汽車,已能互相通訊來保持安全距離,不再需要紅綠燈協助,因此效法航空交通管制系統的時間帶分配系統將會取代紅綠燈。當汽車靠近路口,會自動聯繫交通管制系統申請路權,接著系統分配每輛車通行的個別「時間帶」。

我們在「燈號交通計畫」中證明,時間帶分配系統能夠顯著降低在路口的等待時間。分析結果顯示,藉由即時分配時間帶,這套系統比起紅綠燈在相同時間內能容許兩倍車流量通行。這對城市的道路網絡將產生重大影響:縮短汽車行駛與等待的時間、改善油耗、減少走走停停的機會而降低空氣污染。還有一個附帶的優點:時間帶分配系統將有足夠彈性,容許行人與腳踏車共享道路。

值得一提的是,上述誘人前景不能光靠自動駕駛汽車與智慧型交通管制系統,還需要更好的市場協調機制。目前各家汽車共享公司使用不同平台,彼此互不相容,乘客很難比較各個選項,司機也無法從不斷成長的需求中獲益。這種情況很像網路普及前的航空運輸業。許多全球分銷系統遵循開放旅遊聯盟制定的標準,如今旅客能透過這些系統比較不同的航班選項,並從透明化的競爭中獲益。

城市能藉由兩種途徑來建立同樣的運輸結構。第一種是由下而上,由各家小公司遵循同一套標準,例如Lyft、中國的滴滴出行、印度的Ola與東南亞的GrabTaxi已經帶頭合作。第二種則是由上而下,由政府或全球資訊網聯合會這類國際組織領導;大多數國家對交通運輸服務都已訂定完整法規,這種做法不難達成。兩種途徑都能創造強大而透明的交通運輸與物流平台。

過渡期的可能危機

自動駕駛汽車與車輛共乘,將對城市交通帶來壓倒性的正面效益。但在轉換成無人駕駛城市的過渡期,如果缺乏謹慎管理,也可能造成負面影響。

首先得考慮安全問題。我們都知道電腦病毒導致電腦當機的情況,但是如果電腦病毒引發汽車當機呢?傳統的政府與企業設備很難防範駭客的惡意入侵,對於自動駕駛汽車這種整合數位與實體的系統,這類威脅尤其危險。

汽車自動化帶來「不公平的競爭優勢」,可能會衍生其他問題。每單位里程的交通費大幅下降後,乘客可能會偏好自動駕駛汽車而放棄大眾運輸系統。如此一來,城市中的汽車數量又增加了,反而會加劇交通堵塞。此外,讓汽車在路上不停行駛,而非96%的時間閒置在停車場,也可能增加污染。

自動駕駛汽車也會產生其他預料之外的結果:加速都市擴張。過去也曾有交通科技創新帶來這種影響。科比意在1941年的著作《四條路線》(The Four Routes)中描述20世紀初的景象:「鐵路把城市變成真正的磁鐵,它們不受控制到處擴張,導致鄉村逐漸荒蕪。真是一場災難。幸好建設了道路系統,汽車重新聯繫破裂的城鄉關係,讓人口開始回到鄉村。」未來人們若能在通勤時睡覺或工作,是否會決定搬離市區,耗盡城市四周的土地,導致都市猖狂擴張?

還有其他威脅也值得討論。交通違規罰金、停車費以及與汽車相關的稅收(例如牌照稅),對各級政府都是重要的財政來源。自動駕駛汽車的普及會削減這項重要的現金流,果真如此,已經十分拮据的美國基礎建設將會雪上加霜。城市或許能把閒置的停車場改建成可創造營收的建設,並從中獲得補償,但目前全世界數百萬名從事物流或市區運輸的職業駕駛將因此失業。

就如蔡斯所寫:「單純把汽車變成無人駕駛,但缺乏相關配套措施,將會是一場災難。」因此我們必須用更嚴格的角度檢視新科技,並配合社會需求來引領科技發展。良好的政策能避免上述負面影響。就像20世紀初的經驗一樣,關鍵在於健康的試誤循環。

如果我們能在謹慎管理下經歷過渡期,自動駕駛汽車將帶來更安全、舒適的城市交通體驗,並讓我們的城市達成一萬年前人類首次構成聚落時的終極任務:不管用什麼交通工具,都能緊密維繫全人類。

# 關鍵字:人工智慧交通自駕車AI NEXT
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