为何交通信号灯可能需要改变，以适应自动驾驶汽车

• 据计算机模拟结果显示，在交通信号灯上增加第四盏灯，可能使其更好地服务于自动驾驶汽车。

• 当足够多的自动驾驶汽车（AV）接近交通信号灯时，该灯将会亮起。

• 该构想基于以下事实：自动驾驶汽车能够与彼此以及控制交通信号的计算机进行无线通信。

• 该构想的多个要素只需对路口和现有自动驾驶汽车稍作修改，即可加以采用。

在交通信号灯上增加一盏“白灯”，可使自动驾驶汽车协助控制交通流量，并让人类驾驶员了解路况。

在计算机模拟中，该新方法显著缩短了车辆通过路口的时间，并降低了燃油消耗。

“我们为交通路口提出的这一构想，我们称之为‘白色相位’，它利用了自动驾驶汽车（AV）本身的计算能力，”北卡罗来纳州立大学土木、建筑与环境工程系副教授、该论文通讯作者阿里·哈吉巴希（Ali Hajbabaie）表示。该论文发表于《IEEE智能交通系统汇刊》。

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“白色相位构想还包含一种新型交通信号，让人类驾驶员知道自己应当怎样做。红灯仍表示停车，绿灯仍表示通行，而白灯则会告诉人类驾驶员，只需跟随前车行驶即可。”

白色相位构想基于以下事实：自动驾驶汽车能够与彼此以及控制交通信号的计算机进行无线通信。当足够多的自动驾驶汽车接近路口时，白灯将会亮起。

白灯表示自动驾驶汽车正在协调其行驶，以便更高效地促进车辆通行通过路口。任何非自动驾驶车辆（即由人类驾驶的车辆）只需跟随前方车辆行驶：若前车停车，则其也停车；若前车通过路口，则其也通过路口。

当接近路口的车辆中由驾驶员而非自动驾驶汽车操控的车辆过多时，交通信号灯将恢复为传统的绿-黄-红信号模式。

“将部分交通流量控制权交给自动驾驶汽车，是一个相对较新的理念，称为移动控制范式，”哈吉巴希表示，“它可用于协调任何涉及自动驾驶汽车的交通场景。但我们认为，在路口引入白灯构想十分重要，因为它能告诉人类驾驶员路况，使其在接近路口时知道自己应当怎样做。

“另外，需要明确的是，‘白灯’的颜色并不重要。关键在于，必须有一种驾驶员能够清楚辨认的信号。”

研究人员于2020年首次提出了“白色相位”路口交通构想。然而，该初始构想采用集中式计算方式：控制交通信号灯的计算机负责接收所有接近车辆的自动驾驶汽车的输入信息、进行必要计算，然后告知自动驾驶汽车应如何通过路口。

“我们已在该构想基础上加以改进，本论文提出的白色相位构想依托分布式计算，即有效利用所有自动驾驶汽车的计算资源来决定交通流量，”哈吉巴希表示。

“这种方式不仅效率更高，也不易因通信故障而失效。例如，若与交通信号灯的通信出现中断或时间延迟，分布式计算方式仍能使交通流量保持顺畅。”

为测试分布式计算白色相位构想的性能，研究人员使用了微观交通模拟器。这些模拟器是复杂的计算模型，旨在复现现实世界的交通状况，细化到单辆车辆的行为。借助这些模拟器，研究人员得以比较设有与未设白色相位的路口的交通行为，以及所涉自动驾驶汽车的数量如何影响上述行为。

“模拟结果告诉我们几件事，”哈吉巴希表示，“第一，无论是否设有白色相位，自动驾驶汽车都能改善交通流量。第二，若存在自动驾驶汽车，白色相位会进一步改善交通流量。这还能降低燃油消耗，因为走走停停的情况减少了。第三，在设有白色相位的路口，自动驾驶汽车在车流中所占比例越高，车辆通过路口的速度就越快，燃油消耗数据也越好。”

当设有白色相位的路口中，自动驾驶汽车仅占车流的10%至30%时，模拟结果显示交通流量改善相对较小。但随着设有白色相位的路口中自动驾驶汽车比例的提高，其带来的效益也随之增加。

“话虽如此，即便设有白色相位的路口中只有10%的车辆为自动驾驶，仍可减少延误，”哈吉巴希表示，“例如，当10%的车辆为自动驾驶时，延误减少3%；当30%的车辆为自动驾驶时，延误减少10.7%。”

研究人员承认，自动驾驶汽车尚无法在明天就采用这种分布式计算方式，政府在近期内也不会在每个路口全面安装全新的交通信号灯。

“不过，白色相位构想的多个要素只需对路口和现有自动驾驶汽车稍作修改，即可加以采用，”哈吉巴希表示，“我们还认为，有机会在特定地点试行这一方法。

“例如，港口的商用车辆流量很大，而交通顺畅对其尤为重要。商用车辆的自动驾驶汽车采用率似乎更高，因此可以在该场景中实施试点项目，使港口交通和商业运输受益。”