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交通工程:从“知道自己不知道”开始

凭数据去说话

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学问有两种。一种是你“知道自己不知道”的,比如结构力学;这种学问和日常生活无关,或者说很生僻;如果你不懂,你会清楚的知道自己不懂。还有一种是你“不知道自己不知道”的,比如“脱口秀”;在应酬和聊天的时候,大家随时都在听段子或者讲段子,似乎确实是“每个人都能说五分钟”。

同样的,无论是在上班途中还是休闲路上,标志、标线和红绿灯都随处可见。这些设施和大众出行息息相关,一点都不“生僻”。所以很不幸,与脱口秀一样,交通工程(Traffic Engineering)也是属于第二种。

01、不知道自己不知道

“前方13.6公里长下坡已死亡37人!”这是一块立在公路边上的警示标志,前段时间也算是一个舆论热点。无论是媒体报道的正文还是后面的评论,多数都支持这样的警示,理由是“吓人总比死人要好”。也有一些质疑的声音,主要是觉得文案有点“瘆人”,认为“折中”一点更好。

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图一 吓人总比死人要好

在所有这些声音里,无论是媒体,还是道路的使用者或者管理者,很少有人觉得这应该是一个专业问题;也很少有人认为,其实还存在着另外一种可能性:“吓人”并不一定能减少死亡,也许反而会增加车祸。

德克萨斯州在2012年开展了一项旨在减少交通事故的运动。其中的一个项目是利用公路上现有的可变情报板(DMS),展示当期的交通事故死亡人数,希望能提高人们对驾驶风险的认知、刺激司机保持警醒。这个项目获得了广泛的认可,并很快就蔓延到了28个州。比如在伊利诺伊,交通部门、警察局以及公共卫生部门都一致支持这样的措施。多数司机也认为这样的展示会产生好的效果。

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图二 对DMS展示死亡数据及相关研究的报道

但是,Jonathan 和Joshua去年发表在《科学》(Science - Volume 376 Issue 6591, 22 April 2022)上的一份研究表明,这项通过展示死亡数据以期减少交通事故的活动,结果可能适得其反。研究发现,显示死亡信息使得下游10公里之内的事故增加了4.5%。这意味着仅在德州,每年就有额外的2600起车祸及16人死亡。

该报告给出了一种可能的解释:死亡数字固然可以抓住注意力,但驾驶人的注意力是有限的,“吓人”产生的挤出效应(crowding out),有可能影响到司机对交通变化的快速响应,比如响应其他车辆变道,以及维持车距、保持车道等等。

这件事情也说明,无论是用路人、管理者,还是交通警察以及公共卫生部门,这种“不知道自己不知道”的情形,其实是普遍存在的。一些看起来理所当然、显而易见的交通改善措施,并不一定真的有效,有的甚至可能适得其反。但问题在于,我们并不总是知道这一点,而且我们通常都不知道自己不知道。

02、交通工程的地位

交通工程专业在行业中的地位,其实很尴尬。

比如,对于交叉路口,按照AASHTO绿皮书的说法,在确定信号灯及标志标线能够达到预期效果之前,交叉口的几何设计不能认为是已经完成了,更不应该付诸实施(9.11.2)。但这些年修建了那么多畸形路口和超大型路口,说明我们其实并没有真在乎交通控制设施能否达到效果。更可能的情况是,从来就没人认真的预期过,应该达到什么效果。

对于互通式立交,绿皮书认为,每种设计方案都应该进行指路标志评估,以确定能不能有效的设置标志,以及是否容易被驾驶人理解(10.9.1)。我们有那么多被调侃成“迷宫”的复杂立交桥,也证明了其实没人真正关心标志的设置、以及驾驶人能否理解。

实际上,现在的项目有几个不是在土建开工之后,交通工程的设计才开始?至于像绿皮书所讲的那样,交叉口的几何设计要事先经过控制设施的效果确认;以及互通式立交桥要把能否合理的设置标志,作为方案比较的重要因素,甚至会因为标志是否易于理解而决定匝道的取舍。这些听起来像是天方夜谭。

而且,那些无视交通工程基本原理的“复杂立交桥”,还能被炒作出满满的自豪感:“基建狂魔”、“震惊老外”、“绕晕导航”。说明交通工程在我们这儿,确实是可有可无的“配套设施”。这些事实,也真实的反映了交通工程专业在行业中的定位,或者说地位。

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图三 复杂立交桥炒作

问题在于,高速公路上因为错过出口而紧急刹车、突然变道或者连续变道,导致了那么多的惨烈车祸。除了谩骂甚至网暴肇事司机之外,有多少人认真反思过:为何会有这么多的“错过出口”?指路标志的设置有没有缺陷(不只是符合规范)?而在这其中,又有多少缺陷是与几何设计遗留下来的问题相关?交叉口每年那么多的车祸,其中又有多少是和交叉口的设计及设施有关?

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图四 错过出口事故搜索的第一屏

在车载导航或者手机导航已经基本普及了的今天,因为错过出口而导致的事故仍然层出叠现,要是哪天电子导航突发故障,很难设想整个高速路网、特别是出入口附近,将会是什么样的场景。几乎可以肯定地说,因为有电子导航的兴起,才使得交通工程表面上看起来没有那么难堪。

但这种现实,并不意味着交通工程真的可以被无视。恰恰相反,那些惨烈的车祸难道不是正好说明了,交通工程作为一门学科,需要得到应有的尊重吗?

03、行业现状

交通工程专业缺乏话语权的状况,折射的深层原因,恐怕还是应该从这个行业自身去寻找。

在华为决心向IBM学习管理的过程中,曾经遭遇了非常大的阻力。很多骨干员工都认为,中国有自己的“国情”,IBM的东西并不完全适合华为,还有人不断提出一些“优化方案”。

在这个时候任正非站出来说:“我们是要先买一双美国鞋,不合脚,就削足适履。”并且强调:“脚大了把脚砍掉一些也得穿”。可能正是这样的决心,才使得华为脱胎换骨,并迅速成长为世界级的一流企业。

交通工程的遭遇则刚好相反。这个行业没有去砍自己的脚,而是把一双又一双的鞋子拿来削了。如果说华为是“先僵化,后优化,再固化”,交通工程则是还没学会走,就已经开始跑了。比如标线的颜色,美国(MUTCD)、英国(Traffic Signs Manual)和中国(GB5768.3)的规定,对比如下:

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按照MUTCD,前进方向最左侧的车道线一定是黄色,否则就表明你在逆行。就黄色标线而言,美国这双鞋子可以区分道路的行驶方向;而英国的鞋子则是表达禁止的意思,No Waiting 、No Stopping 、Keep Clear等等。

我们把这两双鞋子都拿来削了,但结果却啥都没留下来。对GB5768.3而言,想要区分方向吧,在单行道或者分隔式道路(Divided Highway),左侧标线同样是白色;用于表示禁止吧,对向车道分界线又是黄色。

本来,对向车道分界线到底用什么颜色,并不重要。用白色和黄色的国家都有,并且也都不少。重要的是底层逻辑,如果用黄色,那么前进方向最左侧车道都用黄色,才能逻辑自洽。

反之亦然。正如任正非针对那些“优化方案”所说的:“世界上有非常多好的管理,但是我们不能什么都学,那样的结果只能是一个白痴。因为这个往这边管,那个往那边管,综合起来就抵消为零。”所以华为是先盯着一家学。

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图五 道路中心线颜色分布(wikipedia)

在交通工程行业,像标线颜色这样还没搞清楚底层逻辑之前,就急于去“优化”的状况,以及那些层出不穷的创新,比如从“闯黄灯”到“闯绿灯”、从“彩虹标线”到“爱心斑马线”,与华为那时候的境遇其实很像。

如果说当初华为所展现的那种“削足适履”的决心,体现的不只是对IBM经验的重视,更重要的是对“管理”本身的尊重。那么,在交通工程形形色色的“优化”和“创新”背后,体现的实际上也不只是对MUTCD的无视,还反映了整个行业对作为一门学科的交通工程专业本身,缺乏最起码的敬畏。

04、直观感受与统计结果

一些类似的“优化”和“创新”,之所以会风行一时甚至长盛不衰,一个很重要的原因,可能是契合了人的直观感受。毕竟,谁都无法摒除“直觉”的影响,专业人士也不例外。比如德克萨斯开展的用DMS展示死亡数据的活动,当时也得到了不少专家的支持。

标志、标线和信号灯这些设施,本身就必须“直观”。大家又几乎天天打交道,屡见则不鲜,或者是“熟悉滋生轻蔑”,这也使很多原本是专业的问题,往往都停留在了直观层面。比如“吓人总比死人要好”。

但实际结果与直观感受相反的事例有很多,甚至在数学这样的领域里都有。比如概率论中的“三门问题”和“辛普森悖论”,都是著名的例子。只不过在面对数学的时候,很少有人会坚信自己的直觉,坚持认为是概率论错了。

但对交通工程而言,是否符合多数人的直观感受,却是一件非常重要的事情。比如, JTG D82-2009在高速公路引入“图形化版面”之后,这种形式的出口预告标志很快就蔓延开了。即使这种版面只是无谓的增加了驾驶人的信息负荷,即使在国标(GB5768)的历次版本中,都并没有这样的版面。

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图六 “图形化”出口预告标志

同时,无论是JTG D82-2009还是GB5768.2-2009,都对指路标志的目的地信息数量,做了非常明确的规定。但这些标准实施之后,各种信息过载的情形,却并没有明显的改善。

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图七 指路标志的“目的地信息”数量

“图形化版面”迎合了几乎所有人的想象,都觉得这样的指示一目了然。而限定目的地信息的数量,又确实与多数人的直觉相悖——难道不应该是指示得越详尽越好吗?这样的区别,导致这两种规定有了完全不同的命运。

可见,与对待数学不同,多数人在面对指路标志时,都会坚信自己的直觉。这样的差异也不难理解:你可以说我不懂概率,毕竟,“三门问题”和“辛普森悖论”都与日常生活无关;但指路标志是用来给我指路的,怎么指示才明白,你竟然说我自己不知道?就好像一碗蛋炒饭,好吃不好吃,难道不应该是吃饭的说了算吗?

但是,一项针对复杂立交桥的研究表明(FHWA-HRT-13-047),什么样的指路标志才会让你少犯错误,你自己可能真的不知道。

下图左侧是立交桥的出口布局。1#2#3#是直行车道;4#车道对第一出口是“共用车道”(optional lane),对第二出口是“直出车道”(dropped lane) ;5#车道是第一出口的“直出车道”。SBI和SBII表示设置标志的2个门架的位置。该项研究通过驾驶模拟器,要求参与者从不同的起始车道,分别去到第一出口、第二出口或者直行。针对每种不同的标志形式,记录每位参与者的“有效变道”、“错误变道”及“多余变道”。

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图八 复杂立交指路标志研究(FHWa-HRT-13-047)

比如,从4#车道出发,如果目的地是第一出口,那么向左变道是错误变道、向右变道是多余变道;如果目的地是直行,则向左变道是有效变道、向右变道是错误变道,等等。对于每一种标志形式,参与者被都要求回答一个问题:“你有多少信心正确选择车道?”对标志形式SS2-A(上图中),信心的平均值是9.3(满分10),而对SS2-B(上图右),信心的平均值只有7.7。

但试验的实际结果,与参与者的信心刚好相反。存在“错误变道”和“无效变道”的参与者比例,在SS2-A型标志分别是14.3%和28.3%;而在SS2-B型标志则是5.5%和4.8%。

相较于蛋炒饭,指路标志似乎更像药物。如果我们使用这样的比喻,就可以对上述试验做如下的解读:①就个体感受而言,某种药物对你的高血压是否有效,你自己的主观感受并不一定是真的,应该以血压计的数据为准;②就统计结果而言,你个人身体对药物的反应,也不一定就和多数人一致。换句话说,就算你的感受与测量结果相符——这药对你确实有效(或者无效),也不能证明它对其他人同样有效。

05、交通工程的根基

交通工程显然不能建立在主观感受的基础上。但任何主观感受背后,其实都有“道理”。

比如复杂立交桥的指路信息,就有“详尽”和“简明”两种道理。认同“详尽”的觉得:立交桥越复杂,为了帮助驾驶人跟循事先规划的路线,需要提供的信息就越多;赞成“简明”的则认为:立交桥越复杂,驾驶任务(driving task)就越重,因此更需要减轻驾驶人的信息负荷。这两种说法似乎都很有“道理”,但孰是孰非,只能取决于在面对不同的方案时,驾驶人实际反应的统计结果。

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图九 任何感受其实都有道理(网上图片)

也就是说,交通工程也不能仅仅建立在“道理”的基础上,而是需要有实实在在的数据——试验数据或者统计数据。在ITE的《交通工程手册》(TEH)中,第一章讲背景,第二章就讲概率分布和统计分析。

既然交通工程的根基是数据,就意味着即使你学识高深、经验丰富,但在面对一个崭新的问题时,你个人的主观感受,也只有作为统计空间中一个样本的价值。按照TEH的说法,对于全新的场景,专业人士对情况越是熟悉,就越是难以“共情”普通驾驶人的遭遇。

由此可见,即使学识和经验能够提高你个人感受的“符合性”,但同时也很可能会降低你与多数人统计结果的“一致性”。换句话说,你的主观感受并不会比普通人的更有价值。

交通工程建立在统计结论的基础上,这是一个基本事实。正是因为这个事实常常被忽视,才使得专业人士也会不时掉入“不知道自己不知道”的陷阱。而只要认清了这个简单的事实,那么对于任何一个具体问题,比如,是不是“吓人总比死人要好”?就只有以下三种情况:①你掌握数据,并据此得出结论;②别人掌握数据并得出了结论,而你知道这个结论;③如果不是①或者②,那你其实就清楚的知道了自己不知道。

06、从“知道自己不知道”开始

在达克曲线上,“知道自己不知道”是开悟的起点。就交通工程而言,牢记这门学科是建立在统计结论的基础上,能够帮助我们认清自己。

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图十 达克认知偏差效应

绿皮书或者MUTCD的条款,只是冰山浮出水面的一角,在这些条款的文本背后,是很多基于试验或者统计的研究结论。明白这些,有助于打消我们在还没学会走路之前,就忍不住想去“优化”或者“创新”的欲望。交通工程行业想要赢得尊重,必然要从“知道自己不知道”开始。

知道自己不知道,然后借鉴别人现成的经验,是天经地义的事情。但东拼西凑并不就等于是博采众长。在把底层逻辑弄明白之前,像华为那样先绑定一家、削足适履,可能才是最好的办法。那些你觉得不合脚的地方,很可能只是你感觉的问题,并不一定真的是鞋子小了。

比如“方向标志”。以国道G205为例,按照MUTCD,这条道路除了“南”和“北”之外,不存在任何其他方向。

这并不是因为美国的道路都像棋盘一样横平竖直。实际上,就“指路信息”而言,在需要确定“往哪一边”行驶的时候,任何道路都只有两个方向。MUTCD用路线的总体走向来标示道路的“行驶方向”,而并不理会在局部路段的实际地理方向。

比如,下图是三条路线的共线段,它在这一局部路段的“行驶方向”,对I-55而言是SOUTH(南),对I-72和US 36则是WEST(西)。由此可见:①MUTCD的方向标志所指示的,确实是路线的总体走向;②局部路段的地理方向与道路总体走向不一致的情形,其实是常态,并非“国情”。

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图十一 路线走向

方向标志既然是用于指示“路线方向”,当然就应该是和路线编号(或名称)捆绑在一起的。在MUTCD中也确实是如此(下图左侧)。但到了GB5768,行驶方向和地理方向却混在一起了。比如在交叉口预告标志中,GB5768的“方向标志”是设在牌面左上角的,并未与路线捆绑(下图右侧)。

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图十二 方向标志与路线的关系

对于行驶方向和地理方向,GB5768似乎想要两者兼顾。所以即便是在和“路线编号”捆绑时,方向标志仍然被用于指示地理方向。国道G205是一条从山海关到深圳的南北纵线,道路的两个“行驶方向”,应该是“南”下深圳和“北”上山海关。但GB5768在图H.2c中(下图左侧),指示的却是G205“西”,也就是该路段的地理方向。

问题是,局部路段的地理方向并非有效的“指路信息”,与道路的“行驶方向”也没有任何关系。像这样“既要…又要…”的指示方式,不但本身毫无意义,还使得整个体系都产生了歧义。比如,G205经过一个环形匝道,方向标志就“东南西北”的转着圈指示,只会把人搞晕。

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图十三 牵强附会的“优化”(GB5768.2-2022)

这种基于“直观感受”、望文生义甚至牵强附会的“优化”,并非个案。以实体标记(Object Markers)为例,本身是用于标示道路内(或邻近)的障碍物(上图右侧“警46-4”)。也许就因为外观相似,在GB5768中就被归入了线形诱导标(Chevron Alignment Sign)。

而互通式立交桥的“路线连续性”(Route Continuity),本来是个和驾驶人预期(Driver Expectancy)以及指路标志的设置都密切相关的概念,在D21中却被“优化”成了“车道连续”(5.7.1)。

再比如,MUTCD规定,在需要避免标志的眩光时,牌面应该偏向道路外侧(2A.20),这就是一个几何光学的镜面反射问题,但在GB5768中居然说是要转向道路内侧(4.8.9),等等。

所以,仅仅“知道自己不知道”是不够的,对于交通工程这门学科,还是需要保持基本的敬畏。

其次是责任。我们总是在要求道路使用者要“宁停三分不抢一秒”,却从来不去反思为什么需要停“三分”,以及如何改善这种挑战“人因”(Human factors)的设计;在高速公路因为错过出口而导致的事故中,被指责的都是直接肇事的司机。

没有人诘问,到底是些什么原因,导致这些人错过出口;又是什么原因,让他们在错误的时间发现了“错过”。如果这些形形色色的事故,真的都与几何设计及控制设施无关,那就只能说明,交通工程确实是可有可无的。

反之,如果交通工程的确事关所有用路人的安全,就必须承认,“事故多发段”一定是道路或者设施有问题。如果我们仍然是把符合规范当成尽责的“充分条件”,又凭什么让人尊重呢?

既然交通工程是建立在统计结论的基础上,当然就应该习惯于凭数据去说话。用数据展示不好的设计所导致的事故及其后果,彰显的并不仅仅是责任。那些本来可以减轻甚至避免的事故,正是交通工程本身价值的对价。

如果我们有数据,就应该去切实检视一下五花八门的各种“优化”和“创新”,看看到底有多少确实是“国情”,又有多少其实是在裸泳?而在我们拿不出自己数据的领域,是不是应该回到原点,先学会去尊重别人的数据和结论呢?要是我们继续习惯于仅凭主观感受就大声说话,这个行业就不会值得尊重。

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