紐約交通比北京還糟?MIT大牛們給出了解決方案

一個周末，北京的DT君興高采烈地下了班，要趕飛機回上海與粉絲見面。結(jié)果光是從朝陽到機場的路上，坐出租車就堵了3個小時。

望著出租車外霾色四溢的天空，那一刻，DT君的內(nèi)心是崩潰的。我終于明白，為什么在《五環(huán)之歌》里，岳云鵬要為北京的交通“放花籃”了。

其實，交通擁堵和空氣污染不是發(fā)展中國家城市的專利，而是全球大城市的通病。就拿美國來說，在其本土83個大型城市區(qū)域中，每年由于交通擁堵所浪費的時間和燃料費用相當于600億美元。根據(jù)世衛(wèi)組織的研究，每年全球有超過一百萬例死亡與室外空氣污染相關(guān)，而交通污染更是占了極大的比重。

作為世界上最大的城市之一，紐約的情況跟北京相比，沒有最糟，只有更糟。我們經(jīng)常在電影里看到紐約擁擠的街道上那些寸步難行的黃色出租車。擁擠，也是紐約的日常。糟糕的交通狀況，不僅影響了城市的生活質(zhì)量，還會直接污染城市空氣，危害人們的健康。

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(圖片說明：堵車，也是紐約城市交通的常態(tài);圖片來源：視覺中國)

怎么辦呢?

城市擁堵的主角是車輛，那解決方法就要從車輛入手。來自麻省理工學院感知城市實驗室(MIT Senseable City Laboratory)的一幫極客們想了一個辦法——拼車。

拼車?這個任性的方案，聽起來跟MIT的鼎鼎大名有一些莫名的違和感。道理DT君都懂，是騾子是馬還是需要拉出來遛遛。

拼車的建議不是忽悠，背后有大數(shù)據(jù)計算的科學基礎

如果你有過在機場排隊等出租車的經(jīng)歷，你大概就會明白“拼車”的含義。那些拉你拼車的出租車司機們，都是想通過最大效率的運用車輛的運輸資源，獲取更多的資金收益。

某種程度上來說，MIT感知城市實驗室的“拼車”方案，與拉客的那些出租車司機并沒有本質(zhì)的不同：都是倡導大家一起共享乘車資源，讓每輛汽車的運輸效率最大化。

20世紀70年代，受到石油危機的影響，美國開始系統(tǒng)性地研究“拼車”問題。危機期間，汽車的使用數(shù)量急劇減少。城市旺盛的運輸需求，導致越來越多的人不得不接受與他人“拼出租車”的出行方案。那段時間，大量的拼車行為極大地緩解了紐約的城市交通壓力。石油危機后，一些學者開始正式提出用拼車的方案解決交通難題。

說起來容易，但傳統(tǒng)的拼車方案有一個很大的困難：即如何調(diào)度出租車資源，在最短線路上讓最多的乘客上車下車。說白了，這其實是一個數(shù)學問題。理論上講，拼車問題可以被看做一個“動態(tài)搭車”的情況——在一個清晰的時間間隔(Time Window)內(nèi)，一定數(shù)量的乘客(貨物)如何高效地在特定地點被收集、投放。

傳統(tǒng)的研究會使用線性規(guī)劃(Linear Programming)的方法。不過這種方法會很大程度上受到變量數(shù)量的影響，只能用于小規(guī)模的路線優(yōu)化情景，比如在機場。

但是紐約每天有成千上萬輛出租車在運營，產(chǎn)生海量的行駛記錄，這是傳統(tǒng)的線性規(guī)劃無法勝任的城市場景。于是MIT的極客們用大數(shù)據(jù)的方法，將拼車這個時空共享問題，轉(zhuǎn)換成了圖論(Graph Theory)框架，發(fā)明了“共享網(wǎng)絡”(Shareability Network)模型。

(圖片說明：基于圖論的方法計算拼車路線的過程，詳情可以參閱參考資料3: Quantifying the benefits of vehicle pooling with shareability network)

這個模型不僅解決了共享拼車的效率問題，還能夠無壓力地對海量數(shù)據(jù)進行計算。他們搜集了紐約2011年共13586輛注冊出租車的一億五千萬條行駛數(shù)據(jù)，分析他們的行駛線路，接送乘客的情況等等，最終形成了一個動態(tài)的拼車調(diào)度方案。不僅如此，他們甚至把結(jié)果做成了一個大型的可視化交互頁面(HubCab)，讓用戶自己去體會在紐約搭乘出租車的情況。

紐約出租車軌跡圖：一張包含1.7億條數(shù)據(jù)的超級地圖

在HubCab這個交互式的可視化項目中，MIT感知城市實驗室以紐約出租車的行駛軌跡為切入口，研究了人們的出行習慣，旨在探索紐約城市化交通的未來。

(圖片說明：紐約城市1年內(nèi)一億七千萬的出租車行駛軌跡地圖;圖片來源：HubCab)

在HubCab上，你可以通過左上角的加減按鈕，調(diào)節(jié)觀察紐約的城市視角。另一側(cè)的右上角，還可以精確地選擇出租車的運營時段。接下來，你可以在地圖上任何一個地方，拖動黃色的“我要上車”標志，以及藍色的“我要下車”標志，來確定你的出行線路。

(圖片說明：截圖展示了在曼哈頓的兩個上下車點上，有多少出租車流，以及共享方案下可以獲得的社會受益;圖片來源：HubCab)

通過后臺計算，HubCab會立刻告訴你，在這個區(qū)域內(nèi)有多少跟你相似的旅行路線。另外，留意地圖左上方的小綠框。它代表，如果你選擇“拼車”，能夠帶來多少社會收益。列出的三行數(shù)據(jù)分別代表：節(jié)省的乘客票價，公里路程以及二氧化碳排放。

MIT的研究表明，在拼車這一共享方案下，可以減少紐約40%的出租車運營線路，為乘客節(jié)約2.5~3美元/英里的出租車費用，以及423g/英里的二氧化碳排放。

不僅如此，這些可視化還為我們描述了一個城市的集體性流動特點。

(圖片說明：凌晨3點到6點間JFK機場的出租車接送客情況;圖片來源：HubCab)

上面這張圖描繪了在凌晨3點至6點間，所有從紐約JFK機場上車和下車的出租車乘客的情況?？梢钥吹?，環(huán)繞機場密密麻麻的都是黃色乘車點。也就是說在3點到6點，依然有大量的乘客從機場奔向紐約這個不夜城中去。

HubCab將紐約地圖以40米為單位切分成了20萬個街道塊，描繪出了紐約超過13500輛黃色出租車，在這20萬個街道塊上可能出現(xiàn)的400億個軌跡圖。這項分析不僅展示了人們是如何在城市中移動的，也通過開始和結(jié)束時間連接了每一次旅行的上車和下車的地點情況。研究人員通過這些數(shù)據(jù)可以計算“拼車”的機會，也可以介紹“共享網(wǎng)絡”的概念。最終結(jié)果顯示：乘客只需要犧牲一點點便利成本，共享拼車模式就可以減少紐約40%的通勤線路，從而減少汽車尾氣排放，為數(shù)以百萬計的城市人口提升經(jīng)濟效益。

MIT：物聯(lián)網(wǎng)才是智慧城市的未來

在MIT的研究者看來，上面給出的紐約拼車的解決方案，是物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的產(chǎn)物，屬于“感知城市”(Senseable City)的一個典型案例。

什么是“感知城市”呢?這是相對于“智慧城市”(Smart City)而言的一個概念。MIT認為，最近幾年，“智慧城市”這個術(shù)語簡直要被玩壞了。從市民參與到Zipcar(美國一家以汽車共享為理念的網(wǎng)上租車公司)，從開放數(shù)據(jù)到Airbnb，從共享單車到寬帶網(wǎng)絡，“智慧城市”這個詞無處不在。

這也是為什么MIT用“感知城市”來替代“智慧城市”的原因。因為感知城市的中心更側(cè)重于人，而不是機器。“感知”這個詞還有一個雙關(guān)意，它既代表“可感知”，也代表“可被感知”。所以MIT感知城市實驗室關(guān)注的都是人，而不是某項技術(shù)。

在“感知城市”的概念下，MIT認為，物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)分析才是未來。如今，數(shù)據(jù)“已經(jīng)逐漸變成我們感知世界的一個部分”。各種各樣的傳感器安裝在我們的手機中、電腦上、汽車里，甚至在路燈和建筑物上。數(shù)字技術(shù)已經(jīng)開始融入城市的肌理中。它們以主動或被動的方式，從我們的日常生活中搜集了大量的數(shù)據(jù)。大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡，使得空間能夠被感知、相互通信和激活。這讓物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)上變得可能。

物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)分析的奧妙在于，它能夠讓我們從混亂無序的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)潛藏在其背后的故事，并理解這其中的前因后果。最終用技術(shù)來更好地設計我們的城市。就像前面提到的拼車方案一樣。

在紐約，每年超過1億7000萬條的出租車行駛數(shù)據(jù)揭示了這個城市人口活動的脈搏。這種拼車型的共享經(jīng)濟模式，在未來會隨著無人駕駛技術(shù)的成熟而加速城市的交通循環(huán)。車輛開始通過互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，一個巨大的“移動網(wǎng)絡”將逐漸形成。

這個“移動網(wǎng)絡”能夠從不同的運輸方式上收集數(shù)據(jù)，匯聚實時的交通信息數(shù)據(jù)：什么時候，在哪里，以什么交通方式和移動速度等。想象一下，你有一個獨特的平臺，它可以共享所有交通工具運營商的移動信息，為在線交通和物流服務提供更加透明的市場環(huán)境，也為所有用戶和企業(yè)提供一個公平競爭的舞臺。

MIT研究表明，這種移動平臺能夠使新加坡這樣的城市，在不降低交通運輸效率的情況下，減少五分之四的運營車輛。這樣的優(yōu)化系統(tǒng)能夠極大地降低城市移動基礎設施的運營成本，以及交通和建筑物的能源消耗。

更少汽車代表著更短的出行時間，更少的擁擠和更小的環(huán)境影響。

誠然，除了技術(shù)難題，拼車方案離真正實現(xiàn)可能還有一些社會問題需要考慮。比如，拼車模式會消耗乘客更多的時間;又或者，你會犧牲一些私人空間。拼車往往都是與陌生人一起共享這段旅程，在出租車這種狹小的環(huán)境里，很多人不適應與陌生人交流。但是，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的趨勢早已開始，共享生活的未來已經(jīng)朦朧可見。