這種情況想必大家都經(jīng)歷過(guò)：上下班高峰，節(jié)假日出游，小到亂成一團(tuán)的十字路口，大到停車場(chǎng)一樣的高速公路，堵車已經(jīng)是現(xiàn)代社會(huì)的標(biāo)配。

但如果這種情況被螞蟻看在眼里，肯定是一臉問(wèn)號(hào)。

堵車？什么玩意？從來(lái)沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)。

作為世界上，為數(shù)不多跟人類一樣有 " 雙向車道 " 的生物，螞蟻卻從來(lái)不會(huì)堵車，就算是幾千上萬(wàn)只的集體出動(dòng)，也最多是行動(dòng)遲緩，絕不會(huì)堵住道路。

那它們到底是怎么做到的呢？人類是不是也可以學(xué)習(xí)螞蟻的方式來(lái)解決城市擁堵？大家好，今天跟大家聊聊，為什么我們這么堵，而螞蟻為什么從來(lái)不堵車？

你有沒(méi)有覺(jué)得堵車變得越來(lái)越頻繁了？在中規(guī)院發(fā)布的 2024 年度報(bào)告中，全國(guó) 36 個(gè)主要城市工作日高峰平均運(yùn)行速度為 20.3km/h，比 2022 年下降了 2.4km/h，總體處于中度擁堵?tīng)顟B(tài)。

其中，92% 的城市（ 33 個(gè) ）速度處于 18~25km/h 之間，處于中度擁堵?tīng)顟B(tài)。2022 年輕度擁堵的城市本年度均滑落至中度擁堵。

蘭州、北京、廣州平均速度都低于 18km/h，屬于嚴(yán)重?fù)矶聭B(tài)勢(shì)。堵車面前，人人崩潰。那我們到底為什么會(huì)堵車呢？

車多路少

一個(gè)客觀原因是，每個(gè)城市的機(jī)動(dòng)車保有量都越來(lái)越大。

拿杭州來(lái)說(shuō)，2020 年的機(jī)動(dòng)車數(shù)量是 311.9 萬(wàn)，2025 年就增長(zhǎng)到了 479 萬(wàn)輛，平均每年多出 33.42 萬(wàn)輛機(jī)動(dòng)車。

保守估計(jì)在 2030 年，這個(gè)數(shù)字會(huì)達(dá)到 720 萬(wàn)，是 2020 年的兩倍還多。但相對(duì)應(yīng)的路網(wǎng)承載能力并不會(huì)增長(zhǎng)的這么快。一般來(lái)說(shuō)，道路總長(zhǎng)越多，車道容量就越大。

我們就拿路網(wǎng)密度來(lái)說(shuō)，2023 年杭州市路網(wǎng)密度為 7.8 公里 / 平方千米，全國(guó)排名第六，比前一年增長(zhǎng)了 2.63%，而全國(guó) 36 個(gè)主要城市年增長(zhǎng)率的平均值是 1.9%。

相比于機(jī)動(dòng)車保有量動(dòng)不動(dòng)就是十個(gè)點(diǎn)的增長(zhǎng)，路網(wǎng)密度是永遠(yuǎn)趕不上機(jī)動(dòng)車增速的。所以堵車的第一原因就是車多路少。

城市規(guī)劃

但是修建更多更寬的道路就一定能解決堵車問(wèn)題嗎？并不一定。北京是典型的低路網(wǎng)密度和毛細(xì)血管不足的城市，它以 6.0 公里 / 平方千米的路網(wǎng)密度在全國(guó) 36 個(gè)主要城市中排名第 23 位。

同時(shí)又是世界上平均路寬最寬的城市，達(dá)到驚人的 14.64 米，它的主干道承擔(dān)了 60% 以上的交通量。

相比之下東京的平均路寬是 6 米，其中車道寬度在 13 米以上的 4 車道道路僅占道路總長(zhǎng)度的 1.51%，但擁堵程度卻遠(yuǎn)低于北京。

這就是誘導(dǎo)需求和詭異的布雷斯悖論，路越多越寬，反而越堵。有時(shí)候交通擁堵并不是由道路供給不足引起的，而是過(guò)度需求的產(chǎn)物。

道路寬了，人們出行的需求會(huì)增加，而且大家都會(huì)選擇最寬最好走的那條路。同時(shí)，更寬的路會(huì)讓很多司機(jī)下意識(shí)的加速，頻繁變道超車，整體的流暢度就會(huì)下降。

所以你能看到，北京四環(huán)在四次拓寬后，高峰期仍然會(huì)堵車。

行車不規(guī)范

然而堵車最核心的原因，是人。有時(shí)候堵成停車場(chǎng)的一段路，開(kāi)到源頭你會(huì)發(fā)現(xiàn)，什么都沒(méi)有。

沒(méi)有事故，沒(méi)有施工，就是這么自然而然的堵上了。這就是 " 幽靈堵車 "。

當(dāng)前方的車輛出現(xiàn)剎車或減速時(shí)，后方的車輛也會(huì)隨之減速或剎車，于是車輛間的距離就會(huì)過(guò)短，導(dǎo)致更頻繁剎車，這種趨勢(shì)不斷地向后蔓延，就會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，直到堵成停車場(chǎng)。

司機(jī)的急剎車、隨意變道，該快不快都會(huì)導(dǎo)致幽靈堵車，在每小時(shí) 40 公里的勻速狀態(tài)下，一腳急剎就能影響 10 到 20 輛車，通行時(shí)間增加 20%-30%。

憑借著人類的反射弧和 " 我先走 " 的執(zhí)念，硬生生制造出一條看不見(jiàn)的墻。人的差異性與非理性行為，才是堵車的終極根源。

反觀螞蟻，卻從來(lái)不會(huì)這樣。

2019 年，亞利桑那州立大學(xué)與動(dòng)物認(rèn)知研究中心等機(jī)構(gòu)的研究人員做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。他們把阿根廷蟻分成不同數(shù)量的蟻群，從 400 只到 25600 只不等，想看看會(huì)不會(huì)螞蟻多到一定數(shù)量，也會(huì)交通癱瘓。

研究人員在蟻群和食物之間搭建了一座橋，并且設(shè)計(jì)三種 5，10，20 毫米三種不同寬度的橋梁，然后進(jìn)行了 170 次實(shí)驗(yàn)，每秒記錄流量和密度。

隨著越來(lái)越多的螞蟻?zhàn)呱蠘?，密度不斷增加，流量也越?lái)越大，當(dāng)密度增大到一定程度，螞蟻的平均速度會(huì)逐漸下降，但流量卻保持不變，甚至還會(huì)增加，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)一次擁堵的情況。

人類的車流在道路占用率達(dá)到 40% 時(shí)就會(huì)開(kāi)始擁堵，而螞蟻群體占用 80% 的道路面積仍能保持暢通。它們到底是怎么做到的呢？

路再窄，不著急

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在蟻群密度還比較小，路上同伴不多的時(shí)候，螞蟻會(huì)逐漸加快速度，直到流量達(dá)到最大值。而密度一旦超過(guò)閾值，它們就開(kāi)始放慢速度。螞蟻似乎能夠評(píng)估前方道路的擁擠程度，然后以犧牲速度換來(lái)更大流量。

所以不管換成多窄的橋面，螞蟻始終保持相同的流量，不會(huì)因?yàn)橄伻好芏仍黾佣鴾p少流量。

而且它們?cè)谝捠郴虬峒視r(shí)會(huì)形成 " 蟻道 "，就好像有螞蟻畫了車道線一樣，會(huì)主動(dòng)形成雙向甚至三向通道，隊(duì)列一旦建立，就相對(duì)穩(wěn)定地行進(jìn)。

個(gè)體之間不會(huì)頻繁變道、互相搶位。同時(shí)，螞蟻群體行進(jìn)時(shí)速度幾乎一致，誤差 <5%，而人類車流速度差異可達(dá) 30% 以上，所以它們不存在急剎問(wèn)題，微小的速度波動(dòng)也不會(huì)被放大成 " 幽靈堵車 "。

信息素與自組織

除此之外，螞蟻們還有一個(gè)法寶，信息素。你會(huì)發(fā)現(xiàn)螞蟻們總能找到高效的食物獲取路線。

對(duì)于某一只螞蟻來(lái)說(shuō)，它的覓食路徑選擇規(guī)則極為簡(jiǎn)單直接，就是隨大流。

螞蟻在行動(dòng)過(guò)程中通過(guò)向體外分泌信息素在經(jīng)過(guò)之處留下痕跡。后面的螞蟻再次途經(jīng)該路徑時(shí)，將優(yōu)先選擇信息素濃的方向前進(jìn)。信息素濃的路徑代表著有更多的螞蟻曾經(jīng)途經(jīng)，也就是比較好的線路。

如果某條蟻道上螞蟻過(guò)多，信息素往往會(huì)因螞蟻踩踏而加速蒸發(fā)，而另一些螞蟻發(fā)現(xiàn)了新的、相對(duì)暢通的路徑，則會(huì)建立另一股信息素標(biāo)記，起到分流作用。通過(guò)信息素的動(dòng)態(tài)平衡，螞蟻會(huì)自動(dòng)避免出現(xiàn) " 過(guò)度擁堵 "。

" 氣味導(dǎo)航 " 相當(dāng)于人類交通中 " 道路 + 指示牌 + 導(dǎo)航 APP " 的作用，讓整個(gè)蟻群高效地集中在最優(yōu)路線上。

這種基于種群尋優(yōu)的啟發(fā)式搜索算法，也被稱作蟻群算法 ( Ant Colony System，ACS ) ，在 1990 年被意大利科學(xué)家馬可 · 多里戈等人首次提出。

北京交通大學(xué)曾做過(guò)基于蟻群模型的交通流仿真實(shí)驗(yàn)。他們?cè)诒本┦兄行牡囊恍┲鞲傻郎?，利用傳感器?shù)據(jù)和實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，模擬蟻群算法實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在部分高峰時(shí)段，利用基于蟻群算法的自適應(yīng)信號(hào)控制策略，使某些繁忙路口的通行效率提升了 15%~25%，緩解了部分的交通擁堵。

而蟻群算法也被用到除交通以外的很多領(lǐng)域，比如物流路徑規(guī)劃。2000 年左右，美國(guó)西南航空公司在貨運(yùn)方面遇到了麻煩。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，西南航空公司借鑒了螞蟻的工作模式。

當(dāng)?shù)蟮南伻核惴ū粦?yīng)用于西南航空的問(wèn)題時(shí)，貨運(yùn)站的轉(zhuǎn)運(yùn)率降低了 80％，貨物搬運(yùn)人員的工作量減少了 20％。

共同的目的

然而蟻群不堵車的絕對(duì)核心，是它們毫不自私。螞蟻們信奉 " 群體利益高于一切 " 的準(zhǔn)則，沒(méi)有 " 我要先過(guò)去 " 的情緒，也沒(méi)有超車動(dòng)機(jī)，它們只確保群體整體效率最大，個(gè)體對(duì)自己通行速度的得失一點(diǎn)也不在乎。

它們的通行基于合作帶來(lái)的群體生存，而非競(jìng)爭(zhēng)。

但人類在交通上永遠(yuǎn)是競(jìng)爭(zhēng)的姿態(tài)，尤其是在擁堵的路上，每個(gè)人都以自己的利益為先。變道，加塞，超車，搶行……誰(shuí)都想著 " 我先過(guò) "，結(jié)果就是每個(gè)人都被嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)地堵在路上。

所以這一點(diǎn)是人類永遠(yuǎn)也學(xué)不來(lái)的。要是能解決人類的自私問(wèn)題，別說(shuō)堵車，世界和平也給實(shí)現(xiàn)了。但我們?nèi)匀荒軓奈浵伾砩蠈W(xué)到一些經(jīng)驗(yàn)，解決部分交通擁堵的問(wèn)題。

信息素啟發(fā)的最佳路線

比如通過(guò)模擬螞蟻釋放信息素的機(jī)制，實(shí)時(shí)更新道路擁堵數(shù)據(jù)，為車輛提供動(dòng)態(tài)最優(yōu)路徑。

如果是自動(dòng)駕駛，就能讓車和車之間實(shí)時(shí)交換 " 賽博信息素 "，遇到擁堵點(diǎn)，系統(tǒng)能自動(dòng)將車輛分流到暢通道路。

同時(shí)還可以將蟻群算法加入到城市道路的紅綠燈配時(shí)上，現(xiàn)在大部分城市的交通信號(hào)燈還是固定時(shí)長(zhǎng)，如果通過(guò)信息素實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)，會(huì)緩解更多交通壓力。

新加坡交通局在 2019 年將蟻群算法加入到交通信號(hào)控制系統(tǒng)后，交通擁堵就減少了 20%。

城市交通設(shè)計(jì)

除了算法層面的啟發(fā)外，螞蟻群體通行的一些策略對(duì)改進(jìn)城市的道路物理設(shè)計(jì)也有幫助。

螞蟻在流量增大時(shí)會(huì)開(kāi)啟多條平行路徑來(lái)分散交通，還會(huì)根據(jù)任務(wù)和方向自發(fā)形成不同 " 車道 "，負(fù)重返巢的螞蟻往往走中間直線，而外出覓食的螞蟻靠邊行進(jìn)，從而形成分隔的雙向車流。

與之對(duì)應(yīng)的，城市規(guī)劃中也應(yīng)該注重冗余路網(wǎng)的設(shè)計(jì)，避免所有車輛過(guò)度集中于少數(shù)主干道。

在道路設(shè)計(jì)上也可以分隔不同類型的車流來(lái)減少相互干擾。比如設(shè)置公交專用道、貨車專用道或慢車道，使速度不同或性質(zhì)不同的車輛各行其道，防止混行導(dǎo)致的頻繁變道和沖突減速。

另外，雖說(shuō)我們不可能完全做到像螞蟻一樣完全無(wú)私，但在馬路上各自為戰(zhàn)的時(shí)候，也應(yīng)該學(xué)學(xué)螞蟻的心態(tài)：別總想著把路當(dāng)作獨(dú)木橋，而是學(xué)會(huì)按部就班、協(xié)同作戰(zhàn)。

當(dāng)我們只關(guān)注自身短期的利益和速度時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)反而會(huì)陷入無(wú)休止的 " 擁堵 " —— 不僅僅是道路上的車流，還是經(jīng)濟(jì)、文化乃至社會(huì)協(xié)同的各個(gè)層面。

也許真正的進(jìn)步，不在于加寬道路，而在于每個(gè)人都學(xué)會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中合作，在紛繁復(fù)雜的局面中尋找共同的秩序。

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撰文：白云蒼狗

編審：蛋布利多 & 結(jié)界 & 小鑫鑫

視頻制作：Je77ery & 上進(jìn) & 小新 & 胡尼

美編：煥妍

圖片、資料來(lái)源：

堵車？螞蟻：那是因?yàn)槟銈內(nèi)祟愄运搅?- 果殼

Experimental investigation of ant traffic under crowded conditions -elife

避免交通阻塞的螞蟻 - 泛科學(xué)

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