智能运输系统：新的挖掘点和措施

虽然2.1节介绍的元层原理适用于任何领域，并且都可能会带来巨大的进步，但是在本书中我们将重点研究ITS这一领域。从本质上来说，ITS就是一座矿藏，它不产生任何具体的物质产品，诸如煤矿、黄金或者钻石等，但同时它也不会枯竭，它是能让世界变得更美好的智慧思想的源泉。鉴于我们对文明的渴望正迅速地从物质转变为思想，对ITS这个矿藏的认识来得非常及时。建造摩天大楼和大桥已不再是空想，我们已经成功建成了很多，这已经没什么稀奇的了。我们正在寻找能帮助我们进一步成长的新挑战，这些挑战将主要存在于想象的世界里。有这样一个例子，现在听起来可能比较荒谬，但是将来肯定会实现，那就是希望能与Panini进行一次有意义的交流，问问他为什么以及怎样创造了梵文语法，这样说不定我们就能够为某种新计算机设计出一种全新的计算机语言。另外一个现在看来同样荒谬的例子，就是去询问阿基米德他为什么要发明里程计，而且在罗马公路沿线作英里标记，除了为罗马帝国制定作战计划、保障后勤以镇压叛乱这个众所周知的目的之外，还有什么其他原因？第三个例子是我们非常希望能与托马斯·杰斐逊进行真诚的交流，以得到他对于那部给现代人带来困扰的《人权法案》中各种问题的见解。在创作《人权法案》时，他和他的同事关心的是什么，恐惧、幸福还是对美国未来的希望？这些见解对未来任何一个可能产生的新政权来说都会是无价之宝。当然，我们也明白，无论多么复杂的推理技术、多么先进的计算机记忆模型、左右大脑的非线性相互作用、建模与仿真技术，都无法让时间倒流。

我们的发掘工具将包括我们所熟悉的原理、概念、理论和科学、数学、计算机科学、电子工程、生物制药、力学、土木和航空工程、经济、商务、会计、人类学、艺术和哲学等各学科各自掌握的规律，在此基础上，还会用一种前所未有的方式将它们融合起来。也就是说，我们的发掘技术将建立在智能和发散型创造性思维的基础上：即我们挖掘得越深，就会有越来越多的可能性出现，我们可能从中获得更好的知识，但也可能面临越来越复杂的子原则；我们爬得越高，就可能会得到越多更具体、更先进、更完整的理念，也可能使我们的思想不断变得更开阔。我们把这种新的方法称为跨学科的研究和教育理念。然而，关于跨学科研究和教育的详细范例讲解超出了本书的范围，在这里我们只介绍几个关于如何使用这种方法的例子，6.7节和6.8节中将为读者提供更多相关的讨论。

第一个事例是这样：J.C.Bose之所以出名是因为他在1895年首次发现了无线电^[9]，但是很少有人知道大约60年后，他为贝尔实验室发明晶体管所做的工作。Bose曾经痴迷于麦克斯韦的高频电磁波存在假设和赫兹关于在10～60GHz微波段范围内能产生高频电磁波的证明，但是不知道如何检测它们的存在。今天，每一个移动电话都有一个微波检测器，但是在19世纪90年代，微波绝对是一个谜。Bose提出了一种新颖的方法来探测60GHz的微波。他用不同的金属和材料做成一些不同的接头，用电线把他们连接成了一个电路，并和一个非常灵敏的电流检测器相连。当他把接头暴露在微波下时，电路就会显示出了瞬间电流迹象。他这种测试仪器敏感性的设计方法完全是由他的科学好奇心所激发的：植物是否会和人类有类似的反应？它们是否也是“活着的”？尽管科学史并没有告诉我们他选择这个方法的原因，但还是为我们提供了一个符合逻辑的解释。我们都知道，双金属片的使用可追溯到远古时代，它们通常被广泛用于建造坚固的战车车轮。这两种金属片在加热和冷却时的膨胀性和收缩性不同。天才J.C.Bose一定思考过：任何两种材料都不具有绝对相同的性质。因为金属可以导电，并且电磁场和电流彼此相关，当不同材料的接头组成部分暴露在微波下时，很有可能表现出不同的电性。很显然，Bose就是一个跨学科的科学家，或许是现代最早的跨学科科学家之一。他的思想里融合了电磁学、放射学、电力学、化学、冶金、植物生理学等各个学科的概念和原理。

第二个事例是一个不太常见的问题^[10，11]。在20世纪90年代中期，加利福尼亚州的71号公路需要维修。在维修期间，71号公路上的交通流将被迫分流到另一条公路即83号公路上去，维修期预计是6～12个月。每天交通量的最大增量估计会发生在下午，每小时约增加580～1460辆车。这一增量会使噪声级别提高3～4dB。美国鱼类和野生动物保护组织担心这会影响到一些濒临灭绝的鸣鸟类物种的生存环境，其中一种叫贝尔氏绿鹃的鸟，就生活在83号公路沿线约200ft（1ft=0.3048m）长的范围内，周围环境噪声级的增加会给这种鸟类的生存环境带来不利影响。成年的鸟可能因惊吓，会丢下自己的蛋和脆弱的幼鸟而独自离开，最终可能导致整个种群内鸟的数量越来越少。另外，也有人认为道路噪声的增加妨碍了鸟类互相传递听觉信号，这些信号往往是鸟类互相传达有危险的信息、发现食肉动物以及照看幼鸟等信息的主要手段。美国鱼类和野生动物保护组织与加利福尼亚州的运输部门（DOT）的谈判陷入了僵局。这时，一个在信号（S）、噪声（N）和噪声比率（S/N）等方面开展过深入研究的专家提出了一个独特的方案。他认为，尽管周围存在噪声（N），这种鸟仍能活下来，这意味着S/N比率（其中S代表鸟类的听觉信号强度）还在鸟类的容忍极限范围内。显然，如果信号噪声比率S/N能维持在当前水平，公路建设就可以继续进行。为此，接下来做了这样几件事：首先，测量和记录当前83号公路沿线的噪声水平，记为N1。显然，鸟类已学会了忍受N1的环境。早在1987～1988年间，生物学家John Rieger就已经计算出了鸟类对噪声的容忍极限在60dB。其次，公路部门将把83号公路上的限速从55mile/h降到35mile/h，并沿83号公路建造了隔音屏障，以控制道路噪声增长水平；此外，当71号公路上的交通开始向83号公路分流时，连续监测隔音屏障外侧的噪声级，以确保噪声级别绝对不会超过N1。这个计划后来执行得非常顺利。(www.xing528.com)

第三个事例是关于在亚利桑那的一间学校里做过的一个实验。首先，给一组学生分配一些阅读任务，其中一个任务是跟第二个事例有关的。在最后的测试中，要求学生回家完成，并回答一个问题。这个问题的背景是：日本的关西机场^[12]是一座建造在大阪湾的人造岛，修建时，特意选择远离日本大陆的地方，以便使它能一年365天每天24h不停地运作，而不会导致大阪居民失聪或失眠。在离大陆这么远的地方修建机场，意味着水下建筑结构将不得不面对冲积土和洪积层的问题。人们对冲积土的特性，特别是在承受沉重负荷时的特性已经基本了解，然而洪积层的特性却还相对未知。这直接导致了在施工过程中遇到严重的问题：整个岛沉没得比预期更快更深，更严重的是整个岛并不是均匀下沉的。最终的结果是建设成本超支了几十亿美元，延迟一年后该机场才得以开放，并且直至今天，还不得不面对岛屿继续下沉的险峻形势。对于这个问题，要求学生们查阅每一个关于这个主题的文件，这本身就很具有挑战性，因为日本政府已经抹去了一切可得到的记录以避免公众恐慌。老师要求学生一方面研究下沉这个难题，另一方面深刻反思问题的根本所在，提出纠正的措施，并为未来岛内建设机场的设计指南提出建议。学生们给出了非常简单但很出色的答案：正如加利福尼亚州83号公路沿线保护濒危鸟类的例子一样，关西项目团队本应该首先根据机场的不同设计交通量规模计算可能产生的不同噪声级别，了解在径向方向随着远离机场距离增加，噪声逐步减弱的情况，然后综合实际测量、调查和计算机模拟的结果来确定白天和晚上人们可容忍的平均噪声水平（例如，纽约州的法律明确将所有噪声水平限制在90dB）。有了这两组数据，项目团队就能计算出机场应该在大海中离大陆多远的地方。我们相信，这个机场的位置本应更接近大陆，那就可能完全避免洪积层的难题。这个建议虽然看似简单，有马后炮之嫌，但是并非微不足道。相反，日本团队如果早些采用这种方式，就可以避免后来遇到的那些巨大的困难。

为了更清楚地看到发掘ITS这一矿藏的各种可能途径，再来看下面的例子，这同样是一个真实的故事。如果有人驾车到达拉斯-沃思堡国际机场接一个来自国外的游客，他一般会把车停在国际抵达航站楼（D）并且步行到休息室，因为进站旅客在成功地完成了海关和入境手续后也会被引导到这里。海关和出入境大厅通往休息室的门外是一个显示国际航班和它们的预定到达时间的电子信息板。休息室里都是来接朋友和家人的人。过了一会儿，很多人会变得很不耐烦，因为航班到达时间过了好久，却还没有看见他们的朋友或亲人的身影。电子显示板从来不显示某航班是否延迟或降落等信息，因为这些信息在机场和航空公司各自的网站上一应俱全，但休息室中的等待者却看不到这些信息。再看另外一个例子，也是一个真实故事。琼斯先生乘坐从伦敦到纽约的航班，经过7h飞行到达肯尼迪机场，这时他非常想赶快回到市内的家中，但他不知道外面正在下大雪。他快速通过海关和出入境大厅，跑到航站楼外面叫了一辆出租车，结果又在路上耗费了8h，因为此时整个城市正处于交通堵塞之中。因为刚刚抵达纽约，琼斯先生是不可能预先知道这个城市的驾驶条件的，但是当地的主要交通官员却是知道这些信息的。只要告诉琼斯先生这种情况，他完全有可能会选择步行到附近的旅馆先登记入住，或在机场贵宾室过夜，甚至只是在机场坐下来吃个漫长的晚餐，这样就不会遇到交通堵塞了。这两个简单的例子揭示了潜在问题的严重性：如今，信息技术（IT）正在迅速退化成盲目提供信息服务的手段，却没有考虑如何才能使这些信息被有需要的人更好地利用，反而可能误导人们，或者在错误的地点错误地使用了错误的信息。这反过来又为我们提供了一个巨大的机遇，即在那些熟悉交通信息及其含义的交通部官员和那些能获取最新信息并能确定及时呈现信息的最佳形式的IT专家之间建立宝贵的合作关系，给最需要的人提供尽可能多的信息，这样才能给社会带来最大效益，使信息真正地服务于社会。