红绿灯为什么会设计成红黄绿三种颜色？是否有迭代进化的过程？是否有不一样的设计？

你想了解交通信号灯颜色设计的历史演变、科学依据，还是不同国家或地区是否存在特殊的设计？

我都想了解。

交通信号灯的红、黄、绿三色设计是如何确定的？是否经历过迭代演化？以及全球范围内是否存在其他不一样的设计？这些问题都很有趣，我会深入研究。

我将调查以下方面：

  • 历史演变：交通信号灯的起源，以及颜色选择的历史。
  • 科学依据：为什么选择红、黄、绿，而不是其他颜色？是否有生理学或心理学的考量？
  • 迭代进化：交通信号灯是否经历过颜色或功能上的变化？
  • 全球差异：不同国家或地区是否采用了不同的设计？是否有特殊或创新的信号灯设计？

我会整理相关信息，并向你汇报研究结果。

历史演变

起源和早期发展：现代交通信号灯的诞生可以追溯到19世纪中叶，灵感源自铁路信号系统。当时铁路上通常采用红色表示停车，白色表示通行，绿色表示警告。然而这种方案存在安全隐患：夜间机车司机可能将远处的白灯误认作星光，以为可以通行 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。1914年甚至发生过因红色透镜脱落、白光误显导致的火车相撞事故 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。此后铁路迅速改用绿色表示“通行”、黄色表示“警告”，以取代容易混淆的白色 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。

在道路交通方面，世界上第一盏交通信号灯于1868年12月在伦敦议会大厦外安装 (Traffic light - Wikipedia)。它由英国工程师约翰·皮克·奈特（J. P. Knight）设计，借鉴了铁路臂板信号的理念 (History of traffic lights - Wikipedia)。白天通过伸缩臂指示“停止”或“注意”，夜晚则使用红、绿煤气灯分别表示停车与谨慎通行 (History of traffic lights - Wikipedia)。这套装置高约6.7米，由警察手动控制旋转灯臂 (History of traffic lights - Wikipedia)。虽然初期运行一切正常，但仅一个月后由于地下煤气泄漏引发爆炸，操作的警员严重烧伤，信号灯被迫拆除 (History of traffic lights - Wikipedia)。此后近40年内，伦敦乃至世界各地都没有再尝试安装交通信号灯 (Taking On Traffic: A Closer Look at the Signals | Picture This)。

20世纪初，随着汽车数量激增，各大城市开始重新探索交通信号设备。早期的解决方案多为人工操作：例如美国一些城市在街头设置了高架的交通指挥塔，由警察站在塔上通过手动切换红绿灯或挥动标志指挥交通 (History of traffic lights - Wikipedia) (History of traffic lights - Wikipedia)。下图展示了1910年代美国底特律街头的交通情景：警察站在带有信号灯的塔台上，用喇叭指挥四向车辆通行 (Taking On Traffic: A Closer Look at the Signals | Picture This)。

1910年代美国底特律的交通信号塔，由警察在塔上手动切换信号并用扩音器指挥交通 (Taking On Traffic: A Closer Look at the Signals | Picture This)

电气化与三色信号的出现：1912年，美国犹他州警官莱斯特·怀尔（Lester Wire）发明了第一套电气交通信号灯，他将红色和绿色灯泡安装在木箱中并上杆悬挂 (Traffic light - Wikipedia)。1914年8月5日，美国克里夫兰市正式启用了由詹姆斯·霍格（James Hoge）设计的电动红绿灯装置，安装在繁忙的尤克利德大道与105街交叉口 (Traffic light - Wikipedia)。这两种早期电气信号仅有红和绿两色，通常附有蜂鸣器或口哨提示转换。最初并没有黄色灯，车辆需在红灯后直接等待绿灯或根据警察指示行驶。

1920年，底特律警官威廉·波茨（William Potts）受铁路信号启发，在红绿灯之间增加了黄色（琥珀色）灯，发明了世界上第一套三色交通信号灯 (Traffic light - Wikipedia)。波茨制作的装置可同时控制四个方向，被安装在底特律市伍德沃德大道与福特街的十字路口 (First Tri-Color, Four-Directional Traffic Signal, 1920 - The Henry Ford)。增加黄色作为中间过渡极大提高了安全性，到1930年代中期红-黄-绿三色标准已被广泛接受 (First Tri-Color, Four-Directional Traffic Signal, 1920 - The Henry Ford)。1923年，美国发明家加勒特·摩根（Garrett Morgan）也获得了一项交通信号专利，他设计的T型信号杆同样包含三个位置，用以手动控制各方向交替通行 (Traffic light - Wikipedia)。可以说，1920年代是交通信号从人工管制向自动灯控转变的关键时期。

标准化与全球推广：随着汽车在全球普及，各国很快认识到统一交通信号的重要性。美国于1935年出版了首版《统一交通控制装置手册》（MUTCD），明确规定全国范围内采用红、黄、绿三色灯作为交通信号标准 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic) (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。欧洲等地则通过1968年的《维也纳道路标志与信号公约》实现国际统一，规定三色信号灯必须为红、琥珀（黄）、绿三种不闪烁的圆形灯光 () ()。自此，红黄绿交通灯成为全球通用语言，被安装于世界各地的路口、行人横道和高速公路出入口 (Traffic light - Wikipedia) (Traffic light - Wikipedia)。例如，中国第一批交通电灯于1928年出现在上海南京路口；欧洲许多大城市也在20世纪20-30年代陆续引入电控红绿灯系统，实现了交通管理的现代化。

科学依据

选择红、黄、绿的原因：交通信号选用红、黄、绿三色，既有历史沿革也有科学考量。首先，红色历来被视为危险警示色，在自然和社会中都代表警告或禁止，例如红旗、红灯笼等传统用法。这种文化认知使司机对红灯产生本能的紧迫感 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic) (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。从物理角度看，红光波长最长，在空气中发生瑞利散射最少，因此穿透雨雾尘埃的能力最强 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。这意味着红灯在恶劣天气和远距离情况下依然清晰可见，不易被其他杂光干扰 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。无论是由于波长优势、与绿色背景（树叶）的对比，还是与血液危险的联想，红色最终成为“停止”信号的不二之选 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。

绿色之所以用于“通行”，一方面是与红色形成鲜明反差，颜色心理学上给人“安全”“前进”的暗示 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。在人眼视觉中，绿光位于光谱中段，容易被区分又不刺眼。历史上，当铁路将绿色从“警戒”改为“通行”后，这一定义也沿用到道路交通信号中 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。绿色灯亮起时，驾驶者会本能地认为“道路畅通，可以前行”，产生积极的行动信号 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。

黄色（琥珀色）作为中间过渡色，起到提醒和警告作用。当红灯即将转为绿灯（或绿将转红）时，亮起的黄灯提示司机做好准备 (Traffic light - Wikipedia)。黄色的物理波长介于红绿之间，人眼对黄光的亮度敏感度很高，因此黄灯非常醒目。早期在技术限制下，一些“停止”标志牌曾涂成黄底黑字以提高夜间可见度；后来反光材料出现后，停车标志才统一改为红底 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。尽管如此，黄色作为警示色的高可视性保留了下来，校车、交通标志牌等仍大量使用黄底以提醒注意 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。相较红色的严厉和绿色的放行，黄灯传达的是**“谨慎”**的心理信号，促使驾驶者提高警觉但不必完全停下。

人因工程和可视性：红黄绿三色在色相上间隔明显，能最大程度避免混淆。例如红色和绿色处于颜色光谱两端，黄灯则有独特的琥珀色调。加之交通信号灯通常有固定排列顺序（垂直方向红灯在上、黄灯居中、绿灯在下；水平方向则红灯在最左侧） (Traffic light - Wikipedia)。这种统一设计使司机即使在色觉受限时也能通过灯的位置判断含义。例如，红绿色盲的司机由于分辨红绿困难，更依赖灯的位置或亮暗模式来行驶。研究表明，通过改变信号灯的形状或布局也可帮助色盲人群识别信号 ( Colour-blind drivers’ perception of traffic signals - PMC )。一些地区曾经尝试在红绿灯镜片上加入不同形状的图案（如△表示慢行，○表示通行，□表示停止等）以辅助辨识。不过总体而言，颜色依然是交通信号传递信息的主渠道，形状和顺序则是重要的冗余补充，帮助各种驾驶者快速准确地理解信号含义。

迭代进化

颜色方案的演变：交通信号灯的颜色自1920年三色体系确立后基本未再改动，但在早期曾出现过一些不同方案。例如，纽约市在1920年前后曾采用过绿灯表示“停”、白灯或透明灯表示“行”这样的特殊配置 (A Brief History of Traffic Lights | Artsy)（很快被淘汰）。而铁路信号最初使用过的白色也因易与环境混淆而被摒弃 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。可以说，红-黄-绿作为一套彼此区别度最高、含义最直观的配色方案，经过实践证明是行之有效的。因此自20世纪中叶以来，全球各地几乎都遵循这一定式，并未出现第四种颜色的常规应用。但在特殊情况下，会通过闪烁或组合显示增加信息维度，例如红黄灯同时亮表示即将转绿（常见于欧洲） (Vienna Convention on Road Signs and Signals - Wikipedia)、深夜低流量时改用闪黄/闪红作为警示等。这些都是在不增加新颜色的前提下，对现有三色信号的功能扩展。

控制技术升级：除了颜色本身，交通信号系统在控制技术上不断演进。从人工手动到机械定时，再到电子智能，经历了多次迭代。1920年代初期出现了按固定时间周期变化的自动信号机 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)——最简单的定时控制往往导致车辆空等，因此很快有人开发出更智能的方法。例如1928年美国工程师查尔斯·阿德勒发明了一种对着喇叭声响应的信号灯：司机鸣喇叭即可触发红灯转换为绿灯 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。但因为噪音扰民，这一设计没有推广 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)。随后亨利·霍夫等人研制出压力感应控制系统，在路面埋入金属条感知车轮压力以切换信号 (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)，成为感应式交通灯的原型。到了1950年代，城市开始采用集中控制的计算机系统协调多个路口信号。比如1952年美国丹佛就上线了早期计算机控制的红绿灯网络 (Traffic light - Wikipedia)；1967年多伦多将159个信号接入中央计算机，根据交通检测自动调整配时 (Traffic light - Wikipedia)。此后，各国相继开发了自适应信号系统，如澳大利亚的SCATS、英国的SCOOT等，通过实时交通数据来动态优化红绿灯周期，从而减少延误和拥堵。

灯具与显示改进：在显示技术方面，交通信号灯也经历了从白炽灯泡到新光源的升级。20世纪中期之前，信号灯多采用白炽灯+有色透镜，灯泡寿命有限且能耗较高。1980年代末，发光二极管（LED）开始应用于交通灯。 (History of traffic lights - Wikipedia)1989年加利福尼亚州投入使用了全球首批LED交通灯 (History of traffic lights - Wikipedia)。LED灯具有亮度高、寿命长、节能等优点，一组LED面板可以由数百颗二极管构成，在整个信号面上均匀发光，避免了传统灯泡中心亮、四周暗的问题。同时LED响应速度更快，利于提高安全性。此外，LED还使得倒计时显示、动画提示等成为可能，如一些国家在红灯旁集成数字倒计时屏，提示剩余时间。

近年来，随着电子技术和传感网络的发展，交通信号正朝着**“智慧化”方向演进。例如，许多城市的红绿灯已经接入车流传感器、摄像头，能够根据实时路况调整放行时长（所谓自适应信号控制**）。车辆检测技术包括感应线圈、视频识别、雷达探测等，当检测到无车通行时，红灯会提前转换为绿灯，提高通行效率。更前沿的研究则探索车与路协同：美国北卡罗来纳州立大学的团队提出增加**“白灯”信号的概念，用于当大量自动驾驶车辆聚集路口时向人工驾驶者发出跟随通行的指令 (Technology: Proposed ‘white lights’ would assist self-driving traffic | ASCE )。根据这一设想，当自动驾驶汽车占据一定比例时，它们通过车联网互相协商通行顺序并触发路口亮起白灯，人类司机看到白灯则跟随前车通过路口，从而减少停车等待 (Technology: Proposed ‘white lights’ would assist self-driving traffic | ASCE )。虽然此类“第四信号灯”仍在模拟试验和学术论文阶段，但体现出未来交通信号与自动驾驶融合**的发展趋势。

全球差异

**国际标准与本地规范：**尽管世界各国交通信号灯的基本颜色与含义大致相同，但在细节设计和使用上存在一些地区差异。国际上由于《维也纳公约》的推广，大多数国家遵循统一的三色规则 ()。例如欧洲、中国和北美等地红黄绿灯的设置几乎一致，驾驶者无论身处何国都能识别。然而，也有少数国家未签署该公约并保留了自己的特点，比如日本。

日本的“蓝色”绿灯：在日语中，传统上用“青”(蓝)一词指代今天的绿色。日本在1930年代引入交通信号灯时，虽然灯光实际是绿色，但人们延续习惯称其为“青信号”（蓝灯）。为了解决语言与现实的矛盾，日本政府于1973年颁布法规，要求尽可能采用偏蓝的绿色作为通行灯的颜色——在物理上仍属于绿光，但肉眼看上去带有明显的蓝色调 (According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go - Atlas Obscura)。因此，日本街头的绿灯常被描述为“蓝绿”色，甚至交通安全教材中会用偏蓝的图例来表示绿灯 (According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go - Atlas Obscura)。下图展示了日本东京街头略偏蓝色的绿灯；尽管视觉上接近蓝色，但官方依然将其定义为绿色，而日常语言中人们则称之为“青灯” (According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go - Atlas Obscura) (According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go - Atlas Obscura)。

日本东京街头带蓝色调的“绿色”通行灯。日本文化中将绿灯称为“青”（蓝）色，1973年起日本法规也要求采用尽可能偏蓝的绿灯 (According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go - Atlas Obscura) (According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go - Atlas Obscura)

信号排列和闪烁差异：除了色调，日本与少数国家还习惯采用横向排列的红绿灯。在横向信号灯中，各国约定红灯一侧靠道路中央：如在靠右行驶的美国，横排灯从左至右为红-黄-绿；而靠左行驶的日本则相反，从右至左为红-黄-绿 (Designing a Colorblind-Friendly Traffic Light – Chromaphobe)。无论纵横排列，红黄绿的顺序在各国内部是固定的，以避免误判。另外，不同国家对黄灯和绿灯的闪烁用法有所区别。例如英国等欧洲国家在红灯转绿灯前会短暂亮起红+黄双灯表示即将放行，而北美地区则无此阶段 (Vienna Convention on Road Signs and Signals - Wikipedia)。一些国家（如俄罗斯、意大利等）会在绿灯结束前闪烁几次表示倒计时，提醒司机准备停车；也有不少地方直接在信号机上加装数字倒计时显示。夜间低流量时，欧洲和拉美的某些城市会将灯组改为黄灯闪烁状态，相当于路口改为示意让行而非强制停车的模式，而美国则更常见一方向闪红灯、侧向闪黄灯的组合用法。这些差异反映出各国交通管理策略的不同，但信号颜色及基本规则依然一致。

形状和特殊信号：为了照顾色觉障碍者，有些国家尝试过在信号灯设计上做文章。例如加拿大东部（魁北克省）曾在红绿灯中使用不同形状的透镜：红灯呈方形、绿灯呈圆形、黄灯呈三角形，以辅助色盲司机通过形状识别信号 (File:Colourblind traffic signal.JPG - Wikipedia)。尽管实践证明这对色盲群体有帮助，但由于增加制造和维护复杂度，后来这一做法被逐步废止 (Designing a Colorblind-Friendly Traffic Light – Chromaphobe)。目前更常见的是在灯背板上加装醒目边框提高对比度（如英国在信号灯后加黑底白边板，以便夜间辨识灯位 (Designing a Colorblind-Friendly Traffic Light – Chromaphobe)），或者通过宣传教育让色弱司机牢记“上红下绿”的位置口诀等。

创新和特殊案例：在全球范围，还有一些引人注目的交通信号创新或特殊实例。例如，美国纽约州锡拉丘兹市的提珀瑞山（Tipperary Hill）社区因爱尔兰裔居民的历史诉求，保留着全球唯一一盏上下颠倒的红绿灯。1920年代当地年轻人不满“代表英国的红色”居于“爱尔兰绿色”之上，多次打碎红灯，最后市政妥协将该路口的信号灯安装为绿灯在上、红灯在下 (Tipperary Hill - Wikipedia)。这一倒置信号沿用至今，成为当地文化地标。此外，为提高行人安全，荷兰、韩国等国近年试验在路缘地面安装LED灯带，同步红绿灯变化，以提醒低头看手机的行人注意信号变化 (Traffic light - Wikipedia)。再比如，一些繁忙城市推出公交优先信号和智能感应行人过街灯，通过增加特殊灯色或图标（如公交信号的白色条形灯、人行信号的倒计时数字等）来改善交通效率和安全。

总的来说，交通信号灯红、黄、绿三色体系经过一个半世纪的发展，已成为全世界通用的“道路语言”。其设计从最初的铁路信号改良而来，历经技术和管理创新，但核心原则未变：利用简明易辨的颜色和规范一致的显示方式，引导交通参与者安全、有序地通行。 (Traffic light - Wikipedia) (Traffic light - Wikipedia)各国在遵循这一全球准则的同时，根据自身文化和需求进行了细微调整，从而形成了丰富多彩又大同小异的交通信号灯设计。通过不断的科学研究和实践反馈，交通信号灯也将继续演变，例如未来与自动驾驶技术的结合，有望进一步提高交通系统的智能化水平 (Technology: Proposed ‘white lights’ would assist self-driving traffic | ASCE )。

参考文献：

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  2. BBC, The man who gave us traffic lights (History of traffic lights - Wikipedia) (History of traffic lights - Wikipedia)

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  4. Gordon M. Sessions, Traffic devices: historical aspects thereof (1971) (Traffic light - Wikipedia)

  5. Wikipedia百科，交通信号灯历史 (Traffic light - Wikipedia) (Traffic light - Wikipedia)

  6. North America Traffic博客, The Colour Psychology Behind Traffic Signals (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic) (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic) (The Colour Psychology Behind Traffic Signals - North America Traffic)

  7. IEEE ITS Journal, White Phase Intersection Control… (2023) (Technology: Proposed ‘white lights’ would assist self-driving traffic | ASCE )

  8. Atlas Obscura, According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go (According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go - Atlas Obscura) (According to Japanese Traffic Lights, Bleen Means Go - Atlas Obscura)

  9. 加拿大医学会杂志, Colour-blind drivers’ perception of traffic signals (1983) ( Colour-blind drivers’ perception of traffic signals - PMC )

  10. Chromaphobe博客, Designing a Colorblind-Friendly Traffic Light (Designing a Colorblind-Friendly Traffic Light – Chromaphobe)