交通拥堵远未解决科学难题.pdf

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1、交通拥堵：远未解决的科学难题.txt9月20日19时许，北京国贸桥下由东向西主路上，大量的公交车并道驶向辅路，导致后面的车辆拥堵。南方周末10月4日报道许多不同领域的研究者都投入到解决交通拥堵问题中。他们从不同的角度入手，建立了许多种数学模型，但至今尚未找到公认的建模过程中的首要法则。几个月以来的京藏高速大堵车，一段拥堵可以绵延十数公里，严重时一辆汽车每小时只能挪动大约10公里。车辆驶出拥堵路段之后不久，就又会进入下一个堵车带，如此往复。9月17日的一场小雨中，北京市区的交通也几近瘫痪，拥堵路段达到143条，创下历史记录。中秋节前夕，交通拥堵更是遍地开花

2、，大连市区出现罕见的大塞车，武汉、长春、长沙亦拥堵不堪。模型遭遇挑战交通拥堵和管理并不是新话题。1868年英国伦敦出现第一盏交通灯；大约一个世纪之前机动车开始量产。大量出现的机动车革新了陆路交通，也带来了前所未见的交通大拥堵。实际上，早在古罗马时代的庞贝城，交通管理就已经出现了。近年来，许多不同领域的研究者都投入到解决交通拥堵问题的研究之中，其中包括了数学、物理学和工程方面的专家。他们从不同的角度入手，建立了许多种数学模型，但至今尚未找到公认的建模过程中的首要法则。第1页交通拥堵：远未解决的科学难题.txt美国密歇根大学安娜堡分校的机械工程专家盖博·奥罗

3、兹（GáborOrosz）在10月13日的英国《皇家学会自然科学会刊A辑》上发表了一篇综述，总结了目前主要的交通拥堵模型及它们遇到的挑战。他在文章开头即引用了普林斯顿高等研究院物理学教授弗里曼·戴森（FreemanDyson）的故事。那是在1953年，戴森任教于康奈尔大学，他和他的研究生们花费大量精力计算介子-质子散射，得出的结果与著名物理学家费米的实验结果符合得很好。他就很高兴地带着自己的计算结果去见费米。费米却问他：“你在计算中用了多少任意参数？”戴森想了一下说：“四个。”费米于是说：“我记得我的朋友约翰·冯·诺依曼过去常常说，有四个参数我就能拟合一

4、头大象，有五个参数我就能让象鼻子摆动。”后来物理学的发展的确证明了戴森当年做的是无用功。交通拥堵的模型中同样存在许多参数。奥罗兹想用这个例子说明，目前的研究方式很容易抓住交通上的某些特性，但也同样很容易遗漏一些必要的特性。《皇家学会自然科学会刊A辑》10月13日这期杂志是“交通拥堵”专刊，其中文章从动力学角度探讨交通问题，代表了世界上当前从该角度研究交通拥堵的最高水平。第2页交通拥堵：远未解决的科学难题.txt>>>本站为百度和谷歌双新闻源，新闻投稿、合作信箱：tranbbs@foxmail.com汽车构成的波浪十几年前，研究人员就提出，本来通畅的道路上

5、会忽然莫名其妙地出现拥堵，而拥堵的传播是以“激波”的形式进行的。2008年，一组日本物理学家在实验场上重现了车流中的激波。研究人员让22辆汽车均匀间隔，在一条230米长的单车道环路上行驶，并且告诉司机以30公里的时速驾驶。起初，车辆之间相安无事，行驶通畅。但没过多久，车辆之间的距离就开始发生变化，一些车“挤压”在一起，道路上车的密度变得不再均匀。随着时间的推进，情况变得越来越糟，有几辆车一度甚至几乎停了下来。前面的车一旦停下，后面的车也跟随停下。这种车辆密度的变化沿行驶方向的反方向传播，形成了所谓的“激波”。实验中可以清楚地看到，一辆车难以察觉的微小变化

6、就能导致一场显著拥堵。实验测量出来的激波传播速度是每小时20千米。这个实验向人们解释了，为什么开车时遇到拥堵，常常以为前方发生了交通事故，但是当驶离拥堵路段的时候却发现“什么第3页交通拥堵：远未解决的科学难题.txt都没有发生”。最初可能仅仅是因为某辆车减速或者改道，便形成了向后传播的激波。随后即便始作俑者早已绝尘而去，激波却还在传播，因而后面的车辆会“莫名其妙地”遭遇堵车。有趣的是，系统的研究发现，交通拥堵时车辆一停一走式的“振荡”的传播速度接近于一个常数，这个常数大约为每小时21千米，上述实验的结果与此非常接近。在拥堵向后传播的过程中，“停-走”振荡

7、的周期也保持不变。这些现象并不超出科学家的理论预计。但令科学家惊讶的是，“停-走”的振幅发生显著的变化。2008年的一项研究发现，车辆排队在入口匝道处与主路上的车辆汇流时，振荡在匝道传播时其振幅会减小，而在接近出口匝道的地方，振幅则会加大。最近发表在英国《皇家学会自然科学会刊A辑》的另一项研究以一组实测数据具体分析了振荡出现和传播的过程。根据美国佐治亚理工学院城市环境工程学院乔治·拉瓦尔（JorgeLaval）等人的这项研究，车辆在振荡发生之前很久就开始减速，在他们的数据中，这个“先兆期”持续1分钟。先兆期过后便进入振荡期，振荡以前述的速度逆着车流传播。

8、当振荡传播到大约第20辆车时，车辆便完全停步，这个停步大约持续30秒。第4页交通