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“幽灵堵车”到底是谁惹的祸

2018-07-27

发明与创新·大科技 2018年3期
关键词:前车麻省理工车流

大城市的交通从来都不让人省心。多年的“逆来顺受”,我们已经能坦然面对早、晚高峰这种可以预料的堵车。但是那些突如其来、莫名其妙的堵车还是让人抓狂:有时车辆不多、车道平整,既无事故发生也没车辆停顿,也没有因封闭施工而停止使用的车道,但车流速度却突然降了下来,甚至整片交通都陷于停滞,而一段时间过后,交通又毫无征兆地通畅起来,仿佛什么事情都没发生过。这种莫名奇妙的堵塞现象被交通专家称为“幽灵堵车”。

同济大学交通运输工程学院教授张轮表示,“幽灵堵车”在空间和时间上都没有规律,不过任何堵车都是有根源的。通常来说,造成堵车的基本原因是道路和出行需求产生矛盾,道路资源不能满足出行车辆的需求,供不应求,于是产生拥堵,技术上来说,道路交叉口和瓶颈地段是常见的拥堵点,有规律可循。尤其在公路上本来就很繁忙,车流接近饱和的状态下,此类现象更容易发生。

比如在拥挤的公路上大家都在排队等红绿灯,当绿灯亮起时,第一辆车延迟了2秒启动,而第二辆车则在保证安全的前提下,与第一辆车拉开了距离,这就导致第二辆车可能需要5秒才能启动,虽然看起来没什么,但是可怕的是到了后面第二三十辆车时可能就需要再等1到2个红绿灯才能通过路口。

有人会说,如果一直是绿灯,车一直在行进中,会不会就没有“幽灵堵车”现象?日本名古屋大学科学家曾做过一个有趣的实验:许多辆车间隔排成一圈,要求匀速绕圈行驶,刚开始,司机们保持与前车的适当距离匀速行驶;过了一段时间,一些后车与前车的距离不知不觉间缩短了,司机们只好踩刹车;随着时间的推移,各种扰动不时发生,最终堵成了一锅粥。

“紧急刹车、任意变道、不按限速行驶等不良驾驶行为是‘幽灵堵车产生的根源。”张轮说,驾驶员不严格遵守交通法规会导致后面车辆的连锁反应,由于经过刹车后重新加速恢复到正常行驶速度的时间较长,一旦连锁反应到了一定程度,就会造成堵车。

确实,据河北廊坊高速交警总队廊坊支队霸州大队副队长王国安介绍,在车流量较大的路段,每小时40公里的匀速状态下,一脚急刹车就能影响10辆至20辆车,受影响路段能达到四五百米长。这种影响就像蝴蝶效应,一辆车加塞或随意变道,会让下一輛车延迟几秒钟启动,依次一辆辆车传导下去,到第100辆车时有可能已经延迟了10分钟,由此就会造成一个堵点。

“再就是‘该快不快,也就是说司机反应慢也会引起堵车。”王国安说,有一次他发现在4车道的城市快速路上,前方路段并没有发生任何特殊情况,但仍然出现车行缓慢的情况,原来是最内侧车道一辆轿车明显拖了后腿,和前车出现了近百米的“断档”。王国安表示,这就是该快行时反而慢行造成的。这种“该快不快”的现象经常出现在开车接打手机、到了路口现找路的司机身上。一两辆车慢行就能在短时间严重影响道路通行效率。

此外,进出口无规则也是导致堵车的一大原因。按照交规,无论是辅路进主路,还是主路进辅路,都应该是辅路车让主路车。做到“缓进快出”,才能在行车安全的同时保证主路通行顺畅。然而,实际情况是许多司机根本搞不清谁让谁,驶出主路前不提前并线,直到出口就在眼前了,才一点点蹭着往外走,往往堵了外侧两条车道;而有些进主路的车辆又特别猛,快速驶入主路,迫使主路内的后车急刹车避让。

2012年,麻省理工大学的一个研究小组发现,即使所有的司机没犯错堵车仍然会产生。由于不同车辆的速度之间往往存在细小的差别,而这些差别会积累并在某处形成一个车流密度的极大点。研究人员把超过一定阈值的极大点称为“堵塞子”。这个“堵塞子”移动的速度比车流略慢,而且不会自行消失。这样堵塞就会在队列中传播并逐渐积累,最终发生车流密度的跳变形成一个波峰,所谓的“堵塞波”就这样产生了。研究人员通过计算发现,这个“堵塞波”的传播方式可以通过某些波动方程加以预测。

这个理论已经可以应用到实际交通的控制中。采用一种被称作“绿波”的交通模式引导交通可以有效解决“幽灵堵车”现象,这一方法的思路是既然车流的密度是像水波那样波动的,那么只要对每一个波包,当其到达路口时给绿灯,当高峰通过后再放行其他方向的车辆。这样总体的等待时间就得到了优化。同时这样也对车辆的速度进行了控制,高于平均速度的车辆将被迫等待,而低于平均速度的车辆则会努力赶上波峰。

不久前,来自麻省理工大学计算机与人工智能实验室的研究人员又提出一个避免“幽灵堵车”的办法——不要紧跟前车。

研究人员发现,与前后车保持同等距离,就能让驾驶者到达目的地的速度快一倍(与跟随前车的传统模型相比)。麻省理工大学教授伯特霍尔德·霍恩称其为“双向控制”。

“人类倾向根据前方的事物观察世界,所以关注后方也许是反直觉的。”霍恩说,“但这种驾驶方式可以减少大量行驶时间和能源消耗,而且还不用增加车道或改变基础设施。”

霍恩承认司机们不太可能在短时间内改变只关注前方的驾驶方式,因此他建议车辆厂家更新车辆的自适应巡航控制系统,在汽车的前后两个保险杠都加装传感器。

还有科学家通过数学模型分析得出结果,如果驾驶员降低车速并以固定的速度行驶而不是急停急驶,不但可以节省燃料,也有望消除“幽灵堵车”现象。例如在高速公路上,以每小时80公里的速度匀速行驶,比以110公里的时速走走停停要好得多。

在张轮看来,避免“幽灵堵车”除了驾驶员养成良好的驾驶习惯,不随意变道、加塞之外,管理者、设计者以及其他交通出行参与者,包括行人等,都要避免对车辆的干扰,如异物入侵、行人进入车辆道路等。“一方面,要多方位多层次地对交通出行参与者进行教育,加大宣传;另一方面,要在技术上对出行环境加以优化和改善,诸如隧道内的灯光环境设计、安全视野和视距的设计和维护、交织区和匝道区域的渠化设计等。”张轮说。(本刊综合)

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