用數(shù)學(xué)解決“幽靈堵車”

佚名

每個(gè)月，你有多少時(shí)間浪費(fèi)在堵車中？答案是：難以計(jì)算. 最讓人沮喪的是那些表面上看似沒有任何起因的堵塞：沒有事故，沒有停頓車輛，也沒有封閉施工的車道，道路卻會莫名其妙地突然出現(xiàn)堵塞，很長一段時(shí)間過后，車流又會毫無征兆地順暢起來.

這種莫名其妙的堵塞現(xiàn)象被交通專家稱為“幽靈堵車”. 在擁擠的公路上，很可能僅僅由于某個(gè)司機(jī)急剎車、突然變道或者超車，造成短暫的停頓，就會在這輛車的后方引發(fā)一連串的停頓——這條道路像撞上幽靈一樣發(fā)生了堵車. 哪怕第一輛車停下來后只需要2秒鐘就能啟動，可到最后一輛汽車啟動時(shí)，所需的時(shí)間可能就要幾十分鐘了. 研究顯示，如果處于繁忙的高速公路上，一名新手司機(jī)的急剎車就可能引發(fā)一場“交通海嘯”，受影響的路段可長達(dá)80千米.

其實(shí)，道路并沒有真正被“堵”，這只是產(chǎn)生了汽車行駛的時(shí)間差. 越是往后，積累的時(shí)間差越大. 由于第一輛車的剎車，后面所有的司機(jī)也必須剎車，一輛輛車傳遞下去，帶來連鎖反應(yīng)，于是出現(xiàn)走走停停的“波動效應(yīng)”，就會導(dǎo)致大面積的公路交通整體減速.

此外，人們的反應(yīng)千差萬別，這也是“幽靈堵車”不斷擴(kuò)展的原因. 如果所有人都能作出正確的反應(yīng)，那么幾秒鐘的停頓就很容易化解. 但事實(shí)正好相反，越是堵車的時(shí)候，便越是有人想鉆空子，希望能插隊(duì)往前，而這只能讓已經(jīng)堵塞的路況更為惡化.

麻省理工學(xué)院的數(shù)學(xué)家們試圖通過分析數(shù)學(xué)模型，找到解決“幽靈堵車”的方法. 他們發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象類似于爆炸后所產(chǎn)生的爆震波，這種爆震波是一個(gè)可以自我持續(xù)的波形，不斷向外擴(kuò)展.而且在這種波形中還存在一個(gè)臨界點(diǎn)，就像黑洞的“事件視界”一樣. 當(dāng)發(fā)生“幽靈堵車”時(shí)，位于臨界點(diǎn)內(nèi)外的司機(jī)都無法得知對方區(qū)域的情況，相應(yīng)地，他們也無法判斷交通狀況何時(shí)才能得到改善.

在掌握這些情況后，麻省理工學(xué)院的數(shù)學(xué)家團(tuán)隊(duì)試圖利用流體力學(xué)方程來計(jì)算造成交通擁擠的變量，從而控制堵車蔓延的趨勢.

同時(shí)，數(shù)學(xué)模型也表明，如果駕駛員降低車速并以固定的速度行駛而不是急停急駛，那么不但可以節(jié)省燃料，更有望消除“幽靈堵車”現(xiàn)象. 例如在高速公路上，以 80千米/時(shí)的速度勻速行駛，比以110千米/時(shí)的速度走走停停要好得多.在車輛眾多的一般道路上亦是如此.endprint