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【分享】The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

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发表于 2004-5-13 23:37:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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原题: The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams? ― From Cold War to Congestion Higerway/Big Science Shifts Its Focus,译自 International Herald Tribune, 1999, 8, 6, PAGE TWO

    题目:自然界真正的神秘:是什么原因造成了交通堵塞? ― 从冷战到拥阻的高速公路/大科学转移其注意
    作者:Alan Sipress (Washington Post Service) [新墨西哥,洛(罗)斯阿拉莫斯(国家实验室) (Los Alamos, New Mexico)]

    在遥远的从沙漠底部升起的高山的山顶上,曾全力研究物质的基本性质和人工智能的极限问题的科学家现在试图解开甚至更加令人望而生畏的谜:为什么交通是如此该死的糟糕?
   
    洛斯阿拉莫斯实验室 ― 更为人熟悉的是原子弹的诞生地和超级计算机的发源地 ― 已经把冷战中的秘密方法转向由(在城市间)开车上下班的人引发的令人气恼的战争。曾大谈“武器论坛”的核物理学家现在大谈“路况的狂怒”。为改善坦克战的战术而设计的计算模型正被改型翻新用于预报高速公路上的拥阻。而为测试导弹弹头而研制的超级计算机可用来模拟从华盛顿到波士顿路上每个开车旅行的人的行为特征。
   
    在新墨西哥州的这种研究是交通与核物理学之间的浪漫结缘的最新篇章,这种姻亲关系吸引着我国一些最有才智的人把自然规律应用于高速公路上的车流。而且,这些学者正在应用他们关于橡皮轮胎碰到马路的有关理论为诸如为解决高速公路上的车流问题而设置有计数器的红绿灯的坡道以及创建模拟等新方法来预报特定的道路改善所能带来的好处。
在科学家看来,陷于表面上看来莫名其妙的高速公路拥阻困境的驾车者实际上是受隐藏在驾驶盘后面的模糊不清的规则所控制的。这种规则的模式是可以分析的,不久之后甚至是可以预测的。
   
    然而,尽管有某些引人入胜的进展,对于完全了解交通堵塞问题来说,这种进展是缓慢的。科学家说他们对宇宙的了解比对沿 66 号州际公路上每天的交通堵塞的了解要更为准确。
   
    Kai Nagel, 一位来自德国的物理学家也是洛斯阿拉莫斯研究课题的关键人物说:“物理学为了解交通问题提供许多方法,”“但仍有许多迄今尚未解决的问题。”
   
    Hani Mahmassani, 德克萨斯大学的教授,也许还是有关交通流理论方面领头的美国专家,是这样表述的:“突然间,从自由畅通的交通流变成了停停走走的状态,这是我们时代的难题之一。”
   
    某些学者把交通流比作流体,依次的刹车或加速,车流就像在流体中发生的一扭一扭地调整其车距而行进的波。另一些学者则试图用所谓的混沌理论来解释这种拥阻现象。依他们的看法,在高速公路变得拥阻的某个时刻,车流是如此的不稳定,一直重大的交通拥阻可以由单个的驾车人一刹那按住刹车时间长了点这么小的事情造成的。另一种处理方法是把突然慢下来的车流状态比作自然界中发生的相变,例如,汽变水或水变冰。在往来车辆不多的情形,驾车人可以随意开车。当道路变得拥挤时,驾车人会突然发现他们正被带进以共同的速度前进而且经常是无法改换车道的车流中去随波逐流。这种称为“同步”流的中间相态 更像流体。当交通流经由瞬间发生的转移进入停停走走的状态时,汽车就像结晶成冰的水的质点。
   
    尽管驾车人可以近似看作水的质点,但是在高峰时间陷入困境的驾车人不再是普通的质点了。人们基于昨天的拥阻情况和今天的交通预报来调整自己的行车路线。而且,分子间存在互相碰撞的情形。对于驾车人而言,相撞可不是明智之举。所以,尽管由于物理学家认识到交通问题和他们传统的研究工作之间的相似性而常常被引到交通问题的研究,但是交通问题本身是能使人们激动不已的人类的基本组成部分。

    Barret 说,“交通流是由运动的质点组成的,我想它是绝妙的问题。”,正是这位科学家,Barret,说服了洛斯阿拉莫斯实验室交通问题是事关国家安全的大问题,而且现在他正领导着一个交通问题的课题。

    普遍认为 Robert Herman 是交通科学的创始人,因为他早在宇宙产生的微波反射波被侦测到之前很久就精确地预测出来而被称为大爆炸(宇宙模型)之父。当 Herman 开始考虑要从宇宙研究转向交通问题研究时,他的同事都忠告他,说交通问题太复杂了。1956 年,他无畏地加入了通用汽车公司研究实验室 (General Motors Research Labs). 由于缺乏适当的仪器设备,所以 Herman 和他的同事互相尾随着从单位回家以观察他们自己的驾车行为。
   
    1960 年初,他和 Ilya Prigogine 联手研究交通问题,Prigogine (普里果金 (1917, 1, 25 ~),出身在俄罗斯的比利时物理化学家,由于研究非平衡热力学,特别是耗散结构的理论而获 1977 年诺贝尔化学奖) 由于他获得诺贝尔化学奖的理论而得到“热力学诗人”的绰号。他们开始把交通流作为聚集而成的流动来考虑。在每天驾车旅行的人只看到的挫伤、日托接孩子晚到的罚款以及由于迟到而对老板的歉意等情形中,Prigogine 发现了宇宙的一条基本的组织原则。他把交通流和“一大群鸟的壮观的协调的飞行或者一群鱼的引人注目的突然的集体运动”相比较。
   
    在过去的 10 年里,物理学家的一个新的研究浪潮出现在德国的总部设在戴姆勒 - 克莱斯勒公司最主要的思想库以及被称为(德国的)高速公路的现成的实验室里。
   
    这些学者包括像 Boris Kerner 那样的人,Kerner 发现从畅通到同步流动可能几乎是同时发生的― 比科学家先前设想的要快得多。这种现象常常发生在坡道附近,当突然出现许多车辆进入该坡道时,就由可能造成交通流定形为一个单一移动的整体。这种呆滞得状态可以来来回回地在道路上传播,在坡道畅通之后还会保持很久,或许会长达几小时之久。
   
    在德国的杜伊斯堡 (德意志联邦共和国西部城市) 的物理学家Schreckenberg 成了一位著名的“堵塞教授”,部分是由于他在现实生活中所做的实验。他和他的大约 15 个同事匆匆挤进由 5 辆车组成的车队展开在附近的路上,有意制造了一个瓶颈。他说:“观察人们如何反应是相当有趣的。”
   
    Schreckenberg 的主要合作者之一, 33 岁的 Nagel,当他开始从事这项工作时还只是个研究生。甚至在他完成了他的物理学博士的学业前,他就曾经改进了跳道状态模拟的过程,使之能前所未有地快速起来,然后他又用此来对气候模式进行建模。但洛斯阿拉莫斯的 Barrett 有他自己的打算。Barrett 能设计模拟速度快到能付之实用的人。 Nagel 就成了横跨大西洋起到沟通作用的桥梁。
   
    居住在沙漠的山顶平平的山顶上的由物理学家、化学家、数学家和计算机科学家组成的 Barrett 的小组旨在对交通预报和规划作出突破性的变革。他们选择该实验室在超级计算和作战模型中的冷战经验。在模拟军事后勤学和坦克战方面的专门知识成了交通建模的基础:“撕掉坦克上的回转炮塔你就有了汽车,”一位研究人员俏皮地说。在所谓的核冬天(译注:一种假设的情景,即核战争时空气中长时间地弥漫着烟尘,遮天蔽日,天气寒冷,危及人、畜和庄稼等)期间有关风的流动的研究为汽车散发 (auto emissions) 的预报打下基础。
   
    为获得形成大城市地区的交通模式中旅行者个人作出的多得数不清的决定,Barrett 的小组正在创建一个由每个驾车人和转乘者 (transit rider)、每个交通灯、弯道和公共汽车站组成的网络信息空间的巨大的能反映真实情况的(虚拟)世界。仍处在研制阶段的人口网络能对加宽一条高速公路、架一座桥或造一条地铁线能带来的好处作出估计。它能测量出合伙用车限制或更便宜的公共汽车的票价,甚至诸如电动汽车那样的新技术的变化的效果,它能预报所计划建设的住宅小区以及一个地区的人口老龄化对交通的影响。
   
    德国的理论上的突破有其本身实用性的潜力。
   
    Kerner 关于坡道交通的发现可以用来为以一种缓慢而正规的方式调节供给车辆在高速公路上的光源编制程序。这种认识也可通过对不同条件下的车速限的划分使交通畅通起来。
   
    Schreckenberg 计划在秋天启动一个通过结合来自道路上的传感器的数据用计算机模拟在莱茵(河)- 鲁尔(河)地区提供可以和洛杉矶地区相比的一小时的交通预报。这可能是过去 40 年来上下班交通和计算的交通预报中的最重要的进展了。但与洛斯阿拉莫斯那批人对未来的展望而言,这就相形见绌了。
   
    洛斯阿拉莫斯实验室副主任、物理学家和受训为核工程师的 William Thompson 预计策划者们很快就要对在华盛顿和波士顿之间人口稠密地区的每个旅行者、每辆汽车以及每条道路构建一个模型。这大概需要“兰山 (Blue Mountain)”计算机的威力。
   
    在美国最高度机密的武器实验的锁在沉重的兰色安全门里的“兰山”是使用计算机的顶峰。它实际上是安装在 14 排高 6 英尺总数为 550 个机柜里,它实际上有 6,200 个处理器,排在一起就像一片闪光发亮的玉米地。这是一台快到能在 1 秒钟内处理国会图书馆的全部内容的超级计算机,然而与模拟高峰时间的交通流相比,这只是意见简单的工作。
   
    Thompson 说:“在某种程度上,我们能用像这样的一台计算机来对全美国的交通进行建模。”
                                                                  

                                                                (叶其孝译)

[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-4-27 22:20 编辑 ]
 楼主| 发表于 2004-5-14 00:10:30 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?


在这儿发帖太郁闷了,老是说“你所发表的贴子中也许包含了一些本论坛不允许发布的言论,请仔细检查后,重新发布,谢谢! ”
这里面全是人名和专业性词汇啊!站长!!
害的偶只好一段话一段话的帖,贴了足有15次,郁闷之极……
还修改了一些原来就是正确的词语,希望大家明白为好!!
不爽,很不爽!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
发表于 2004-5-14 12:13:37 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

东兄发的这个帖子确实是精华(自然已经加精了)!
拜读Alan Sipress的这篇大作还是以前的事,而叶其孝先生的翻译也是奕奕生辉!
好像Alan Sipress本人就是Robert Herman 和Ilya Prigogine 的学生,这两位在交通流理论的发展过程中所做的工作已然成为丰碑!
再次感谢东东的顷情奉献,这篇文献我本人还没有!作为一个普及性的介绍交通科学的文章,确实是美文啊!
发表于 2004-5-18 00:58:21 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

嗯,对交通科学起源有了更加清晰的认识,挺不错的科普文章!
希望楼主以后多发一点介绍交通科学的文章啊!!
发表于 2004-7-20 11:09:08 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

这篇文章读起来真的不错,在中国很多院士还不把交通问题看作是科学问题。小弟有幸参加了去年973项目综合评审,由周光召院士主持会议,建议大家应该多发一些交通科学方面的贴子,经过大家努力,能论证一下交通问题是交通科学问题。
发表于 2004-7-20 14:53:57 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

那你能不能先整理一个啊,我们一块努力吧
发表于 2004-7-20 21:53:40 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

请itslu兄台就自己目前从事的研究工作讲一讲对交通科学的认识如何?
交通是一门科学还是需要大家各自努力,从不同的研究方向进行论证的,不过说到底,他仍然是一门以应用性为目的的工程科学,这点是必须注意的!
whyximin也可以谈谈啊,大家齐动手,参与进来总比光听别人讲述来得有效啊,要善于在适当的时机发出自己的声音!
发表于 2004-7-23 13:43:02 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

[这个贴子最后由水寿松在 2004/07/23 02:51pm 第 2 次编辑]

科学是人类对自然界客观事实和规律的认识。版主对交通流理论涉及的内容归纳的很好,勿庸置疑,交通流理论是描述交通流在真实道路网络中曾现的各种状态的事实,同时描述交通流的各种规律。所以从这个角度说交通是一门科学。

从城市交通信号控制系统角度来说交通是一门科学:
城市交通信号控制系统是对交叉口进行时间分离的必要手段,对减少交叉口冲突起到了积极的作用,是一种被动的交通管理手段。采用了信号控制系统后,对交通流产生多大的阻滞作用、交通流的运行规律是什么?这也是在探讨一种规律,应该是一门科学。

从城市交通流诱导系统角度来分析,交通学科是一门科学:
城市交通流诱导系统是主动的对交通流进行分流,从而充分利用路网资源。诱导系统诱导路线的生成需要考虑交叉口的信号配时,同时控制系统又要考虑诱导系统诱导后的流量,所以两者互相作用。经诱导系统诱导后的交通流的运行规律?诱导对缓解交通拥挤产生的效果是多少?这也是在探讨一种规律,应该是一门科学。

水寿松注:对 itslu 发的三个帖子编辑了一下,集中到了一个帖子当中,使得大家对于 itslu 的思路有一个更加清晰的了解!
发表于 2004-7-27 19:22:59 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

文章翻译的不错,不过还是有些地方可以再润色一下。不知楼主或哪位大侠能把英文原文放在上面。
既然是阐述交通科学的经典文章,我们应该逐字逐句的锤炼一下,翻译的中文也要经典。要让行外人承认交通是一门科学,我们行内人就要一点一点的辛勤耕耘。
只要功夫深,苍天不会辜负我们交通有心人!
发表于 2004-7-28 12:59:07 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

同意楼上观点
发表于 2005-3-18 13:47:47 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

同意itslu的观点。
对于那些交通方面的经典文献,最好还是能把原文放在上面,这对于我们提高认识有一定的帮助。
真希望能看到更多的关于交通科学的争论及美文。
发表于 2006-11-29 14:09:54 | 显示全部楼层

The Real Mystery of Nature: What Causes Traffic Jams?

这是什么东东,散文吗?
令人费解!
到底说了些什么,是不是仅看看文章的标题就可以了
发表于 2009-4-28 02:31:41 | 显示全部楼层
增加相近的关于交通物理学的内容:

《不稳定性:塞车的固有物理诱因 》
http://www.cfluid.com/bbs/viewthread.php?tid=43835

《Traffic Jams Happen, Get Used to It! 》
http://www.cfluid.com/bbs/viewthread.php?tid=43837
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