世界信息:五一你在路上堵麻了吗？科学家终于发现全城堵死的原因了

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来源： 环球科学

作者： 王昱

(资料图片仅供参考)

截图时间：4月28日下午6点。

好消息：北京红了。

坏消息：红的是交通拥堵情况。

看到这等拥堵情况，联想到假期时的人山人海，我顿时没有了出去玩的想法（虽然后来还是强行出去了）。好端端的路，怎么突然就堵上了呢？（而且我确实在路上被堵了6个小时）

堵车严重时，整个城市的道路交通都会瘫痪。堵车产生的原因很简单，一言以蔽之：路上的车太多了。但是深究下去，堵车其实是一件非常复杂的事情：究竟车多到什么程度会引发堵车，哪几条路堵上会导致整个城市的交通陷入瘫痪？这些问题对于道路设计，车流引导十分重要，设计合理的话，甚至可以在有限的基建预算内大幅提高城市交通的运转效率。

今年3月，复旦大学和上海电力大学的研究团队在 《混沌》 （ Chaos ）杂志上发表了一篇论文，提出了一种针对城市交通流进行建模的技术，并用上海市杨浦区的数据做了验证。他们表示，他们的模型可以发现未知的交通瓶颈，这些瓶颈可能会导致整个交通网络的崩溃。

具体来说，他们的模型用到了 渗流理论 。渗流理论是一套横跨了数学和统计物理的理论。举例来说，假设有一个竖直管道，管道中间有一段多孔材料，这些孔洞很细，每一条通路都有一定的概率允许水流过。那么，水最终是否能穿过这段多孔材料，流到管道下面呢？

粗看这个问题，直觉上的结果当然是，如果这些孔洞允许水流过的概率越大，那么多孔材料就越有可能允许水流到管道下方。但实际上，随着每条通路允许水流过的概率增加，多孔材料会突然从不允许水通过变成允许水通过。这一过程是不连续的，就好像水在99摄氏度时是水，在101摄氏度时就已经是状态完全不同的水蒸气。水在100摄氏度时发生了相变， 多孔材料里的孔洞允许水通过的概率变化到临界点时，多孔材料也发生了类似相变的突变。

图片来源：wikipedia

反映到交通情况上，研究人员根据上海市杨浦区现有的道路网络和人口分布，将不同人口中心之间连接起来，模拟不同人口中心之间的出行需求，并将这些出行需求分配到最短出行距离的道路上。

每条道路上的交通负载被转换为速度。当某条道路上的交通流达到一个不可接受的低速度（渗流阈值）时，该道路就被视为功能失调（彻底堵住了），并从网络中删除。通过递归的方式重复这一过程，研究发现，城市交通系统的大规模级联故障是以一种突然和不连续的方式发生的，就像冰融化或水沸腾时突然发生相变一样。

复旦大学现代物理所的研究员马余刚说：“城市是一个开放的系统，除了城市内部的流动，城市与外部区域之间也有流动交通。为了模拟通勤的影响，我们增加了边界地区的人口。”

研究中使用了上海市杨浦区的数据，并且引入了四个关键的交通节点——逸仙高架路、国帆路、中环路和内环高架路，外界的车流能从这些关键节点进入杨浦区。通过这个模型，研究人员发现了上海道路交通的一个潜在瓶颈——中环路。

当中环路被堵住时，额外的交通流就会前往其他道路，但其他道路无法承载这么大的车流，导致更多拥堵，从而导致全城拥堵。 当中环路彻底被堵死时，上海市的交通网就会断成几片互不相连的碎片。 而在杨浦区内部，这个瓶颈则是南北向的中原路。 而在现实中，中原路也是早晚高峰拥堵的道路之一。（大家在早晚高峰时可以留意一下）

交通瓶颈：中原路。图片来源：原论文

未来，研究团队将引入拥塞传播的时延效应，进行更深层次的研究。更重要的是，这项研究对于交通系统的设计具有指导性的意义。针对瓶颈道路增强，能让整个交通系统更难崩溃。

但是，你仍然需要注意的是，堵车发生最根本的原因，还是路上的车太多了。也同样因为这个原因，明天依然可能会有早高峰。

参考论文：

https://doi.org/10.1063/5.0137726

参考链接：

http://www.it.fudan.edu.cn/En/Data/View/4359

https://en.wikipedia.org/wiki/Percolation_theory

封面来源：unsplash

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