堵车三问

reawzy

中秋节前的一个傍晚，我到小区外面吃饭，门口的场面令我惊讶。我从未见过小区门前的路有过这样的拥堵。汽车从红绿灯处一直排出去五六百米远。尽管这样的景象在北京不算罕见，但出现在这样一条一直以来都挺偏僻的路上，还是我记忆中的第一次。
又是一个傍晚，我打车沿着四环路走，当时要在约定的地点与人会合。与对方相比，我要近一些，所以原想我会先到。可是，17.5公里的路，车走了57分钟，发票上显示其中24分钟是在等待。这倒是让我迟到了。我从来不知道四环也会拥堵成这样，同样的情形我以前只在三环遇到过。
维基百科上“交通拥堵”的词条中，对中国的交通拥堵状况显然是最近才更新的。它没有讲别的，只讲了京藏高速在8月份的堵车长度超过百公里，创造了世界堵车史的记录。我后来查了一些报道，发现堵车长度超过百公里的说法可能并不确切，比较可信的是，拥堵是分段的，每段有一二十公里，但并不存在单一一条堵车带一百公里。
在我们吃惊于最近堵车之严重的同时，无独有偶，英国皇家学会会刊的自然科学A辑组织了一起专刊（10月13日刊），专门讨论交通拥堵问题。其中的论文主要是从动力学方面来研究交通拥堵，代表了该领域目前的世界最高水平。专刊的综述是由美国密歇根机械工程系助理教授盖博·奥罗兹（Gabor Orosz）及其合作者写的。我就交通拥堵问了他三个问题，以下是他的回答。
问题一：你[在综述文章中]说：“建立了车流和其他流体（液体流、气体流、颗粒流）的类比。尽管这些类推可能会帮助科学家获得对车辆系统的理解，但也越来越明显地可以看到，车流与牛顿宇宙中的任何流动都不一样。”能否用浅显的语言稍微解释一下不同之处在哪里？
答：一个重要的不同就是，前方的车辆会影响跟随的车辆，但相反则不成立。所以跟随的车辆会对前方车辆的行为做出响应，但前方车辆不太关心后面的车辆。与此相反，在其他流体中，当微粒相互挤压的时候，双方会受到同等的力。另外一个不同之处在于，驾驶员对于前方车辆的响应存在时滞，这种交互现象在其他流体系统中并没有被广泛研究。
问题二：是否有可能将来科学家能够在特定的日子前预报哪里会堵车，以及严重程度如何，比如在人们会大量出行的节假日之前？现在科学家实际能做到什么程度？
答：这是一个困难的问题。我们能够计算出有多少车辆才能“保证”拥堵的发生（至少是在高速路上）。这个数字是45车/公里/车道。然而，在15-45车/公里/车道的状况下，拥堵也有可能发生。这意味着在这种情况下，足够大力的刹车能够在车龙中传播并加强（刹车者后面的人会更用力地刹车，再后面的又会更用力），进而导致拥堵。另一方面，小的扰动在传播过程中还是会衰减的。这种从某种意义上来说不平凡的行为来自于驾驶员有限的响应时间。从15车/公里/车道到45车/公里/车道，刹车的临界值是在减小的。也就是说，15车/公里/车的情况下驾驶员需要完全停车才能引起一次交通拥堵，而在45车/公里/车道的时候驾驶员只要略微刹车，就能引起拥堵。好的消息是，在15-45车/公里/车道的状况下我们可以做很多事情来改善交通。我们可以在入口匝道安装智能交通灯，可以在高速路上设置各种限速牌。我们甚至可以制造自动巡航控制系统（雷达、电脑、促动器构成的这个系统可以用于保持预先设定的车距），以减轻消极效应。
问题三：我周围许多人都把交通拥堵归因于“车太多了”或是“糟糕的驾驶行为”。一位研究城市规划的专家有次跟我说，北京交通的拥堵的原因并不在于车太多，而在于车辆没有分散在面上。他这个话的意思是说，所有的司机都想上环路，因为那里没有交通灯，但事与愿违，正因为大家都盯着环路，大家就全堵在环路。你认为人们对于交通和拥堵是否存在什么常见的误解？
答：就像我前面尝试解释的那样，车辆的数量是一个重要的因素，但驾驶员的行为会造成很大的不同。一个驾驶员就能让整个本可以畅通流动的车流停下脚步。另外也有可能一条路上有太多的车，造成交通拥堵是不可避免的。人们对交通拥堵存在许多误解，而我们相信测量和数学方程式。

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交通拥堵不仅仅是个数学方程式问题