可靠性与系统工程学院青年教师团队在交通拥堵模式研究上获重要进展

点击数:    |    加入时间:2019-01-15

北航新闻网1月15日电(通讯员 罗龙飞)交通拥堵已经成为困扰我国城市发展的“城市病”,而交通时空资源的供需矛盾是其主要病因,具体表现为短时交通需求的急剧增长与交通供给能力提高缓慢之间的不匹配。城市交通需求的特点是短时增加快、空间差异大,很容易形成局部的拥堵,在资源配置不合理的情况下难以及时疏解,就有可能形成拥堵的时空传播,导致城市交通的区域性瘫痪。在极端天气、大型活动或其他应急场景下,甚至会形成全城市范围的大规模拥堵和交通能力降级。而现有解决方案一方面集中在路段和交叉口层面的微观调控,较少考虑路网层次的拥堵形成和疏解;另一方面交通路网包含大量路段和路口,状态空间巨大,直接模拟或计算就容易出现“组合爆炸”,难以提供实时的调控手段。这其中的一个关键基础问题就是理解城市交通的时空组织和切换特点,才能支撑及时和精准的可靠性管理决策。

在国家自然科学基金项目(71621001,71822101)等的支持下,我校可靠性与系统工程学院李大庆研究员团队与北京交通大学高自友教授团队等紧密合作,成功发现了城市交通流的时空模式切换行为。相关研究成果以“Switch between Critical Percolation Modes in City Traffic Dynamics”(城市交通流的渗流临界模式切换)为题,于2018年12月27日发表在Proceedings of the NationalAcademy of Sciences of the United States of America(《美国国家科学院院刊》)杂志上。论文链接:https://www.pnas.org/content/116/1/23

该研究基于北京和深圳的实时路况数据,通过渗流理论对高峰、平峰等不同时段的路网交通资源时空配置进行了分析,发现了两种典型模式。其中一种模式出现在工作日非高峰期以及休息日中,组织特点类似高维渗流,整个城市交通流组织均匀,不同层次具有较好的衔接;而在工作日的高峰期,其组织特点接近经典的二维渗流,城市交通被“降维”,导致交通资源的配置被割裂,“模块化”明显,模块之间的通行能力大幅下降。通常一个网络只会对应一种渗流模式,而从实际交通数据中挖掘的这两类模式区分明显,表现为渗流过程的两种普适类。进一步挖掘原因,研究团队发现,北京、深圳这类特大城市的市内“快速”路段具有较强的调控效果,少量地疏解这些“快速”路段,就有可能使得城市的交通组织从不均匀的低维“模块化”向均匀的高维状态转化,以提高路网整体的通行能力。

论文第一作者为我校可靠性与系统工程学院博士生曾冠文。我校计算机学院博士生郭胜敏也对该文有显著贡献。我校李大庆研究员团队围绕“交通可靠性”持续凝练基础问题,挖掘交通拥堵的时空传播规律,近年来在PNAS(2015、2018)、Nature Communications(2016)上获得持续突破。该研究团队将基于互联网积累的海量数据,挖掘与系统故障相关的语义特征,结合机器学习技术,构建能够评估、预测和疏解城市交通拥堵的“智慧交通”调控能力和决策平台。

(审核:白曌宇)

编辑:贾爱平

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