用數(shù)學(xué)解決“幽靈堵車”

萬捷

每個月，你有多少小時浪費在堵車中？答案是：難以計算。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司機急剎車、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，所需的時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，那么一名新手司機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公里。

其實，道路并沒有真正被“堵”，只是產(chǎn)生了汽車行駛的時間差。越是往后，積累的時間差越大。由于第一輛車的剎車，后面所有的司機也必須剎車，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，也是“幽靈堵車”不斷擴展的原因。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。但事實正好相反，越是堵車的時候，便越是有人想鉆空子，希望能插隊往前，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)家們試圖通過數(shù)學(xué)模型分析，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，這種爆震波是一個可以自我持續(xù)的波形，不斷向外擴展。而且在這種波形中還存在一個臨界點，就像黑洞的“事件視界”一樣。當(dāng)發(fā)生“幽靈堵車”時，位于臨界點內(nèi)外的司機都無法得知對方區(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)隊試圖利用流體力學(xué)方程來計算造成交通擁堵的變量，從而控制堵車蔓延的趨勢。

同時，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，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公里/小時的速度勻速行駛，比以110公里/小時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。

（街市明摘自《大科技·百科新說》2010年第18期，王 原圖）