爆炸数学如何解释幽灵堵车现象 - 《华尔街日报》

当你沿着道路行驶时，GPS显示前方道路由黄转红：可能是事故或施工。但当你到达红色路段时，车流减速至停滞，却不见任何事故或施工痕迹。随后，交通又毫无征兆地恢复了畅通。

虽然这种"幽灵堵车"现象一直存在，但最近你可能发现它们更频繁了。疫情改变了人们的出行时间和地点。因此，即使人们尚未完全回归办公室，道路却比以往任何时候都更拥堵。

你可能也注意到规划者的应对措施：某些路段不再设置固定限速（比如每小时65英里），而是通过LED电子牌显示全天动态调整的限速值。

“想象一下，当道路非常拥堵，但所有车辆都接近限速行驶时，“德州农工大学交通研究所高级研究员贝弗利·汤普森·库恩解释道，“只要有一辆车突然变道，哪怕只是很小的空隙，就会产生冲击波。后方车辆会紧急刹车，制动强度超出预期。这种效应会像波浪一样在高速公路上向后传导。“她补充道：“动态限速的理念就是要提前预防这种情况。”

她用冲击波作比喻绝非偶然。爆炸数学模型精确揭示了幽灵堵车的形成机制，也解释了LED限速牌为何能阻止它们。

交通工程师对幽灵堵车（因拥堵真实存在却找不到直接原因得名）的研究由来已久。2008年，日本团队通过实验复现了这种现象，当时车辆都保持着极其温和的驾驶状态。次年，麻省理工学院等五所高校的联合团队证明，这类拥堵与爆炸产生的爆轰波具有相同特性。

这种爆炸性的交通浪潮有个名称：拥堵波（由交通拥堵"jam"和物理学中的行波术语"孤子"soliton组合而成）。引发这些波的司机通常完全不知道自己做了什么。某人遇到前方车辆开得稍慢，无法变道，轻踩刹车。后车刹车更急。前车慢慢重新加速，却从未意识到他们微小的扰动引发了交通爆炸。

这些波动不会消散。它们能在道路上缓慢绵延数英里，不断触发新的迷你波（被称为"小拥堵波”）。

“单个不稳定因素就能引发无限增殖的小拥堵波序列，“麻省理工学院团队写道，“只有通过强平滑作用（极端谨慎的驾驶员）或降低密度（道路拓宽、车辆驶离）才能消除。”

可变限速提供的正是这种强平滑效果。通过让所有车辆逐渐减速，避免了任何单辆车突然刹车。这消除了幽灵堵车，预防事故——2018年一项研究发现事故率降低18%——并恢复交通流畅。

美国交通状况几十年来持续恶化，人口和出行需求增速远超道路建设。疫情前多项指标显示美国交通达到历史最糟，2020年2月前的12个月里，美国人驾驶里程创下3.3万亿英里纪录。

底特律洛奇高速公路早在1960年代就试验过可变限速。过去十年交通激增促使该技术普及。2018年皮尤慈善信托基金估计15个州拥有可变限速系统。据交通机构合作组织国家运营卓越中心数据，随着交通量恢复至接近疫情前水平，今年已有22个州实施该技术。

尽管整体驾驶状况正趋于正常化，“但人们的出行时间和地点已经不同了，“Inrix交通分析师鲍勃·皮休表示。该公司每天从联网汽车、智能手机、车队车辆等渠道收集数十亿数据点，为如今无处不在的实时交通地图提供支持。

其数据显示，早高峰通勤恢复缓慢，但许多地区中午12点至下午4点的出行量有所增加。人们前往市中心的次数减少，但市内短途出行更频繁。

“如果你下午出门，路况就和疫情前一样糟糕，和以往任何时候一样糟，“他说。

随着可变限速标志的普及，偶尔会遭遇质疑，许多司机并未意识到这与日益增长的交通压力有关。有评论者担心这是精心设计的测速陷阱。但从法律角度看，多数州降低的限速仅具建议性，不遵守也不会收到罚单。

还有人担忧成本问题。（一位交通规划师曾指出，任何非高速公路的交通项目都难免被拿来与《辛普森一家》中"玛姬对决单轨列车"的桥段比较——剧中骗子诱使春田镇建造了通往虚无的单轨铁路。）

德州农工大学的库恩博士认为这些质疑多属误解。LED限速标志的成本远低于新建一条州际车道。她承认，当驾驶员意识到遵守限速符合集体利益时，系统效果最佳。通过让每位司机稍减速来避免幽灵堵车，所有人反而能更快到达目的地。

“如果你控制好速度的弧度，实际上可以提高通行效率，”她说道。或者用通俗的话说，“欲速行驶反而能更快到达。”

美国交通拥堵状况数十年来持续恶化。图片来源：Patrick T. Fallon/法新社/盖蒂图片社致信 Josh Zumbrun，邮箱：[email protected]

刊载于2022年6月11日印刷版，标题为《减速反而能加速车流》。