爆炸數學如何解釋幽靈堵車現象 - 《華爾街日報》

當你沿着道路行駛時，GPS顯示前方道路由黃轉紅：可能是事故或施工。但當你到達紅色路段時，車流減速至停滯，卻不見任何事故或施工痕跡。隨後，交通又毫無徵兆地恢復了暢通。

雖然這種"幽靈堵車"現象一直存在，但最近你可能發現它們更頻繁了。疫情改變了人們的出行時間和地點。因此，即使人們尚未完全迴歸辦公室，道路卻比以往任何時候都更擁堵。

你可能也注意到規劃者的應對措施：某些路段不再設置固定限速（比如每小時65英里），而是通過LED電子牌顯示全天動態調整的限速值。

“想象一下，當道路非常擁堵，但所有車輛都接近限速行駛時，“德州農工大學交通研究所高級研究員貝弗利·湯普森·庫恩解釋道，“只要有一輛車突然變道，哪怕只是很小的空隙，就會產生衝擊波。後方車輛會緊急剎車，制動強度超出預期。這種效應會像波浪一樣在高速公路上向後傳導。“她補充道：“動態限速的理念就是要提前預防這種情況。”

她用衝擊波作比喻絕非偶然。爆炸數學模型精確揭示了幽靈堵車的形成機制，也解釋了LED限速牌為何能阻止它們。

交通工程師對幽靈堵車（因擁堵真實存在卻找不到直接原因得名）的研究由來已久。2008年，日本團隊通過實驗復現了這種現象，當時車輛都保持着極其温和的駕駛狀態。次年，麻省理工學院等五所高校的聯合團隊證明，這類擁堵與爆炸產生的爆轟波具有相同特性。

這種爆炸性的交通浪潮有個名稱：擁堵波（由交通擁堵"jam"和物理學中的行波術語"孤子"soliton組合而成）。引發這些波的司機通常完全不知道自己做了什麼。某人遇到前方車輛開得稍慢，無法變道，輕踩剎車。後車剎車更急。前車慢慢重新加速，卻從未意識到他們微小的擾動引發了交通爆炸。

這些波動不會消散。它們能在道路上緩慢綿延數英里，不斷觸發新的迷你波（被稱為"小擁堵波”）。

“單個不穩定因素就能引發無限增殖的小擁堵波序列，“麻省理工學院團隊寫道，“只有通過強平滑作用（極端謹慎的駕駛員）或降低密度（道路拓寬、車輛駛離）才能消除。”

可變限速提供的正是這種強平滑效果。通過讓所有車輛逐漸減速，避免了任何單輛車突然剎車。這消除了幽靈堵車，預防事故——2018年一項研究發現事故率降低18%——並恢復交通流暢。

美國交通狀況幾十年來持續惡化，人口和出行需求增速遠超道路建設。疫情前多項指標顯示美國交通達到歷史最糟，2020年2月前的12個月裏，美國人駕駛里程創下3.3萬億英里紀錄。

底特律洛奇高速公路早在1960年代就試驗過可變限速。過去十年交通激增促使該技術普及。2018年皮尤慈善信託基金估計15個州擁有可變限速系統。據交通機構合作組織國家運營卓越中心數據，隨着交通量恢復至接近疫情前水平，今年已有22個州實施該技術。

儘管整體駕駛狀況正趨於正常化，“但人們的出行時間和地點已經不同了，“Inrix交通分析師鮑勃·皮休表示。該公司每天從聯網汽車、智能手機、車隊車輛等渠道收集數十億數據點，為如今無處不在的即時交通地圖提供支持。

其數據顯示，早高峯通勤恢復緩慢，但許多地區中午12點至下午4點的出行量有所增加。人們前往市中心的次數減少，但市內短途出行更頻繁。

“如果你下午出門，路況就和疫情前一樣糟糕，和以往任何時候一樣糟，“他説。

隨着可變限速標誌的普及，偶爾會遭遇質疑，許多司機並未意識到這與日益增長的交通壓力有關。有評論者擔心這是精心設計的測速陷阱。但從法律角度看，多數州降低的限速僅具建議性，不遵守也不會收到罰單。

還有人擔憂成本問題。（一位交通規劃師曾指出，任何非高速公路的交通項目都難免被拿來與《辛普森一家》中"瑪姬對決單軌列車"的橋段比較——劇中騙子誘使春田鎮建造了通往虛無的單軌鐵路。）

德州農工大學的庫恩博士認為這些質疑多屬誤解。LED限速標誌的成本遠低於新建一條州際車道。她承認，當駕駛員意識到遵守限速符合集體利益時，系統效果最佳。通過讓每位司機稍減速來避免幽靈堵車，所有人反而能更快到達目的地。

“如果你控制好速度的弧度，實際上可以提高通行效率，”她説道。或者用通俗的話説，“欲速行駛反而能更快到達。”

美國交通擁堵狀況數十年來持續惡化。圖片來源：Patrick T. Fallon/法新社/蓋蒂圖片社致信 Josh Zumbrun，郵箱：[email protected]

刊載於2022年6月11日印刷版，標題為《減速反而能加速車流》。