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[转载]交通科学、数据与核心技术----系列论坛之2: bhwangustc 2016-11-24 20:14; 交通科学、数据与核心技术 ----系列论坛之二 2016-11-20 交通科学与计算智慧城市建设是巨大的系统工程。论坛围绕交通车流和行人流数据仿真平台，探讨交通科学、数据科学、计算机技术和通讯技术等研究领域之间的交流与合作，发展适于我国城市智能交通系统的核心和关键技术。本次论坛邀请北京市交通信息中心 / 交通运行监测调度中心（ TOCC ）刘浩和张可两位主任进行工作访问和报告；邀请统计物理和复杂网络领域著名专家汪秉宏教授，以及张鹏、殷保群、龙建成和丁中俊等教授做亮点报告。报告紧密结合 TOCC 大数据平台的建设、发展和应用，包括行人流的建模、仿真和视频识别技术以及交通路网建模等内容。论坛的时间、地点和议程中国科学技术大学 , 西区，电 2 楼 208 会议室， 2016,11,27, 下午 1:50- 2:00 论坛介绍 : 张鹏，研究员上半场主持：姜锐，教授，北京交通大学 2:00- 2:30 北京交通运行监测大数据分析体系建设张可 / 刘浩，研究员，北京市交通信息中心 3:00-3:30 错峰上班措施下通勤廊道出行行为分析及优化龙建成，教授，合肥工业大学 3:30-4:00 基于深度学习的复杂场景人群计数初步研究张静 / 殷保群，教授，中国科技大学 4:00-4:20 Break 下半场主持：段雅丽，博士，中国科技大学 4:20-4:50 行人疏散动力学与应急管理研究汪秉宏，教授，中国科技大学 4:50-5:20 二维网格上交叉流的模拟与解析研究丁中俊，博士，合肥工业大学 5:20-5:50 基于用户均衡的行人流模型与仿真张鹏，研究员，上海大学系列论坛之一已于今年10月17日在北京交通大学成功举行，邀请了石钟慈院士、S.C.Wong教授和高自友教授等著名专家出席和报告。报告题目可通过以下链接下载：http://www.transcomput.com/col.jsp?id=135 组织：张鹏（上海大学），姜锐（北京交通大学），殷保群（中国科技大学）协办和赞助：上海麓通信息科技有限公司; 个人分类: 交通流及交通运输复杂系统研究|3949 次阅读|0 个评论

观察与思考（11）经济杠杆科学计算民意调查: 热度 4 sqdai 2013-2-9 11:17; 每次到香港，我总是特别关注当地的交通状况和交通管理特点，不断有一些感悟。与我所熟悉的上海、北京相比，香港市区面积狭小且凹凸不平，人口密度大，机动车拥有量不小，然而，总体来说交通井然有序，交通拥堵一般控制在可以容忍的程度，其中原因何在？这里讲一个正在发生的实际例子。大家知道，香港闹市区主要由香港岛的北侧与九龙半岛的南侧组成，两者之间被维多利亚港阻隔，水面不窄。港岛与九龙之间有隧道相连，其中最有年头的是红墈隧道（简称红隧），后来根据需要相继在其两侧建设了西区隧道（西隧）和东区隧道（东隧）。目前，在交通高峰期，三条隧道的交通状态如下：红隧：过饱和；西隧：饱和；东隧：未饱和。每到上下班时间，在红隧的出入口经常出现机动车长龙，香港居民颇有微词。为了解决这一问题，香港特区政府让下属的运输与房屋局专题解决这一问题。征询了交通专家的意见后，决定启用“经济杠杆”：过红隧，增加收费；过东隧，减少收费；西隧则收费不增不减。也就是说，通过这样的实际引导，让更多的机动车走东隧，以减缓红隧所承受的交通压力。主管者把机动车分成四类：公交车辆，出租车，私家车，货车。根据“公交优先”的原则，公交车辆仍得到同样的照顾；出租车与私家车的收费增减幅度略有区别；对货车则给予特别的考虑（香港的货车行业工会似乎很厉害）。接着，主管部门让交通科学家通过科学计算（亦即细致的数值模拟），提出实际运行方案。据我所知，香港的几所大学都有国际一流的交通专家，主攻此问题的似乎是香港理工大学的教授及其助手们。他们根据所建立的数学模型，精确地计算了上述收费增减可能导致的红隧和东隧的交通流量的变化，并提出了三种收费方案： A 、 B 、 C ，得出结论：三个方案可导致红隧在高峰期交通流量分别减少 40% 、 30% 和 38% 。当然，这种科学研究的实践性很强，不但要掌控已有的交通数据，而且要通过深入调查来了解各类车辆的司机在各种收费变化后的走向。我很钦佩我的同行们的这一工作。第三步是更为广泛的民意调查。通过媒体把三个方案的详情公之于众，让民众评头论足，征询民意的时间长达三个月。待评选出最佳方案之后，由运输与房屋局主管，试运行一年后再行定夺。（顺便说一句，把运输和房屋交由一个部门来管理，体现了港人在城市管理中的智慧）。他山之石，可以攻玉，从这件事情中我们可以学到不少东西。且留给博友们评说吧！写于 2013 年 2 月 9 日【链接】相关博文 1 、观察与思考（ 1 ）机动车数的惊人增长率说明了什么？ http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-355581.html 2 、观察与思考（ 2 ）看私家车“扭秧歌”有感 http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-356394.html 3 、观察与思考（ 3 ）城市交通设施的八大失当之处 http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-357204.html 4 、观察与思考（ 4 ）祸起青萍之末：列车司机听不懂缩略语 AFM http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-500544.html 5 、观察与思考（ 5 ）惊天大堵与小小忌讳 http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-500680.html 6 、观察与思考（ 6 ）上上下下的“难受” http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-523535.html 7 、观察与思考（ 7 ）缘何有此差距？ http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-549658.html 8 、观察与思考（ 8 ）航班为何频频延误？ http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-559397.html 9 、观察与思考（ 9 ）停车场如何配置？ http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-570295.html 10 、观察与思考（ 10 ）车祸猛于虎国人当自重 http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-623015.html; 个人分类: 科海随笔|5559 次阅读|4 个评论

科普新篇－1：马路上的力学（一）楔子: 热度 22 sqdai 2012-6-1 07:35; 【按】今天是“六一”国际儿童节，这里推出一个新的博文系列——“科普新篇”，想用浅显的语言，写一些中小学生也能看懂的科普文章，希望引起青少年朋友的共鸣。近年来，我一直在说，“力学无处不在”，在学校里开设了名为“无处不在的力学”的新生通识课；上周还在复旦为大学生做了题为“力学通识奏鸣曲——无处不在的力学”的讲座。在我的通识课中，有一章的题目是“马路上的力学”。有人会问：马路上哪有什么力学？如果你是一个爱琢磨问题的人，你可能设问：汽车为何能在马路上疾驶？它们的驱动力何在？汽车为何各色各样？许多小轿车为什么有如此俊俏的流线型外貌？我们出行时为什么总会遇到交通拥堵？交通拥堵是怎样形成的？为什么“早高峰”、“晚高峰”时段，交通拥堵会像瘟疫一样迅速传播？为什么明明马路上车辆不算太多，也会有“幽灵缠身”般的拥堵？为什么会发生连续追尾事故？交通拥堵能不能疏解？为什么驾车在繁华街道行驶时会一个又一个地“吃红灯”？红绿灯怎样配时才能减少拥堵？能不能幸运地“一路绿灯”？为什么节假日观灯时，拥挤的逆向行走的行人会排成多个纵队？马路上有突发事故时，行人乱作一团，能不能及时化险为夷？为什么车辆开得越慢，尾气污染越厉害？为什么在马路两侧高楼林立时空气污染会特别严重？这种污染型的“街道峡谷”是如何形成的？怎样化解？ ………… 问题太多了，还可以一路问下去。答案何在？告诉你，力学家、物理学家能从根子上（说得高深一点，从机理上）给出这些问题的答案。交通工程学告诉我们，马路（包括交通设施）、车辆和人（司机、行人）构成很复杂的交通系统。怎么来看交通系统？眼光不一样，结论也不一样。在力学家、物理学家的眼中，交通系统是五光十色的，是一个由多个“自驱动”粒子组成的复杂系统。他们先把行进着的车辆和行人看成“粒子”，就跟黄豆、谷粒差不多，但是，一般情况下，黄豆、谷粒不会自己滚来滚去，而车辆有人驾驶，行人有自己的腿，他们会按自己的意愿行动，所以是“自驱动”的。一大堆自驱动粒子跑到一起来了，如果数目不大，马路很宽，就会各走各的道，“井水不犯河水”，相安无事；数目一大，就会挤作一团（发生交通拥堵），甚至打起架来（发生交通事故）。人们对现代交通系统制定了各种规则（交通规则），倘若大家严格遵守规则，打架的情况可以避免，然而，挤成“一锅粥”仍在所难免。既然有一大堆自驱动粒子构成交通系统，“粒子们”得遵守一定的人为规则。科学的奇妙之处在于，人们发现了系统还存在着“自然法则”，它们在冥冥中“驾驭着”这种系统，这就是所谓“非线性动力学行为”、“自组织现象”等，这些正是力学家、物理学家最感兴趣的。前面提到的逆向行进拥挤人群的自动成行，就是自组织现象。再举一个例子：乌鲁木齐市某俱乐部发生的那次火灾，逃生时罹难者倒在出口处，形成了一个个“同心圆弧”，这种“成拱”也是自组织现象。人们能否掌控这种复杂的交通系统？我说，只要从力学、物理学的角度充分了解这类系统的特征和运行的内在机理，就可把它们玩弄于股掌之间。但是这是一篇“大文章”，且听我从头说起。先说说力学家、物理学家眼中的交通拥堵。小学老师就告诉我们，世上的物质有“三态”：气态（如空气、水蒸气）、液态（如水）和固态（如冰），也可把它们统称为气、液、固“三相”，在一定条件下，这三种“相”可以变来变去，比方说，常温下的一盆水（液相），加热到一定的温度（如一个大气压下到 100 摄氏度），就变成了水蒸气（气相）；而在低温（如一个大气压下到 0 摄氏度）下，就变成了冰（固相），这时我们就说，发生了“相变”。各类科学知识可以相互借鉴，从科学方法论角度来看，就是“移植法”。力学家、物理学家是最善于“移植”的一群学者，他们把“相”和“相变”的概念移植于交通系统：道路交通状态大致可以分成三种（三相）：车流密度较低的时候，交通畅行，流动自由，像不像气体？就将其唤作“自由流动相”；马路上车辆一多，就没那么自由了，人们往往看到，各个车道的车辆齐头并进，速度相差无几，像不像液体在流淌？这就是所谓“同步交通相”；车流密度再高一点，糟糕了，车跟车“咬”在一起，停在马路上岿然不动，像不像结冻成冰（固相）？这就是所谓“拥堵交通相”。就像气相－液相－固相会发生相变一样，“自由流动相”－“同步交通相”－“拥堵交通相”之间也会发生“相变”，车流到了某个“临界密度”，相变就要发生。为了弄清交通拥堵的内在机理，就要研究这种司空见惯的“相变”，这里头的学问大了去了，一下子说不清楚，且听我日后慢慢道来。这里，我只是告诉大家，力学、物理学教科书里提到的种种现象，例如“回滞”（ hysteresis ）、“成簇”（ clustering ）、“相分离”（ phase separation ：“激波”（ shock wave ）、“孤立波”（ solitary wave ）、“混沌”（ chaos ）、“分叉”（ bifurcation ）等等，在交通系统里都可以找到“影子”。当流体力学家审视交通系统时，自然地把交通流看作运动流体，其中充斥着各种密度波：在交叉口出现的拥堵车队就是“交通激波”，绿灯一亮，车队疏解，就出现了“交通稀疏波”，一般以固定速度向后传播；在形成交通拥堵之前，一定会出现非线性失稳现象，然后涌现各种各样的“交通孤立波”：为力学、物理学界熟知的 KdV 孤立波、 mKdV 孤立波（纽结－反纽结孤立波）等等。有点复杂了，是不是？以后我会用简单通俗的语言把它们讲清楚。最后，要告诉大家，经过力学家、物理学家会同研究交通的各路精英的长期努力，已经掌握了交通科学的各种规律，并有了良好的对策。只要好好学习和运用以数学、力学、物理学为基础的交通科学，我们会赢得畅行交通的局面。其中还期待年轻朋友的加盟。写于 2012 年 6 月 1 日晨; 个人分类: 科海随笔|11253 次阅读|50 个评论

上海地铁十号线事故：又一记“猛掌”——轨道交通忧思录之四: 热度 29 sqdai 2011-9-27 22:55; 从上海电视台传来消息：今天下午 2 ： 51 ，上海地铁十号线在豫园站与老西门站之间的隧道内发生两车追尾事故，导致 271 人受伤，少数乘客伤势严重。又发生了一起不该发生的事故！对我国城市地铁的隐患我曾有博文论及（见链接），上周在西安开会，我与同行再次谈到了此点，很担心发生大事故，不曾料想，这种担心如此迅速地变成了现实！这次追尾事故再次表明：我国的轨道交通系统相当脆弱。从一系列事故看来，系统的控制和管理是最大的薄弱环节。以今天的事故为例，根据有限的公开信息，下午 2 ： 10 ，地铁十号线的新天地站发生设备故障（据我估计是控制设备故障），于是部分区段改用电话调度控制。恰在此时，相邻的豫园－老西门区段运行的一辆下行地铁列车抛锚，过了一段时间，该列车重新启动时，就给后行列车追尾了！我们要问，在出现故障后，为何不能迅速恢复？列车抛锚后，有无信息反馈系统？为何不能及时通知后行列车停发？这说明，我们的地铁管理中心并未掌握先进的管理、控制系统，也没有非常可靠的应急管理系统。实际上进一步说明，我在前年的博文中谈及的，有些控制系统对我们的管理方来说，还是“黑匣子”！在高铁、地铁频发事故之后，有过许多议论，我总觉得有一点没有被充分认识到，这就是，必须迅速加强相关的交通科学研究，力图从根本上解决问题，特别是重点研究轨道交通的控制和应急系统。为此，我呼吁，国家和上海市有关部门，赶紧立项，进行相关的应用基础研究，千万不能再“头痛救头，脚疼治脚”了！作为交通科学研究者，对于上海市地铁系统，提出如下具体建议： l 以基础研究为先导，尽快实现上海地铁控制系统的升级换代，努力实现真正意义下的集中统一控制；特别是，摸透地铁控制系统的内在机理，一旦出现故障或问题，能自主及时地予以解决； l 以系统科学思想为指导，建立地铁的充分现代化的管理体系；特别要建立科学、有效的应急管理系统； l 拨专款研究地铁行人流特征，特别要研究紧急事故中的人流疏散动力学和人员换乘动力学问题； l 没有十足的把握之前，切忌缩短地铁列车的运行间隔。布衣之言，仅供参考。写于 2011 年 9 月 27 日【链接】相关博文 1 、基础科研薄弱迟早要出大乱子——上海地铁一号线事故引发的思考基础科研薄弱迟早要出大乱子 —— 上海地铁一号线事故引发的思考 12 月 22 日，上海地铁一日三惊：触网跳闸、撞车、冒烟， 16 万人遭受困厄，受困的最长时间达四个小时，更多的人出行受阻。这一爆炸性新闻轰动全国。上海市韩正市长主张：必须冷静思考地铁事故深层次原因。这个提法很对。韩正市长指出，必须清醒看到，上海轨道交通在大建设、大发展的同时，管理能力与建设能力并不匹配，防灾、防事故和处理突发事件的能力尚有不小的差距，随着五百七十公里轨道交通网络逐步形成，上海相关的管理队伍、管理体系、管理能力面临着极大的考验，因而必须在轨道交通大建设、大发展的同时，及时冷静思考分析，及时调整建设方针和管理理念，把管理放在更加重要的位置上集中力量搞好，确保轨道交通网路安全运行。我认为，这些话只说对了一部分。应该不仅仅从管理层面上找原因，还应从更深层次上找原因：我们的基础研究不足，科技知识储备不足，掌握基本控制操作能力不足，也许应以更广阔的视野来进行反思。今年，上海地铁 17 岁，北京地铁 40 岁，东京地铁 82 岁，巴黎地铁 109 岁，纽约地铁 140 岁，伦敦地铁 146 岁。与一些 “ 老大哥 ” 地铁相比，上海地铁还是血气方刚的 “ 年青人 ” 。年青有年青的好处， “ 老大哥 ” 已经积累了运用地铁科技方面的丰富经验，我们有足够的学习、借鉴的机会，应该把事情办得更好些，但是，罕见的事故还是在昨天发生了！国内 “ 大哥 ” 北京地铁的情况也不大妙，骤停事故时有发生， 11 月 15 日的早高峰时段，新建的北京地铁四号线也有过严重的停运事故；上海的轨道交通更是小事故不断，是此次大事故的预兆。发达国家早就发现，发展城市地铁、轻轨，是解决城市交通拥堵的妙策，但在 1969 年北京建成地铁一号线之后，全国基本上按兵不动，迟迟没有重视城市轨道交通建设，坐失了发展良机，更要命的是：相应的基础研究基本上是空白，科技储备严重不足。直到最近十来年，才开始在建设层面上 “ 大轰大嗡 ” 起来。兴建地铁的科技问题接踵而来。先是不会制造掘进盾构，后是不会制造地铁车厢，频遭外商讹诈之后，经过努力，一一实现了国产化，局面有所改观。其它方面呢？我不甚了了。今天下午，我趁着到同济大学交通运输学院参加博士论文答辩的机会，向我的同行了解情况、进行请教，获得的信息令我震惊！我国在地铁科技方面所掌握的基本技术极其不足！尤其是地铁线路控制系统，基本上是靠引进的，有的还是 “ 黑匣子 ” ，一旦出问题，维修、重整都很困难。如果把整个地铁系统比作一个 “ 人体 ” ，控制系统就好比是 “ 脑袋 ” ，上海地铁的 “ 脑袋 ” 的大部分不是自己的。因此，我的同行担心，可能还蕴藏着更可怕的事故。应该说，地铁、轨交建设所涉及的技术相对来说比较成熟，至少比航天技术（如嫦娥工程所涉及的技术）要简单吧！但恰恰是这类技术我们没有全部自主地掌握，不出乱子才怪呢！在目前的 “ 大干快上 ” 的形势下，这一事实更令人揪心，地铁的运营者似乎是坐在火山口上！鉴于上述，我认为，不应该就事论事，应在彻查事故的同时，迅即加大地铁科研的投入，尽快掌握、运用与地铁相关的科学技术，以求从根本上解决存在的问题。写于 2009 年 12 月 23 日 http://blog.lehu.shu.edu.cn/sqdai/A148913.html 2 、轨道交通忧思录 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=330732do=blogid=465242 3 、需要从深层次找原因——轨道交通忧思录之二 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=330732do=blogid=468825 4 、高铁何时让人放心—— 轨道交通忧思录之三 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=330732do=blogid=483023; 个人分类: 科海随笔|11085 次阅读|32 个评论

需要从深层次找原因——轨道交通忧思录之二: 热度 14 sqdai 2011-7-27 06:27; 一年半之前，在上海地铁发生“ 12-22 ”事故之后，我不止一次地在同事、朋友中说：“我国轨道交通进入了事故高发期，目前的情况令人担忧。”很不幸，被我言中了！试看，高铁运行之后的 25 天中，接连发生 5 次事故，甬温线上动车追尾的“ 7-23 ”大事故中乘客伤亡惨重，京沪宁地铁事故频仍！ 7 月 16 日我在博客里发了《轨道交通忧思录》，今天想再说几句。 “ 7-23 ”大事故是一场大灾难。 39 条鲜活的生命消失了， 200 多人因伤入院。各大媒体的“名笔”、“名嘴”纷纷进言，言辞激烈程度十分罕见。很多人从各个角度对有关部门（特别是“铁老大”）进行问责，透过大事故找存在问题，特别指出：“速度不应以生命做代价”。作为交通科学研究者，我认为应该从科学层面寻找事故的内在原因。我在《轨道交通忧思录》中指出了四个问题：高铁、地铁发展速度过快；科技储备不足；设施国产化程度低；应急预研不够充分。本文想进一步说明：交通科学研究的严重滞后是其中的深层次原因之一。七年前，我在《科学引路畅通有日》的专栏文章中指出，我国交通发展中的“大经验，小科学”是一个重大障碍。存在着“交通非科学”；“发展交通是政府部门的事情”；“交通科学远水不救近渴”这三大误区。从现状看来，这一问题依然存在。“ 7-23 ”大事故是警钟，发人深省，从交通科学层面，我们可以提出如下问题： ——我国综合交通运输系统的发展应采用何种模式？如何找到适合我国国情的“安全、有效、快捷、舒适、环保”的综合交通模式？ ——为什么高铁、地铁的发展有过几十年的延误？在急起直追的过程中存在哪些关键性科学问题亟待解决？ ——我国轨道交通的发展应采取何种合适的速度？适合国情的高铁速度是多少？如何把轨道交通的发展建立在更加科学的可靠基础上？ ——如何大力开展交通科学研究，彻底改变交通建设“大经验，小科学”的现状？如何给交通科学家更大的话权？如何改变为赶工期而罔顾质量的现状？ ——如何迅速改变快速轨道交通的技术储备不足的问题？ ——如何从系统科学和系统工程的视角解决快速交通中的网络运行问题？ ——如何按照各种不同的交通需求实现交通方式（包括轨道交通方式）的多样化？ ——如何解决交通管理的科学化问题？轨道交通提速之后对管理提出了哪些挑战？如何应对？ ——如何制订基于交通科学预研的事故应急预案？如何实现疏散动力学机制？ ——如何认识城市轨道交通在解决城市交通拥堵问题中的作用？如何实现“公交优先”策略？我认为，以上十个问题不解决，还有可能发生更加可怕的事故。这样说，决不是危言耸听。在我国交通建设中，轻视交通科学的研究不是一朝一夕的事情。这些年来从事交通科学研究经历了种种事情，使我对此感同身受。经过四年的不懈努力， 2006 年我们才争取到在国家“ 973 ”基础研究项目中得到交通科学方面的第一个项目（“城市交通拥堵的关键科学问题研究”），因为成果较为突出，提前结题，获得好评，今年又申报了新项目，而且把视角延伸到城际交通。预审中得到普遍认可，但在最后一轮审议中遭到淘汰。由于年龄关系，笔者此次未曾参加一线申请，至今不明原因。七年前，看到上海市地铁拥堵，我们课题组曾进行调研，到人民广场地铁站搞行人流实测，却给那里的保安赶了出来。据我所知，目前上海地铁系统尚未进行过紧急情况下根据行人疏散动力学原理进行过预研，而国外这类研究颇多，甚至像“家乐福”这样的大型超市，其货架设置都是根据行人疏散动力学的原理设计的。根据我们八年前的调研，我国在交通流研究研究方面的论文仅占世界上相关论文总量的 2% 。目前这一情况并未有根本性的改观。笔者对本月高铁的五次事故没有做过系统调研，但从公开报道看来，目前的我国快速轨道交通系统中，电网相当脆弱，简直不堪一击。情况不该这样啊！我国第一条电气化铁路建成已有半个世纪，对电网经受恶劣天气的考验应该有一定的经验。个中原因还需要从科学的层面进行深入分析。面对“ 7-23 ”大事故，真该好好深思一番了！【链接】相关博文 1 轨道交通忧思录 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=330732do=blogid=465242 2 科学引路畅通有日——交通科学与交通工程浅析 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=330732do=blogid=355957 写于 2011 年 7 月 27 日晨; 个人分类: 科海随笔|7788 次阅读|24 个评论

轨道交通忧思录: 热度 11 sqdai 2011-7-16 06:58; 近年来，我国的城市地铁和城际高铁事业进入了发展“腾飞期”，高速交通体系的建立是惠及百姓的大好事。然而，近日高铁、地铁事故频仍，令人担心。作为一名普通的交通科学研究者，更感到忧心忡忡。试看，高铁正式投入营运半个月，在 10 、 11 、 13 日接连发生三次短时间停运事件，有的因为恶劣天气而停电，有的因列车故障而延误；而近两年来，北京、上海、南京等城市的地铁不断出现各种事故，甚至导致人员伤亡。这些事故发生频度引起了诸多关注，本文就此发表一些看法。我们来分析一下出现这种情况的原因。 1. 高铁、地铁发展过热、过快。尽管“中国速度”令人振奋，但是过去我们已经吃过“大干快上”的许多亏，现在仍有发展过快而技术、管理跟不上的问题； 2. 科技储备不足。在各种交通形式中，空运（航空）、水运（航海、内河航运）和陆路运输（公路、铁路等）方面，我国的科技研究水平参差不齐，细看之下，城际高铁和城市地铁的科学研究相对落后，大规模研究只是近一二十年的事情，科技储备严重不足。例如，我国高校中，出现地铁类专业很晚，令人匪夷所思的是著名高校迟迟未建此类专业，倒是几个名不见经传的高校较早设置了，但水平相对低下。可以说，在所有交通类的小专业中，地铁方面是最落后的，一旦地铁大发展，必然出现技术和管理人才的空缺； 3. 相关设施国产化程度较低。此问题与上一个问题有联系。地铁、高铁系统的一些关键性技术还有赖于进口，尽管近年来注意了交通系统部件的国产化，但有些部件（如控制部分）还不是自产的，因此，发生问题时可能有维修困难； 4. 应急预研不够充分。高铁、地铁的硬件、软件的科学研究赶不上发展需要，尤其在软件方面。尽管已有一些应急预案，但由于缺少深层次的预研，遇到事故时仍有反应迟钝的问题。鉴于上述，这里提出如下建议： l 适当调节高铁、地铁的发展速度； l 大力加强城际、城市快速交通的科学研究，形成科学——技术——工程的“一条龙”研究体系； l 尽力提高高铁、地铁设施的国产化水平； l 针对现实，研制更为快捷有效的应急预案。盼望我们有更为便利、快捷、安全的交通系统。附记：因近日家中有事，影响了博客的更新，特敬告博友。写于 2011 年 7 月 16 日晨; 个人分类: 科海随笔|5671 次阅读|13 个评论

科学引路畅通有日——交通科学与交通工程浅析: sqdai 2010-8-24 18:06; 【按语】今天重发五年前刊登在《科学时报》上的一篇拙作《科学引路畅通有日》，目的在于看看我当年的一些看法是否有道理。此文为我们的973项目的申报提出了一些指导思想，对项目申报成功起了造舆论的作用。我们的执行项目的实践已证明文中的一些想法是正确的，但有些想法并未被高层真正理解和接受。重发时未作修改，除了数据略显陈旧以外，基本想法仍然有效。欢迎朋友们批评指正。科学引路畅通有日交通科学与交通工程浅析戴世强 ( 原载于《科学时报》，2005-05-25 A4版学者视野专栏) 追究城市交通拥堵的原因，比照国际交通研究和建设的状况，人们发现，关键还是在于观念、认识上的差距。具体来说，是由于交通建设中的大经验，小科学做法在作怪。当前，交通拥堵问题已成为制约社会、经济发展的瓶颈。解决交通问题的关键在于大力开展交通科学研究，促进交通科学与交通技术的协调发展，使交通工程实践立足于更科学、更有效的基础上。触目惊心交通难 2003 年全国因交通阻塞导致经济损失 2000亿元，约占当年GDP的2% 目前，居住在大中城市的人们莫不饱受交通难之苦。1991年上海市的航测资料表明：交通高峰期，市中心区域的机动车平均速度为每小时15公里，而最低速度为每小时4公里，即低于正常的步行速度；最新的统计资料表明：北京市和上海市中心城区的平均车速约为每小时20公里。据统计分析，世界上每个城里人在一生中，无谓地耗费在拥堵的车流中的时间平均达10昼夜之久！交通拥堵造成严重的经济损失。根据美国的资料，交通要道上拥挤的车流造成的时间耽搁每年达50亿小时，交通拥堵带来的经济损失每年超过1000亿美元；据我国有关部门的统计分析，2003年全国因交通阻塞导致的经济损失为2000亿元，约占当年GDP的2%。交通拥堵引起车辆频繁减速和加速，交通运输效率随之下降，额外消耗大量能源，并且使得废气排放剧增。研究表明，当汽车的时速从40公里/小时降至10公里/小时之时，燃料消耗量增加一倍，环境负荷增加2～4倍。1998年，北京市机动车排放NOx、CO的分担率高达46%和63%；上海市机动车CO的排放分担率在1996年就高达61%。机动车废气是低空排放，对人类健康威胁更大。交通的拥堵和混乱还使得交通事故更加频繁地发生。2004年，我国发生交通事故567753起，造成99217人死亡（几乎占全球总数的一半），451810人受伤，直接经济损失高达27.7亿元。改变现状路何在？最根本的出路在于发展交通科学研究如今，上至政府官员，下至平头百姓，都迫切希望交通难问题能早日得到解决。大而言之，此举直接影响社会、经济的发展，且关乎国家和城市的形象。例如，美国亚特兰大市在1996年奥运会期间，严重的交通拥塞曾经恶名远扬，交通大国的形象大大受损；而悉尼奥运会期间畅通的交通使得举办国备受赞扬。现在，北京为办好科技奥运，正不遗余力地着手解决北京的交通问题。小而言之，长期的出行不便，会使百姓苦不堪言、怨声载道。那么，解决问题的出路何在？加大交通设施建设力度当然是一种出路。我国的大中城市近年来投入交通建设的资金成倍增长。据统计，近年来，我国城市交通建设方面的投资每年逾3000亿元。以上海市为例，每年交通建设投资已超过百亿元，申字形高架路网已然形成（目前正计划在内环线与外环线之间兴建中环线），交通状况有所改善，但依然存在诸多问题：有些新建的高架路成了高架停车场，经常出现大动脉比较畅通，微血管更加堵塞的情形等等。更何况，交通建设不仅费钱费时费力，而且存在着土地资源、环境控制等方面的限制，不能无约束地发展路网。挖掘现有交通资源的潜力是很好的出路。即使有了蛛网般的道路，如果管理不善，交通会拥堵依旧。例如，北京市四环路的设计通行能力是每小时1500辆机动车，但如今当交通流量达到每小时500辆车时就出现拥堵，其中的问题令人深思。而如何使现有的交通资源得到充分利用则是一个科学问题。最根本的出路在于发展交通科学研究，用以指导交通工程实践。物理学家乔杜里等人在2000年《物理学报告》上发表的一篇权威性评论中指出：交通科学基础研究的目的是发现制约交通系统的基本规律；交通工程的主要目的是交通网络和交通控制系统的规划、设计和实施。物理学家对交通科学的贡献在于建立交通模型，得出关于制约交通现象的基本原理的重要结论；也有人投身研究快速在线仿真和交通控制战略，以优化交通流。这方面的一个范例是：纽约市原来准备投建连接曼哈顿与新泽西的第二条隧道。有些交通科学家建议：加强交通灯管理，使交通一直处于高效的同步交通流状态，这样一来，原有隧道的运能提髙了20%，省却了新建隧道的费用。他山之石可攻玉二战时期研究原子弹的美国洛斯阿拉莫斯国家实验室里，如今有一批科学家在全力研究交通流据了解，各个发达国家在交通科学基础研究的投入每年数以千万美元计。例如，上世纪90年代，美国公路局斥资6000万美元，设立TRANSIMS（交通仿真系统）项目，收到了立竿见影之效，交通科学家们利用1992年刚提出来的元胞自动机交通流模型，很快地将基础理论实用化，并选择达拉斯和波特兰这两个中等城市作为试点，进行了可靠的交通分析和交通规划；美国还提出了ISTEA法案（也称冰茶法案），专门发展智能交通系统；英国和澳大利亚的交通科技专家研制出了交通分析、监控软件包SCOOT和SCAT，并广泛投入使用。在巨额经费资助下，大批优秀科学家进入交通研究领域。二战时期研究原子弹的美国洛斯阿拉莫斯国家实验室里，如今有一批科学家在全力研究交通流，他们通过研究发现，交通流问题并不比他们以往研究的现代物理学问题简单。许多闻名遐迩的科学家做了开创性的工作，其中，物理学家普利高津（诺贝尔奖获得者）和赫尔曼（美国科学院院士）率先提出了气体动力论交通流模型，并撰写了相应的专著；流体力学家赖特希尔（英国皇家学会会员）和他的学生惠瑟姆于1955年发表了里程碑式的论文《论运动学波》，提出了交通流的运动学模型；经济学家维克利（诺贝尔奖获得者）建立了著名的交通瓶颈排队模型，麦克法登（诺贝尔奖获得者）则创建了交通行为离散选择理论。在他们的带动下，各个学科的后起之秀纷纷脱颖而出，做了大量的独创性工作。在政府机构和企业部门的资助下，许多大型交通科技计划纷纷出台，除了前面提及的美国TRANSIMS计划以外，欧洲有EURECA计划，德国有ATTS/ ATMS计划，日本有SMARTWAY/VICS计划。这些大型项目以交通科学为基础，动用大量高科技手段，研制出上百种软硬件，直接用于改善交通状况，已收到明显的效果。值得一提的是，发达国家近年来特别关注交通智能化和一体化的研究，充分利用信息科学的新成果，将交通系统的运行置于更为科学、先进的基础上。由于采取了上述措施，发达国家大中城市的交通拥堵状况要比我国缓和。例如，东京、巴黎这样的国际性大都市，机动车拥有量远大于北京、上海，交通运行状况则要好得多。大经验，小科学害人不浅在我国交通发展过程中，交通科学没有赢得其应有的地位，我国交通建设（特别是道路建设）的预研经费偏少现在要回答的问题是：近年来，我国在城市交通领域的投入可以说不少，为什么收效不够理想？过去人们说：交通堵到哪里，路就修到哪里。现在人们则常说：路修到哪里，交通就堵到哪里。到底原因何在？追究城市交通拥堵的原因，表面上看来，是由于我国经济腾飞，促使交通需求快速增长，导致供需失衡；加上基于历史的原因，原有交通系统的结构、布局不合理，改造起来费时费力；再加上公民的交通法规意识较弱，降低了交通系统的运行效率。但是，如果追究深层次的原因，比照国际交通研究和建设的状况，人们发现，关键还是在于观念、认识上的差距。具体来说，是由于交通建设中的大经验，小科学做法在作怪，也就是说，在交通发展过程中，交通科学没有赢得其应有的地位。说得更具体一些，大经验，小科学的表现形式是：重技术，轻科学；重现象，轻机理；重施工，轻预研。在许多人的脑海里，科技不分家，一谈到改善交通状况，马上想到要利用什么技术，实施什么工程。实际上，科学和技术是有紧密联系的两回事，科学是技术的基础，技术则是科学发展的推动力；一切技术的发展必须以科学的发展和应用为基础。笔者听过一个报告，论及科学、技术与工程的关系，其中指出：科学、技术、工程的投入比大致为1:10:100，而科学方面的投入不可或缺，但还是有不少人没有想清楚这一点。笔者了解到，每上一个工程（例如道路建设工程），一定会进行预可行性研究和工程可行性研究，通常邀集相关的工程界人士，绝少想到邀请科学家参加。也就是说，科学家对交通工程建设很少有发言权。而目前交通工程界中有不少人比较崇尚经验，对许多具体问题较少上升到交通科学的理论高度来认识；而且，他们经常疲于奔命地投入各种工程项目，充电时间较少，对上世纪90年代以来交通科学蓬勃发展的成果知之甚少，工程实施就难免观念陈旧，顾此失彼，难以达到先进水平。一般来说，我国交通建设（特别是道路建设）的预研经费偏少。实际上，在计算机技术高度发达的今天，待建工程的交通运行状况完全有可能在计算机上预先实现仿真！只要掌握了真实的或可预测的交通数据，并采用恰当的物理、数学模型，这种仿真可以做到惟妙惟肖的程度，可是，目前这样的工作少之又少。于是，有的立交桥建了拆、拆了建，往复循环，不知道浪费了多少民脂民膏！笔者还了解到，某段高速路建成后，忘了开辟中途的进出通道，只得事后改建。假若进行充分的科学预研，这类情况就不会发生。应该承认，我国的交通科学研究现状远不能令人满意。最近，中国科技大学教授吴清松做过一次SCI论文检索，以交通（traffic）为关键词，检索了从1990年到2005年这16年间的状况。检索到的论文总篇数为28230篇，其中美国9891篇（约占35％），中国大陆461篇（约占2％）、香港特区538篇、台湾省755篇。从中大致可看出我国交通科学发展的落后态势。这种落后态势带来的后果是：交通的规划、建设、管理和控制缺乏先进的、科学的理论指导，交通建设效率不能充分提高，现有交通资源难以充分利用，交通路网结构不合理的现状难以迅速改变。总的结果是：尽管投入大量人力物力，交通拥堵的现状难以迅速改变。因此，我们认为，要增加交通建设的有效性，当务之急是改变目前的大经验，小科学的现状，把发展交通科学放到首要的位置。三大误区要消除主管部门应区分交通科学和交通工程，努力促进两者的协调发展，尽快地将先进的科学理论转化为生产力由于国内很多人对交通科学了解得不多，要大力发展交通科学，有三个误区必须消除。一是交通非科学。不少人认为，交通过程中，没有多少科学问题，要有，也是社会科学或行为科学问题。其实，交通过程中蕴涵了大量科学问题，交通科学是一个朝气蓬勃的新兴科学学科。现在我们就看看交通拥堵问题。试问：交通拥堵的形成和演化机理是怎样的？已形成的拥堵如何疏解？这其中就有数不清的科学问题。从微观上，需要用适当的数学物理方法，建立路段交通流模型；用统计数学工具进行参数辨识；用先进的算法进行仿真和模拟；用数理科学知识分析仿真结果。从宏观角度看来，运用运筹、控制、系统科学的方法，分析路网交通流对拥堵的影响；用复杂性科学分析路网拓扑结构的效应。可以毫不夸张地说，穷一位交通科学家的毕生精力，也难以完整地给出上述问题的圆满答案。当然，交通问题往往也涉及行为科学，合格的交通科学家会经常注意这些因素。笔者认为，交通科学是一种非常典型的技术科学，它有极强的应用背景，它的任何发展都是为了实际应用，而纸上谈兵式的所谓交通理论没有什么生命力。二是发展交通主要是政府行为。有人认为，交通规划、建设和管理的决策权主要掌握在政府主管部门手里，交通工程师的权限有限，更谈不上交通科学家了。这是一种误解。现在的问题是，政府要多倾听交通科学家的真知灼见，交通科学家也应与工程师们通力合作，在解决交通问题的过程中发挥应有的作用。当然，交通界人士也要用先进的交通科学知识去影响有关决策者。三是交通科学远水解不了近渴。有人认为，交通科学家的理论发挥不了什么直接作用，这是一种偏见。最好的解决办法是：交通工程师努力学习交通科学理论，而交通科学家要不断参与交通工程实践，为交通工程师不断提供解决问题的工具。主管部门应区分好交通科学和交通工程，努力促进两者的协调发展，尽快地将先进的科学理论转化为生产力。尽管交通科学目前仍处于发展阶段，但已经能为当前的交通工程实践提供科学的理论依据。只要遵循以交通科学来指导交通工程实践，以交通工程实践引导交通科学的发展这一原则行事，解决交通难问题决非可望而不可及的事情。理想的做法是，进行城市交通规划和建设时，交通工程师与交通科学家通力合作，充分了解交通的总体供需关系，对交通运行状况做全面的预测和分析，设计科学合理的交通网络，对可能的拥堵及其演化机理有透彻的认识，通过全面的预研、仿真，事先消除可能的交通瓶颈，并对交通拥堵给出控制对策。总之，宏观地做出科学决策，避免可能出现的问题。在整治交通时，对各种交通方式做出全面分析，科学地确定问题的症结。在整个过程中，必须以先进的交通科学原则来引领。科学引路保畅通发展具有中国特色的交通科学是我国交通科学家的重任我们欣喜地注意到，我国的许多部门已逐渐认识到发展交通科技的重要性，十五期间，投入发展智能交通系统研制的经费就数以十亿计；国家自然科学基金委员会近年来为交通科学基础研究立项的强度逐年增长，至今已资助了数以百计的交通科学的基础研究项目。以作者熟悉的基金委数学物理科学部为例，5年来，设立了十几个相关的项目，其中包括国家自然科学基金重点项目城市交通流研究。这些项目对发展我国的交通科学和交通工程起了很大的作用。近年来，科技部在确立973基础科研项目时，也注意到了交通科学项目的立项。应该注意的是，我国是一个发展中国家，历史条件决定了我国的交通系统明显地有别于发达国家，因此，我们不能照搬国外的交通流理论，必须在学习、调研、借鉴的基础上，发展具有中国特色的交通科学，这是我国交通科学家的重任。为了更好地发展交通科学，作者提出如下建议： 1）充分认识发展交通科学研究的重要性。以此为基础，才有可能以高屋建瓴的目光，做出科学的交通决策，提出可靠的建设方案； 2）大力提倡交通科学与交通技术的密切结合，在解决交通问题时自觉地实现两个拳头出击，做到交通科学与交通工程的协调发展； 3）认清在交通科学方面我国与先进国家的差距，急起直追。首先要大大增加这方面的投入。尽管近年来已设立了一些研究项目，但与我国近万亿的交通基础建设投资相比、与缓解交通拥堵的迫切需要相比、与交通大发展对基础科学研究的呼唤相比，无论是资助项目数量，还是资助强度，都还显得远远不够。滞后的交通管理造成的局面（毛保华供图）链接1：物理眼光看交通在物理学家的眼中，交通现象更是五光十色、流光溢彩。他们认为，交通系统是一个由多个自驱动粒子组成的复杂系统，他们把行进着的车辆和行人看成自行驱动的粒子，交通流与光线一样，既有粒子性又有波动性，因此，可以从宏观和微观的视角加以描述；物理学家还指出，交通网络是一种复杂网络，由于构成成分的多样性（客车、轿车、非机动车、行人）和运行的随机性，与一般的大网络相比，其复杂性绝不逊色。道路交通状态大致可以分成3种：低密度的畅行交通（即自由流）、各车道的车辆齐头并进的高密度同步交通、更高密度的拥堵交通。在物理学家眼里，它们可类比为气相、液相、固相这三个相，各相之间可以发生相变，到了某个临界密度，相变就要发生。人们出行时就经常遇到相变，最不愿意遇到的是从畅行交通相（经同步交通相）到拥堵交通相的相变。而相变正是凝聚态物理学家的研究对象。他们发现，交通系统的相变中也存在着回滞（hysteresis：交通流量随密度变化的回路特性）、成簇（clustering：拥堵集簇的形成）、相分离（phase separation：交通流态时断时续）等现象。从物理学的角度看来，交通运行经常远离平衡态，而制约它们的是复杂的非线性动力学规律，因此，非平衡态统计物理学和非线性动力学正可以大行其道，交通系统中充满着自组织（系统自行进入最佳临界状态）、混沌、分叉、失稳（进入拥堵）等非线性现象。当流体力学家审视交通系统时，自然地把交通流看作运动流体，其中充斥着各种密度波：在交叉口出现的拥堵车队就是交通激波，绿灯一亮，车队疏解，就出现了交通稀疏波，一般以固定速度向后传播；在形成交通拥堵之前，一定会出现非线性失稳现象，然后涌现各种各样的交通孤立波：为力学、物理学界熟知的KdV孤立波、mKdV孤立波（纽结－反纽结孤立波）等等。经过几十年努力，交通科学家们建立了数以百计的交通模型。对于道路交通流而言，有宏观的运动学模型和流体动力学模型、微观的跟车模型和元胞自动机模型（通称为粒子跳跃模型）、介观的气体动力论模型等。对于路网交通流而言，有早期的路径选择的用户均衡原理与等价数学规划模型、随机效用模型、组合网络模型，以及近期的随机均衡分配模型、动态交通分配模型、拥挤道路使用收费理论与模型等。交通科学家动用各种数学工具求出这些模型的解案，从而在交通工程实践中分别得到了成功的应用。链接2：方兴未艾的交通科学交通科学是一门方兴未艾的年轻科学。上世纪50年代，随着汽车工业的发展，交通拥堵开始出现，现代交通科学应运而生。近50多年来，人们对交通系统的运行规律逐渐有了较为清晰的了解。人们认识到，交通系统是复杂的巨系统，具有明显的随机性、动态性和复杂性。要研究和控制这种系统必须实行学科的综合交叉，所涉及的学科有非线性动力学、流体力学、统计物理学、应用数学、系统科学、管理科学、交通工程学、信息科学、经济学、社会学、心理学等等。广义地说来，交通科学包括交通动力学（或称交通物理学）、交通控制学、交通工程学、交通经济学、交通心理学等分支学科，是自然科学与社会科学的大集成，技术科学与数理科学的大交融。交通科学的基础是交通动力学（交通物理学），专门研究分析交通系统四要素（人、车、路及环境）的相互作用，发现制约交通系统运行的基本规律。原载于《科学时报》2005年5月25日A4版，学者视野专版; 个人分类: 科海随笔|6000 次阅读|4 个评论

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标签: 交通科学

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