从交通流谈堵车

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新知客:目前国内堵车情况最普遍最严重的是哪一个城市呢?

姜锐:据我了解,还是北京的堵车问题最严重,尤其在上下班高峰期。

新知客:如果我们要研究堵车问题,应该怎样来着手呢?

姜锐:堵车问题是一个既简单又复杂的问题。我们大家都知道堵车的原因在于车太多了,交通工程学上你为交通需求大于交通供给。

缓解堵车问题,可以从两个方面来着手。一是减少车辆,二是增加交通设施的承载通行能力。

新知客:减少车辆,那我们的汽车工业岂不是很受影响?

姜锐:减少车辆,不是指减少汽车保有量,而是指减少上路车辆,也即减少汽车出行量。

现在政府发展汽车工业,还是鼓励老百姓买车的,但如果大家买了车,上下班的时间都开车上路,那么可能谁也解决不了堵车问题。

新知客:怎样减少汽车出行量呢?如果买了车又不上路,那岂不是白买了吗?

姜锐:减少汽车出行量的一个重要措施是合理的城市规划,改变不合理的城市布局。但这是非常复杂的一个问题,尤其是对北京、上海这样的大城市。

在目前已有的城市布局下,为了减少汽车出行量,最重要的方法应该是大力发展公共交通,尤其是公共轨道交通。比如纽约、伦敦、巴黎、东京等,其地铁、轻轨等轨道交通线都是密如蛛网,人们可以很方便地到达城市的任何一个位置。我在东京生活了一年,了解到从大学教授到公司职员,上下班基本都是搭地铁。我的科研合作者,东京大学的西成活裕教授,甚至没有私家车。

新知客:您对北京、上海、广州几个城市的堵车治理措施能分别评价一下吗?

姜锐:在公共交通不到位的情况下,政府不得不出台强行措施来减少汽车出行量,如北京的尾号限行。在奥运会期间,这一措施减少了近一半的小汽车出行量,当然就不堵车了。现在争论得比较激烈的拥挤收费措施,如果实行的话,某些程度也会起到减少汽车出行量的作用。有些国家规定特定时段特定区域的小车上除了驾驶员以外,至少还要有一位乘客,也是出于减少汽车出行量的目的。

北京的尾号限行、上海的汽车牌照拍卖,都属于强行减少汽车出行量的措施,但不应作为缓解堵车的长久之计。

新知客:那还有其他的办法吗?

姜锐:缓解堵车问题的第二个方面是增加交通设施的承载通行能力。首先要增加现有交通设施,主要是指新增、拓宽道路及改造路网等,这属于交通规划的研究范畴,和城市规划紧相连。其次是通过科学管理和控制,增大现有设施的通行能力。

我们最常举的一个例子是,20世纪纽约市拟新修一条通往新泽西的隧道,以缓解交通拥堵。但后来通过更加科学的交通控制,提高了已有隧道的通行能力,从而避免了新隧道的修建。近年来,世界各国都在投入智能运输系统的研究,其主要目的之一也是期望增大现有设施的通行能力。这方面大家可以看到的一个实例是城市道路信息板,实时显示道路的拥挤情况,为驾驶员提供信息避开拥挤路段。此外,匝道控制通过在入匝道上设置红绿灯来控制入匝道流量,从而保证主干道畅通;优化信号控制系统可以增加交叉口的通行能力;可变限速系统可以提高车流稳定性,改善交通安全性;交通事故检测系统可以及时发现交通事故,从而在第一时间展开拥堵疏散;电子收费实现不停车收费,大大提高收费站的通行能力。这些都是可以在现有条件下实现的解决办法。

新知客:要治理堵车,有观点认为应该给予司机更充分的信息和自由选择,让司机能知道何处出现严重的拥挤,而不是使用各种限制政策。您怎么看?

姜锐:交通流研究者做过计算机仿真实验,从A到B有2条相同的道路,在A处有一个实时信息板,显示到达B处的车辆的路上行驶时间。如果所有车辆都按照信息板提供的信息选择所需时间较少的道路,将造成两条道路上车流量的巨大波动,从而大大降低通行能力。这个例子说明,我们需给出正确和准确的信息,否则可能适得其反。但提供这样的信息,是一件非常困难的事情,往往我们提供的信息还不如驾驶员自己的驾驶经验准确。

新知客:您研究的交通流是一个怎样的流?和水流一样吗?

姜锐:交通流和水流类似也有很多区别。它有这样几个特点:当车流很稀疏,即车辆密度很低时,车辆速度很快,但车流量却很低;随着车辆密度增加,车辆速度降低,但车流量却增大;当车辆密度达到某个临界值附近时,车流量达到最大值。

此后,车辆密度继续增加时,车辆速度和车流量都会降低;当车辆密度达到最大值时,车辆速度和流量都为零。这一车流量与车辆密度之间的关系在交通流领域被称为基本图。我们常见的水流,其密度可以认为是不变的,流量与速度成正比。对于一段给定的管道,水流速度取决于压力差,压差越大,速度越大,流量也越大。而对于一段给定的道路,最大车流量却是不可变的。

新知客:交通流研究对于治理堵车有什么帮助吗?具体可以怎样来用?

姜锐:交通流研究车辆运动的基本规律,是交通管理和控制的基础。具体来说,每提出一个新的管理控制策略,都应该先用交通流模型进行计算机仿真实验,验证其效果,然后再进行实地实验。

新知客:交通流的主要研究数据从哪里来呢?研究方法是怎样?

姜锐:研究数据主要通过道路上埋设的线圈探测仪获得,还可以通过录像、浮动车、GPS、航拍等方式获得。研究方法主要是建模和仿真,包括使用偏微分方程、常微分方程、元胞自动机等方法。