交通理论的创立文档.docVIP

交通理论的创立? Denos C. Gazis (26 Lake Road, Katonah, New York 10536, USA) “始因福特” 严格说起来，我在1974年就写过一篇关于交通控制理论发展情况的综述性文章，那种写作手法仍然适合于用在本文里。 应该说，在引领汽车时代的福特之前，交通问题就已经存在了。但那时的交通问题是个波及面不大的小问题，还没有迫使人们要想尽办法去解决它。汽车改变了一切，到20世纪中叶的时候，交通就成了大问题，受到广泛关注。1950年，来自不同领域的科学家开始想法模拟公路上的交通流，希望找到改善交通状态的良方妙药。 早期对交通问题建模做出贡献的学者有Reuschel (1950)，Pipes (1953)和Lighthill Whitham (1955)。Reuschel和Pipes提出了一个能够详细描述车辆前后跟进运动的交通模型，被称为“微观”交通模型。而著名的流体力学家Lighthill与Whitham合作，提出了“宏观”交通模型，该模型将交通流逼近为一种连续流动体。 Lighthill Whitham (L-W)模型基于两个前提，即一定时空内的车辆数量是守衡的，描述流量与密度关系的状态方程是存在的。前者自然是合理的，但状态方程是否存在只是被观察数据所部分证实，这些数据很分散，交通流的密度比较高时尤其如此。不过，L-W模型还是对基本的交通现象提供了合理的解释，比如“激波”的演化，当交通流从一种稳态进入密度和流量不一样的另一种稳态时，激波现象就会发生。L-W模型可以很好地描述发生在大时间跨度区间的密度变化激波，但对描述交叉口附近的交通流运动却无能为力，因为交叉口前的激波是一个接着一个，且不稳定，强行使用L-W模型会导致较大的误差。 Reuschel和Pipes的模型描述了跟车行为。模型的基本假设是后车的速度是与前车之间的距离的线性函数，从概念上讲这是合理的，但为了得到实证的支持，这一模型经历了很多年的考验与质疑。 在1950年代，交通模型引起了象Elliott Montroll这样的著名科学家的注意，1956年发生的一系列事情使交通理论得到了快速发展。当时，通用汽车公司聘请了一位新的执行官负责其实验室，这就是核物理学家Larry Hafstad，他雄心勃勃地要把GM的实验室建成基础科学研究的领头羊，而不仅仅是只搞产品开发。为了实现这一目标，Hafstad请来了Robert Herman，Hermann与Montroll在同一个小组，他们坚持推动跟车模型的基础性研究，其影响到今天依然存在。 我于1957年被Herman聘请到GM的基础研究部，刚开始的时候并没有让我研究交通。Hermann以他对各个方向的知识都兼容吸收的大无谓创新精神，先带我到实验室各处闲逛，看怎样将我的应用力学知识用起来，以模拟和改进汽车工业中的各种装置和流程。比如，为了生产出优质的滚珠轴承，就要弄懂珠子与轴套之间相互作用产生应力的原理。可是，没过多久，我就被吸引到交通建模这边来了，它从此改变了我的生活。 我先稍微谈谈管理对研究工作的影响。我是在哥伦比亚大学的导师Ray Mindlin教授的引导与推荐下加盟GM研究部的，Mindlin告诉我：“大多数汽车公司不在乎基础研究，但GM有一种新的管理机制，GM似乎真的想做点东西、改变点什么，你可以去试一试。”当我到了GM时，我确实发现了一种新的精神，不仅仅是Hafstad强烈地支持我们的研究，而且公司的高级管理人员如John Campbell也是坚定的支持者，是我们的保护天使，从人事方面满足我们的需要。我们在工业和学术界都得到了最好的支持，包括当时能用到的最好的计算机。Hermann借其在许多地方做顾问的便利，广邀天下英雄来帮助我们的研究，请他们来做短期学术讲座甚至在我们这里呆满整个学术休假年。这种良好的环境使得Montroll，Potts乃至后来得到诺贝尔奖的Prigogine都被卷入我们的交通理论研究活动中。 某些基本的原则一直在指导着Herman和他的同事的工作。Herman首先确信交通理论本质上是一种实验科学，其二，应该选择最合适的数学模型来描述某一特定的现象，而不应该让现象去拟合研究者所熟知的某个模型。我提醒这一点是因为我们近年读了不少“先有答案、再找问题”的论文，这些科学家使用他们所喜欢的理论去描述交通，而不管这些理论是否具有交通的物理背景。我经常讲起这样一件在物理学会会议上发生的事情，一个年轻的科学家提出了一个模型并且向众人显示从他的模型算出来的结果与实验数据是如何的吻合，x轴代表计算结果，y轴代表实验结果，拟合出一条高度相关的、有截距的直线。在他的发言之后，一位知名物理学家点评道：我对理论与实验数据拟合得如此之好印象极深，但本研究显然缺乏物理学根基，否则那条直线为