Каскадные сбои в системах городского движения, связанные со скрытыми узкими местами

  • Пользователь Алексей Коровин опубликовал
  • 23 марта 2023 г., 13:47:21 MSK
  • 0 комментариев
  • 55 просмотров
Ученые разработали метод моделирования для изучения городских транспортных потоков и показывают, что их модель может быть использована для поиска ранее неизвестных узких мест. В модели используется модифицированная форма теории просачивания, и исследователи рассмотрели существующую дорожную сеть и распределение населения в Шанхае. Они сгенерировали поездки между различными населенными пунктами, распределив эти поездки по дорогам, которые обеспечивали кратчайшее расстояние в пути, и обнаружили, что массовый каскадный сбой городской транспортной системы произошел внезапным и прерывистым образом.

Транспортные системы в городских условиях уязвимы к целому ряду факторов, включая погоду, пробки на дорогах и специальные мероприятия. Узкие места, в частности, могут вызвать серьезные проблемы и привести к каскадному отказу всей системы.

Ученые из Университета Фудань и Шанхайского университета электроэнергетики в Китае разработали метод моделирования для изучения городских транспортных потоков и проверили его на реальных данных из Шанхая. Они описывают свой подход в Хаос, издательством AIP Publishing, и показывают, что их модель может быть использована для поиска ранее неизвестных узких мест, которые могут привести к сбою всей дорожной сети.

Это исследование находится на стыке физики и информатики и представляет собой инновационную модель, включающую изучение "умных городов". В модели используется модифицированная форма теории перколяции, широко используемая для понимания течения жидкостей через пористые среды, такие как грунт и гели. Когда жидкость течет через сеть пор, она иногда блокируется примерно таким же образом, как может быть заблокирован поток транспортных средств по дорогам.

При построении своей модели исследователи учитывали существующую дорожную сеть и распределение населения в Шанхае. Они генерировали поездки между различными населенными пунктами, распределяя эти поездки по дорогам, которые обеспечивали кратчайшее расстояние в пути.

"Городская территория - это открытая система, где, в дополнение к внутрирегиональным потокам, происходит также обмен потоками между внешними регионами. Чтобы имитировать эффект поездок на работу, мы увеличили население приграничных регионов", - сказал автор Ю-Ган Ма.

Транспортная нагрузка на каждой дороге была преобразована в скорость. Когда поток транспорта достигал неприемлемо низкой скорости на данной дороге, эта дорога считалась неработоспособной и удалялась из модели.

Повторяя этот процесс рекурсивным образом, исследователи обнаружили, что массовый каскадный сбой городской транспортной системы произошел внезапно и прерывисто, во многом так же, как внезапно происходит фазовый переход, когда тает лед или закипает вода.

Автор и руководитель проекта Диндинг Хан сказал: "Мы использовали общедоступные карты района Янпу в Шанхае и определили четыре дороги, которые служат основными магистралями для поездок на работу. Применив нашу рекурсивную модель просачивания трафика, мы смогли определить одну конкретную магистраль, Чжунхуань-роуд, как потенциальное узкое место, которое может привести к каскадному сбою всей городской транспортной системы".

Когда Чжунхуань-роуд блокируется, движение перетекает на боковые улицы, которые в конечном итоге не справляются с потоком транспортных средств. Это приводит к дополнительным блокировкам и выходу из строя всей системы. Когда это происходит, сеть дорог распадается на несвязанные фрагменты.

"Стоит отметить, что узкое место на дороге Чжунхуань было обнаружено во время пятого этапа демонтажа дороги в нашей модели", - сказал автор Цзян-Хай Цянь. "Благодаря динамическому процессу каскадного отказа было обнаружено скрытое узкое место".

Комментарии

0 комментариев