城市环境中的交通系统容易受到多种因素的影响，包括天气、交通拥堵和特殊事件。特别是瓶颈，可能会导致重大问题并导致整个系统的连锁故障。
复旦大学和中国上海电力大学的科学家开发了一种建模技术来研究城市交通流量，并使用上海的真实数据对其进行了验证。他们在 AIP Publishing 的Chaos中描述了他们的方法，并表明他们的模型可用于查找以前未知的瓶颈，这些瓶颈可能导致整个道路网络出现故障。
该研究处于物理学与信息科学的交叉点，是涉及智慧城市研究的创新模式。该模型使用一种改进形式的渗透理论，广泛用于理解液体通过多孔介质(如土壤和凝胶)的流动。当液体流过孔隙网络时，它偶尔会被阻塞，就像车辆在道路上流动时会被阻塞一样。
在构建他们的模型时，研究人员考虑了上海现有的道路网络和人口分布。他们生成了各个人口中心之间的行程，并将这些行程分配给提供最短行程距离的道路。
“城市地区是一个开放系统，除了区域内流动外，还存在外部区域之间的流量交换。为了模拟通勤的效果，我们增加了边境地区的人口，”作者马玉刚说。
每条道路上的交通负荷被转换为速度。当交通流量在给定道路上达到不可接受的低速度时，该道路被认为功能失调并从模型中移除。
通过以递归方式重复这个过程，研究人员发现城市交通系统的大规模级联故障以突然和不连续的方式发生，就像冰融化或水沸腾时突然发生相变一样。
作者兼项目负责人韩丁丁说：“我们使用上海杨浦区的公开地图，确定了四条道路作为主要通勤通道。通过应用我们的递归交通渗透模型，我们能够确定一条特定的道路，中环路，作为一个潜在的瓶颈，可能导致整个城市交通系统的连锁故障。”
当中环路被堵住时，车流涌入小巷，最终无法处理车流。这会导致额外的阻塞和整个系统的崩溃。发生这种情况时，道路网络会断开连接。
“值得注意的是，中环路瓶颈是在我们模型的第五轮道路拆除中发现的，”作者江海钱说。“通过连锁故障的动态过程，发现了隐藏的瓶颈。”
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