探究“車水馬龍”背后的“秘密”

魯長國

繁華都市，車水馬龍，川流不息。在加速發(fā)展的城市化的進(jìn)程中，我國面臨的交通問題也日益嚴(yán)重，交通擁堵已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中不可避免的世界性難題。交通系統(tǒng)是一個(gè)由多個(gè)自驅(qū)動(dòng)粒子構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，蘊(yùn)含豐富的非線性現(xiàn)象。為了探究這些復(fù)雜多體系統(tǒng)的演變規(guī)律，有那么一個(gè)人，在他的交通流研究領(lǐng)域已默默耕耘十余年，更創(chuàng)下了多項(xiàng)“首例”成果。他，就是本文主人公——姜銳。

何為交通流？姜銳介紹道，交通流理論旨在研究交通系統(tǒng)中人、車、路、環(huán)境諸要素之間的相互作用，以揭示交通系統(tǒng)運(yùn)行的基本規(guī)律，它是交通科學(xué)技術(shù)的核心問題，是交通工程的基石，其發(fā)展在一定程度上決定了一個(gè)國家交通運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)代化的速度。交通流研究可以加深人們對(duì)復(fù)雜多體系統(tǒng)的演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)，具有重要的科學(xué)意義。這也正是姜銳研究的初衷。

1994年，姜銳考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)和能源工程系，1998年保送碩博連讀研究生，師從吳清松教授，從這時(shí)起開始了交通流研究的工作。老師忘我的科研精神深深影響著姜銳，這也促使他全心全意投入到后來的科研中。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，姜銳已在交通流的微觀和宏觀建模方面取得了一些成果，他所提出的全速度差跟馳模型和速度梯度宏觀模型分別發(fā)表在國際專業(yè)期刊上，并被SCI高度引用。博士畢業(yè)時(shí)，姜銳已發(fā)表SCI論文10余篇，其博士論文獲2005年全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文，更難得的這是交通方向第一篇百篇優(yōu)博論文。

博士畢業(yè)后，姜銳獲得德國洪堡基金和日本學(xué)術(shù)振興會(huì)資助，先后赴德國和日本開展科研合作。2006年，姜銳入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃；2014年，獲國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助，并入選北京交通大學(xué)卓越百人計(jì)劃；2015年，從中國科技大學(xué)調(diào)入北京交通大學(xué)，加入高自友教授團(tuán)隊(duì)。

十余年來，姜銳在交通流領(lǐng)域一如既往地開展研究，在道路、行人和網(wǎng)絡(luò)交通行為的運(yùn)行規(guī)律方面取得了多項(xiàng)研究成果，建立了新的道路、行人和網(wǎng)絡(luò)交通流模型，揭示了交通流形成和演化的一些非線性動(dòng)力學(xué)特性，加深了人們對(duì)自驅(qū)動(dòng)多粒子復(fù)雜巨系統(tǒng)演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

他首次在國際上開展了開放道路上大規(guī)模的車輛跟馳實(shí)驗(yàn)；通過高精度GPS獲取車輛的速度和位置信息，分析了車輛的跟馳行為特性，發(fā)現(xiàn)了交通擾動(dòng)的凹增長特性。此外，還圍繞交叉行人流、對(duì)沖行人流、自行車道路通行能力和自行車流基本圖等非機(jī)動(dòng)車交通問題展開了實(shí)驗(yàn)研究，其中關(guān)于自行車流的實(shí)驗(yàn)，在國內(nèi)尚屬首次。

“車流中個(gè)體車輛運(yùn)動(dòng)行為不但與本車速度和車間距有關(guān)，還與本車和前車之間速度差相關(guān)?！苯J根據(jù)自己的觀測認(rèn)識(shí)，建立了能夠完整考慮這三種效應(yīng)的車輛跟馳全速度差模型，并在此基礎(chǔ)上提出了速度梯度宏觀連續(xù)模型，克服了傳統(tǒng)交通流高階連續(xù)模型出現(xiàn)“車輛倒退現(xiàn)象”的固有缺陷。此外，姜銳還構(gòu)建了新的三相交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型，可以成功模擬自由流相、同步流相、堵塞相以及交通相變特性。此外，姜銳還提出了一系列新的網(wǎng)絡(luò)路由策略，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的整體通行能力。

近年來，姜銳先后主持了國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金青年/面上項(xiàng)目、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃、教育部高等學(xué)校優(yōu)秀博士學(xué)位論文專項(xiàng)基金等多項(xiàng)國家和省部級(jí)項(xiàng)目。作為研究核心骨干成員，參加了2項(xiàng)交通領(lǐng)域國家“973”計(jì)劃，以及1項(xiàng)國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目。研究成果獲安徽省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，出版專著1部。

十年如一，默默堅(jiān)守，只為揭示交通系統(tǒng)這一復(fù)雜體系的演變規(guī)律，相信姜銳教授的研究將為我國解決交通擁堵問題發(fā)揮積極的作用。endprint