城市交通拥堵传播中的多稳定性与滞回现象建模

日益增加的证据表明，城市道路网络的宏观功能状态表现出多稳定性和滞回现象，但微观机制仍不为人所知。本文表明，在实际城市道路网络中，拥堵道路的恢复过程并非自发进行（如现有模型所假设），而是受到连接拥堵道路的阻碍，导致多稳定性和滞回现象在城市交通动力学中涌现。通过分析实际的城市交通数据，我们观察到，道路之间的拥堵传播可被简单地描述为类似流行病的传染过程，但拥堵道路的恢复速率会因相邻道路的拥堵而大幅下降，这与流行病模型不同。基于这一微观观察，我们提出了一种简单的拥堵传播与消散模型，通过均场方法和数值模拟发现，当恢复阻碍足够强时，模型显示道路网络宏观功能状态之间的离散相变。我们的发现揭示了恢复过程在网络系统故障的集体动力学中所起的被忽视作用。