城市道路网络中交通信号灯与车流的自控制

基于对（城市）网络中车流的流体动力学和多粒子（跟车）模拟，我们研究了交叉口处不兼容车流的协调问题。受行人流在瓶颈处自组织振荡现象的启发 [D. Helbing and P. Moln\'ar, Phys. Eev. E 51 (1995) 4282--4286]，我们提出了一种交通信号灯控制的自组织方法。该问题可视为车辆与交通信号灯之间存在相互作用的多智能体问题。具体而言，我们的方法假设由车流本身对交通信号灯进行基于优先级的控制，同时考虑车流和车队的短视预判。所考虑的局部相互作用导致了“绿波”等涌现协调模式，并实现了高效、去中心化的交通信号灯控制。虽然所提出的自控制能灵活适应局部流况，且常导致具有不同车流服务序列的非周期性切换模式，但在特定条件下也可能演化出近乎周期性的服务，这表明尽管存在因可变车辆队列和行驶时间引起的变化延迟，交通信号灯仍可能存在自发同步现象。自组织交通信号灯控制基于优化规则和稳定规则，二者在道路网络高利用率下表现均不佳，但它们的适当组合能达到更优越的性能。结果不仅显著减少了平均行驶时间，也降低了其波动性。类似的控制方法可应用于物流和生产过程的协调。