交通中的自组织临界性与$1/f$噪声

幻影交通拥堵可能“凭空”从小波动中涌现，而非由大型异常事件触发。我们展示了幻影拥堵如何在模拟人类驾驶行为的单车道高速公路交通模型中产生。令人惊讶的是，最高效率、最大吞吐量的最优状态是一个具有各种规模交通拥堵的临界状态。我们证明了开放系统自组织到最有效的状态。在我们研究的模型中，这种临界状态是幻影交通拥堵的渗流转变。在临界状态下，单个拥堵具有复杂的分形结构，汽车遵循间歇性的走走停停模式。我们解析推导了相应功率谱的形式为$1/f^{\alpha}$，其中$\alpha = 1$精确成立。这一理论预测与我们的数值模拟以及真实交通中$1/f$噪声的观测结果一致。