Approximation of human flow in urban areas by a network of electric circuits : Potential fields and fluctuation-dissipation relations
由于大数据的出现，物理定律在非物质上的延伸已经取得了许多成功，人类流动是科学前沿课题之一。最近的全球定位系统技术已使追踪数百万人的详细轨迹成为可能，城市之间人流的重力定律等宏观方法和个人起点-目的地分布的微观方法正引起人们的极大关注。然而，要充分利用GPS数据实现大城市交通预测和城市规划，需要一个更通用、适用性更广的基础模型。在这里，基于一个新的想法，把移动的人作为带电粒子，我们引入了一个复杂的方法来映射宏观的人流量到电流上的一个假想的电路定义在一个大都市地区。电导被发现是几乎成比例的最大电流在每个位置和同步的人流在早上和晚上很好地描述了由电势的时间变化。令人惊讶的是，著名的涨落耗散定理成立，即电流的方差与类似于普通材料的电导率成正比。特别是在大流行期间，这种工具可为管理人员流动的决策提供宝贵的见解。
2022-03-18 physics.soc-ph
Macroscopic fundamental diagram with volume-delay relationship: model derivation, empirical validation and invariance property
本文提出基于车牌摄像头和道路拥堵指数的宏观基本图模型，推导流量-延误关系，实证验证R²>0.9，并证明流量与临界值之比的可观测性不变性质，为网络饱和度估计提供新方法。
2024-02-08 physics.soc-ph
A Data-Driven and Integrated Evaluation of Area-wide Impacts of Double Parking Using Macroscopic and Microscopic Models
经常对交通运行和安全产生负面影响的双重停车在城市街道上并不是一个新现象。本研究提出了一种新的数据驱动的综合框架，用于估计双停车的实际频率，使微观和宏观模型可以用来量化在双停车存在的区域范围内的影响。该研究的结果可以为运输机构提供有用的见解，以确定通过消除有问题的双停车位将获得最大利益的位置。因此，可以更有效地规划各种停车执法和管理策略。
2020-11-23 physics.soc-ph
Modeling Multistability and Hysteresis in Urban Congestion Spreading
本文提出了一种拥堵传播和消散模型，揭示了恢复过程在城市交通多稳态和滞后现象中的关键作用。
2025-12-16 nlin.AO physics.data-an physics.soc-ph
Estimating the urban traffic state with limited traffic data using the MFD
城市化导致城市交通量的增加。宏观基本图（MFD）建议在区域水平上描述城市交通，以便测量和控制交通。然而，为了进行适当的估计，需要提供所有数据。本文讨论的主要问题是：如何得到一个网络范围内的交通状态估计？我们跟进的文献建议的基础上的速度有限的样本车共享浮动车数据（FCD）的业务估计。我们提出了一个初始步骤，通过构建一个基于FCD的MFD，然后在步骤2中使用，运营交通状态估计。对于操作交通状态估计，即，实时交通状态估计，渗透率未知。对于这两个步骤，我们评估了估计中误差的影响。鉴于这些错误，我们还制定了一个指标，显示该方法何时会产生不合理的结果，例如在发生事故的情况下。该方法已被测试使用微观模拟。发现FCD渗透率为1%时，估计平均密度的误差为26%;将渗透率增加到30%时，估计平均密度的误差减小到7%。
2020-02-13 physics.soc-ph
Statistical Laws in Urban Mobility from microscopic GPS data in the area of Florence
统计物理学在社会系统中的应用主要涉及对宏观规律的探索，这些规律可以从时间或空间平均的实验数据中推导出来，假设系统处于稳定状态。主要目标之一是找到统计定律与微观性质之间的联系：例如，理解微观相互作用的性质或指出相互作用网络的存在。概率论表明，在热力学极限下存在少数几类平稳分布，因此问题是统计物理学方法是否能够纳入社会系统的复杂性质。我们已经分析了一个大型的GPS数据库，在佛罗伦萨市区的单车移动性，获得统计规律的路径长度，活动停机时间和活动度。我们还表明，简单的一般假设的微观行为可以解释存在的静态宏观法律，与一个通用的功能描述的分布。我们的结论是，理解系统的复杂性需要微观演化的动态数据库，这允许解决小的空间和时间尺度，以研究瞬态。
2009-12-22 physics.data-an physics.soc-ph
The Aw-Rascle traffic model: Enskog-type kinetic derivation and generalisations
本文研究了从动力学描述导出二阶宏观交通模型的方法。特别是，我们恢复了著名的Aw-Rascle模型作为Enskog型动力学方程的流体动力学极限的车辆之间的微观二元相互作用的精确表征。与文献中的其他推导不同，我们的方法揭示了Aw Rascle模型背后的多尺度物理。这进一步使我们能够将其推广到一类新的二阶宏观模型符合Aw-Rascle一致性条件，即没有波应该比平均交通流量更快。
2019-06-25 cond-mat.stat-mech cs.NA math.NA
Hydrodynamic traffic flow models including random accidents: A kinetic derivation
本文从随机粒子模型形式化推导出含不连续通量的二阶双曲 PDE 宏观交通模型，并通过数值实验与粒子方法比较，利用解的统计量分析随机交通事故。
2023-11-07 cond-mat.stat-mech math-ph math.AP
Glassy dynamics of metropolitan human mobility frozen near the gravitational equilibrium
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本研究提出基于引力的家庭交换模型，将城市通勤视为粒子系统，发现其具有玻璃态动力学特征，并通过模拟验证了最小物理机制可重建复杂城市现实。
2026-09-25 physics.soc-ph
Contagion mean field model for transport in urban traffic networks
本文提出了一种城市交通网络中传输的传染性均场模型，揭示了交通流与密度之间的关系，并验证了SIS/SIR过程在交通拥堵建模中的应用。
2025-12-15 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
Structure of road networks and the shape of the macroscopic fundamental diagram
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；Institut für Theoretische Physik, Universität zu Köln（科隆大学理论物理研究所）；Centre d’Analyse et de Mathématique Sociales (CNRS/EHESS)（社会分析与数学中心（CNRS/高等社会科学学院））
本文通过数值建模和维度分析，提出了路网结构与宏观基本图流量和密度缩放关系的理论框架。
2023-10-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Taming macroscopic jamming in transportation networks
在交通网络中，经常观察到自发的干扰过渡，例如在城市道路网络和机场网络中。由于这种不稳定性，流量分布在宏观层面上显著不平衡。为了减轻拥塞，我们考虑一个简单的控制方法，其中拥挤的节点被暂时关闭，并研究它如何影响整个系统。根据节点关闭和打开的时间以及网络的拥塞程度，系统显示三个不同的阶段：自由流阶段、受控阶段和死锁阶段。我们表明，当系统处于受控阶段，平均流量显着改善，而在死锁阶段，流量下降到零。我们研究了控制方法是如何增加网络流量的，并解析地得到了它们的转移边界。
2015-05-26 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
On How Traffic Signals Impact the Fundamental Diagrams of Urban Roads
本研究针对交通信号对城市道路基本图的影响问题，提出将传统基本图参数建模为信号方案因素函数的简约公式，经盐湖城道路数据验证，深化了信号设置对拥堵模式影响的认知。
2025-01-10 cs.ET eess.SP physics.soc-ph
Kinetic derivation of Aw-Rascle-Zhang-type traffic models with driver-assist vehicles
在本文中，我们推导出二阶流体动力学交通模型的动力学控制方程的辅助驾驶车辆。在车辆层面，我们考虑到两个主要的控制策略，综合自适应巡航控制和合作自适应巡航控制的行动。由此产生的宏观动力学满足在著名的Aw-Rascle-Zhang模型中引入的各向异性条件。与其他基于启发式参数的模型不同，我们的方法揭示了常用的流体动力学交通模型背后的主要物理方面，并证明了将驾驶辅助车辆的宏观方程的结构。数值分析表明，驾驶员辅助车辆的存在产生了平均流速的总体均匀化，其也可以以达到最佳流量和交通稳定的方式转向合适的期望速度。
2021-01-11 cond-mat.stat-mech cs.NA math.NA
Spatio-temporal propagation of traffic jams in urban traffic networks
自近一个世纪以来，人们从宏观到微观的角度对交通拥挤进行了广泛的研究。然而，由于人口的增长和文明的快速发展，交通拥堵问题日益严重，不仅造成了经济损失，而且对环境造成了破坏。如果不了解城市中拥堵的时空传播行为，就不可能制定有效的缓解策略来控制和改善城市交通。虽然最近的研究已经取得了一些进展，在现有的交通数据的基础上对交通的一般特征，交通拥堵在城市交通的时空传播的理解仍然不清楚。在这里，我们研究交通拥堵的时空传播行为的基础上收集的经验交通数据在大城市。我们开发了一种方法来识别有影响力的堵塞中心，并发现堵塞从多个堵塞中心以一定的速度径向传播。本文的研究结果有助于预测甚至控制交通拥堵的传播，为未来自动驾驶技术和智能交通系统的发展提供参考。
2017-05-19 physics.data-an physics.soc-ph
A statistical mechanics approach to macroscopic limits of car-following traffic dynamics
我们研究了从车辆跟随车辆动力学的宏观交通模型的推导，通过流体动力学限制的Enskog型动力学描述。我们认为叠加的跟随领导者（FTL）的相互作用和放松对交通依赖的最佳速度（OV），我们表明，由此产生的宏观模型取决于这两个微观过程之间的相对频率。如果FTL相互作用占主导地位，则得到非均匀Aw-Rascle-Zhang模型，其（伪）压力和均匀流的稳定性由微观FTL和OV动力学的一些特征精确定义。相反，如果OV弛豫的速率与FTL相互作用的速率相当，则得到仅由OV函数支配的Lighthill-Whitham-Richards模型。我们通过粒子系统和宏观模型的数值模拟进一步证实了这些发现。与其他形式上类似的结果，我们的方法建立的宏观模型作为粒子动力学的物理极限，而不是评估适当的数值离散下的微观到宏观的解决方案的收敛。
2021-06-30 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Macroscopic limits of non-local kinetic descriptions of vehicular traffic
我们研究了宏观交通模型的推导出最佳速度和跟随领导者的粒子动力学的非本地Povzner型动力学方程的流体动力学限制。作为第一步，我们表明，最佳速度车辆动力学产生一阶宏观模型与非局部通量。接下来，我们表明，非本地跟随领导车辆动力学有一个普遍的宏观对应的二阶Aw-Rascle-Zhang交通模型，至少当非局部的相互作用是足够小的。最后，我们表明，同样的定性结果也适用于一般类的后续领导者动态的基础上车头时距的车辆，而不是他们的速度。我们还通过数值模拟研究了粒子模型解与宏观极限之间的对应关系。
2022-11-16 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
A Payne-Whitham model of urban traffic networks in the presence of traffic lights and its application to traffic optimisation
Complexity Science Hub（复杂性科学中心）；Faculty of Mathematics, Informatics and Mechanics, University of Warsaw（华沙大学数学、信息学与力学学院）
本文提出了一种扩展的Payne-Whitham模型，用于模拟包含交通灯的城市交通网络，并展示了该模型在交通信号优化中的应用。
2026-05-19 cs.NA math.AP math.DS
Modeling Two-Scale Rank Distributions via Redistribution Dynamics or an Analytic Derivation of the Beta Rank Function
Facultad Latinoamericana de Ciencias Sociales México (FLACSO México)（拉美社会科学学院墨西哥分校）；Stony Brook University（石溪大学）；The Feinstein Institutes for Medical Research, Northwell Health（北岸医疗研究所）
本文提出了一种生成双尺度秩分布的两步方法，通过再分配过程精确生成数据并揭示复杂系统中偏离幂律的系统性起源。
2026-01-27 nlin.AO physics.soc-ph stat.AP
A simple contagion process describes spreading of traffic jams in urban networks
University of New South Wales (UNSW)（新南威尔士大学）；Monash University（莫纳什大学）；K.N. Toosi University of Technology（K.N.托伊西理工大学）；CSIRO（澳大利亚联邦科学与工业研究组织）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）
本文提出了一种基于简单传染过程的模型，用于描述城市网络中交通拥堵的传播和消散，引入了拥堵传播率η和拥堵消散率μ两个新参数，并通过实证多城市分析验证了该模型的可行性，可用于监控、预测和控制网络中拥堵链接的时间变化比例。
2019-06-04 cs.SY eess.SY physics.soc-ph
A comparative study of Macroscopic Fundamental Diagrams of arterial road networks governed by adaptive traffic signal systems
利用城市交通流的随机元胞自动机模型，研究和比较了不同边界条件下，不同类型自适应交通信号系统控制下的干线路网宏观基本图（MFD）。特别是，我们模拟现实的信号系统，包括信号连接和自适应周期时间，并比较它们的性能对一个高度适应系统的自组织交通信号，其目的是均匀分布的网络密度。我们发现，与时间无关的边界条件的网络，定义明确的固定MFD观察，其形状取决于所使用的特定信号系统，也对系统的异质性水平。我们发现，密度和流量的空间异质性提供了重要的网络性能指标。我们还研究了具有时间依赖性边界条件的网络，包括上午和下午的峰值。在这种情况下，观察到复杂的磁滞回线的MFD是强烈相关的密度异质性。我们的研究结果表明，自组织交通信号的MFD位于MFD以上的现实系统，这表明，通过自适应地调整网络密度，整体上更好的性能和更高的容量可以实现。
2012-12-10 cond-mat.stat-mech nlin.CG physics.soc-ph
