Boris Kerner - Boris Kerner
Boris S. Kerner | |
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Nascer |
Moscou
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22 de dezembro de 1947
Cidadania | alemão |
Educação | engenheiro eletrônico, |
Alma mater | Universidade Técnica de Moscou MIREA |
Conhecido por | |
Prêmios | Prêmio Daimler de Pesquisa 1994 |
Carreira científica | |
Campos | física não linear, trânsito e ciência do transporte |
Instituições | |
Teses |
Boris S. Kerner (nascido em 1947) é um físico alemão e engenheiro civil que criou a teoria do tráfego de três fases . A teoria do tráfego trifásico é a estrutura para a descrição dos estados empíricos do tráfego veicular em três fases: (i) fluxo de tráfego livre (F), (ii) fluxo de tráfego sincronizado (S) e (iii) congestionamento em movimento amplo (J ) O fluxo de tráfego sincronizado e as fases de congestionamento em movimento amplo pertencem ao tráfego congestionado .
Biografia
Kerner é engenheiro e físico. Ele nasceu em Moscou, União Soviética em 1947 e se formou na Universidade Técnica de Moscou MIREA em 1972. Boris Kerner recebeu o Ph.D. e Sc.D. Graduou-se (Doutor em Ciências) na Academia de Ciências da União Soviética, respectivamente, em 1979 e 1986. Entre 1972 e 1992, seus principais interesses incluem a física de semicondutores, plasma e física do estado sólido. Durante esse tempo, Boris Kerner juntamente com VV Osipov desenvolveram uma teoria dos autossolitons - estados intrínsecos solitários, que se formam em uma ampla classe de sistemas dissipativos físicos, químicos e biológicos.
Após a emigração da Rússia para a Alemanha em 1992, Boris Kerner trabalhou para a empresa Daimler em Stuttgart. Seu maior interesse desde então foi a compreensão do tráfego de veículos . Boris Kerner foi premiado com o Daimler Research Award 1994. A natureza de nucleação empírica da quebra de tráfego em engarrafamentos de rodovias entendida por Boris Kerner é a base para a teoria de tráfego de três fases de Kerner , que ele introduziu e desenvolveu em 1996-2002.
Entre 2000 e 2013, Boris Kerner foi chefe da área de pesquisa científica Traffic na empresa Daimler. Em 2011, Boris Kerner foi premiado com o título de Professor da Universidade de Duisburg-Essen, na Alemanha. Após sua aposentadoria da empresa Daimler em 31 de janeiro de 2013, o Prof. Kerner trabalha na Universidade Duisburg-Essen.
Trabalho científico
Teoria de tráfego trifásico
Na teoria de tráfego trifásico de Kerner, além da fase de tráfego de fluxo livre (F), existem duas fases de tráfego no tráfego congestionado : a fase de tráfego de fluxo sincronizado (S) e a fase de congestionamento em movimento amplo (J). Um dos principais resultados da teoria de Kerner é que a quebra de tráfego em um gargalo de rodovia é uma transição de fase aleatória (probabilística) de fluxo livre para fluxo sincronizado (transição F → S) que ocorre em um estado metaestável de fluxo livre em um gargalo de rodovia . Isso significa que a quebra de tráfego (transição F → S) exibe a natureza de nucleação . A principal razão para a teoria trifásica de Kerner é a explicação da natureza de nucleação empírica da quebra de tráfego (transição F → S) em gargalos de rodovias observados em dados de tráfego de campo real.
A previsão da teoria trifásica de Kerner é que esta metaestabilidade de fluxo livre em relação à transição de fase F → S é governada pela natureza de nucleação de uma instabilidade de fluxo sincronizado em relação ao crescimento de um aumento local grande o suficiente na velocidade em fluxo sincronizado (chamado de instabilidade S → F). A instabilidade S → F é uma onda de velocidade crescente de um aumento local na velocidade do fluxo sincronizado no gargalo. O desenvolvimento da instabilidade S → F de Kerner leva a uma transição de fase local de fluxo sincronizado para fluxo livre no gargalo (transição S → F).
Em 2011–2014, Boris Kerner expandiu a teoria do tráfego trifásico, que ele desenvolveu inicialmente para o tráfego rodoviário, para a descrição do tráfego da cidade.
Fluxo de tráfego sincronizado
No final da década de 1990, Kerner introduziu uma nova fase de tráfego, chamada de fluxo sincronizado, cuja característica básica leva à natureza de nucleação da transição F → S em um gargalo de rodovia. Portanto, a fase de tráfego de fluxo sincronizado de Kerner pode ser usada como sinônimo do termo teoria de tráfego trifásico .
Em 1998, Kerner descobriu que o conhecido fenômeno empírico em movimento "sem motivo óbvio" ocorre devido a uma sequência de transições F → S → J. Este estudo foi realizado usando dados empíricos de tráfego. A explicação para a sequência de transições F → S → J é a seguinte: na teoria do tráfego trifásico assume-se que a probabilidade de uma transição F → S em fluxo livre metaestável é consideravelmente maior do que a probabilidade de uma transição F → J transição.
Na teoria do tráfego trifásico de Kerner, qualquer transição de fase entre as três fases do tráfego exibe a natureza de nucleação, de acordo com os resultados de observações empíricas.
Em 2011, a Kerner introduziu o princípio de minimização de avarias que se dedica ao controle e otimização das redes de tráfego e transporte, mantendo o mínimo da probabilidade de ocorrência de congestionamento de tráfego em uma rede. Em vez de uma minimização explícita do tempo de viagem, que é o objetivo do System Optimum e do User Equilibrium , o princípio BM minimiza a probabilidade de ocorrência de congestionamento em uma rede de tráfego.
Modelos matemáticos no quadro da teoria do tráfego trifásico
Em vez de um modelo matemático de fluxo de tráfego , a teoria de tráfego trifásico de Kerner é uma teoria qualitativa de fluxo de tráfego que consiste em várias hipóteses. O primeiro modelo matemático de fluxo de tráfego na estrutura da teoria de tráfego trifásico de Kerner que simulações matemáticas podem mostrar e explicar a quebra de tráfego por uma transição de fase F → S no fluxo livre metaestável no gargalo foi o fluxo de tráfego microscópico estocástico de Kerner-Klenov modelo introduzido em 2002. Alguns meses depois, Kerner, Klenov e Wolf desenvolveram um modelo de fluxo de tráfego de autômato celular (CA) na estrutura da teoria de tráfego trifásico de Kerner. O modelo de fluxo de tráfego estocástico de Kerner-Klenov na estrutura da teoria de Kerner foi desenvolvido para diferentes aplicações, em particular para simular medição de rampa , controle de limite de velocidade , atribuição dinâmica de tráfego em redes de tráfego e transporte, tráfego em gargalos pesados e outros gargalos em movimento, características de fluxo de tráfego heterogêneo consistindo de diferentes veículos e motoristas, métodos de alerta de congestionamento, comunicação veículo-a-veículo (V2V) para direção cooperativa, desempenho de veículos autônomos em fluxo de tráfego misto, quebra de tráfego em semáforos em tráfego urbano, tráfego urbano supersaturado , consumo de combustível dos veículos nas redes de tráfego.
Sistemas de transporte inteligentes no quadro da teoria do tráfego trifásico
Métodos ASDA / FOTO para reconstrução de padrões de tráfego congestionado
A teoria do tráfego trifásico é uma base teórica para aplicações em engenharia de transporte . Uma das primeiras aplicações da teoria do tráfego trifásico são os métodos ASDA / FOTO que são usados em aplicações on-line para reconstrução espaço-temporal de padrões de tráfego congestionado em redes rodoviárias.
Abordagem de controle de padrão congestionado
Em 2004, Kerner introduziu a abordagem de controle de padrão congestionado . Ao contrário do controle de tráfego padrão em um gargalo de rede em que um controlador (por exemplo, através do uso de medição na rampa , limite de velocidade ou outras estratégias de controle de tráfego) tenta manter as condições de fluxo livre na taxa de fluxo máxima possível no gargalo , na abordagem de controle de padrão congestionado, nenhum controle do fluxo de tráfego no gargalo é realizado, desde que o fluxo livre seja realizado no gargalo. Somente quando uma transição F → S (quebra de tráfego) ocorre no gargalo, o controlador passa a trabalhar tentando retornar o fluxo livre no gargalo. A abordagem de controle de padrão congestionado é consistente com a natureza de nucleação empírica da quebra de tráfego. Devido à abordagem de controle de padrão congestionado, o fluxo livre se recupera no gargalo ou o congestionamento de tráfego é localizado no gargalo.
Em 2004, Kerner introduziu um conceito de veículo de direção autônomo na estrutura da teoria do tráfego trifásico. O veículo de direção autônomo na estrutura da teoria do tráfego trifásico é um veículo de direção automática para o qual não há intervalo de tempo fixo em relação ao veículo precedente.
Trabalho depois de 2015
Em 2015, Kerner descobriu que antes que a interrupção do tráfego ocorra em um gargalo de rodovia, pode haver uma sequência aleatória de transições F → S → F no gargalo <: O desenvolvimento de uma transição F → S é interrompido por uma instabilidade S → F que leva para a dissolução do fluxo sincronizado resultando em uma transição S → F no gargalo. O efeito das transições F → S → F de Kerner é o seguinte: As transições F → S → F determinam um atraso de tempo aleatório de quebra de tráfego no gargalo.
Kerner argumenta que há um novo paradigma da ciência do tráfego e do transporte decorrente da natureza de nucleação empírica da quebra do tráfego (transição F → S) e que a teoria do tráfego trifásico muda o significado da capacidade estocástica da rodovia como segue. Em qualquer instante de tempo, há uma faixa de valores de capacidade da rodovia entre um mínimo e uma capacidade máxima da rodovia, que são eles próprios valores estocásticos. Quando a vazão em um gargalo está dentro da faixa de capacidade relacionada a esse instante de tempo, a quebra de tráfego no gargalo pode ocorrer apenas com alguma probabilidade, ou seja, em alguns casos ocorre quebra de tráfego, em outros casos ela não ocorre.
Em 2016, Kerner desenvolveu uma aplicação do princípio de minimização de avarias, denominado abordagem de maximização do rendimento da rede . A abordagem de maximização da taxa de transferência da rede de Kerner é dedicada à maximização da taxa de transferência da rede, mantendo as condições de fluxo livre em toda a rede.
Em 2016, Kerner introduziu uma medida (ou "métrica") de uma rede de tráfego ou transporte chamada capacidade de rede .
Em 2019, Kerner descobriu que existe uma competição espaço-temporal entre as instabilidades S → F e S → J.
Veja também
- Teoria do tráfego trifásico
- Congestionamento de tráfego: reconstrução com a teoria trifásica de Kerner
Referências
Origens
- Gao, K., Jiang, R., Hu, SX., Wang, BH. & Wu, QS, "Modelo de autômato celular com adaptação de velocidade na estrutura da teoria de tráfego trifásico de Kerner" Phys. Rev. E 76.026105 (2007). doi: 10.1103 / PhysRevE.76.026105
- Hubert Rehborn, Sergey L. Klenov, "Traffic Prediction of Congested Patterns", In: R. Meyers (Ed.): Encyclopedia of Complexity and Systems Science , Springer New York, 2009, pp. 9500–9536
- Hubert Rehborn, Jochen Palmer, "ASDA / FOTO com base na teoria de tráfego trifásico de Kerner na Renânia do Norte-Vestfália e sua integração em veículos", 2008 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pp. 186–191. doi: 10.1109 / IVS.2008.4621192
- Hubert Rehborn, Sergey L. Klenov, Jochen Palmer, "Características de congestionamento de tráfego comuns estudadas nos EUA, Reino Unido e Alemanha com base na teoria de tráfego trifásico de Kerner", 2011 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), pp. 19–24. doi: 10.1109 / IVS.2011.5940394
- LC Davis, uma revisão do livro de BS Kerner, "Introdução à Teoria e Controle de Fluxo de Tráfego Moderno" em Physics Today, Vol. 63, edição 3 (2010), p. 53
- Kjell Hausken e Hubert Rehborn https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-11674-7_5 "Contexto Teórico do Jogo e Interpretação da Teoria do Tráfego Trifásico de Kerner", In: "Análise Teórica do Jogo of Congestion, Safety and Security: Traffic and Transportation Theory ", Springer Series in Reliability Engineering, editado por Kjell Hausken e Jun Zhuang (Springer, Berlin, 2015), pp. 113–141. doi: 10.1007 / 978-3-319-11674-7_5]
- Hubert Rehborn, Sergey L. Klenov, Micha Koller "Traffic Prediction of Congested Patterns", In: "Complex Dynamics of Traffic Management", Encyclopedia of Complexity and Systems Science Series, 2ª ed., Editado por Boris S. Kerner (Springer, Novo York, 2019), pp. 501–557. doi: 10.1007 / 978-1-4939-8763-4_564
- Junfang Tian, Chenqiang Zhu e Rui Jiang "Modelos de autômato celular na estrutura da teoria do tráfego trifásico", In: "Complex Dynamics of Traffic Management", Encyclopedia of Complexity and Systems Science Series, 2ª ed., Editado por Boris S. Kerner (Springer, New York, 2019), pp. 313–342. doi: 10.1007 / 978-1-4939-8763-4_670
- X. Hu, F. Zhang, J. Lub, M. Liu, Y. Ma e Q. Wan, "Pesquisa sobre a influência do brilho do sol em túneis urbanos com base no modelo de autômato celular no âmbito da teoria de tráfego trifásico de Kerner "Physica A 527, 121176 (2019). doi: 10.1016 / j.physa.2019.121176