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Boris Kerner

Boris S. Kerner (nacido en 1947) es un físico e ingeniero civil alemán que creó la teoría del tráfico trifásico . [1] [2] [3] [4] [5] [6] La teoría del tráfico de tres fases es el marco para la descripción de los estados empíricos del tráfico vehicular en tres fases del tráfico: (i) flujo de tráfico libre (F), ( ii) flujo de tráfico sincronizado (S), y (iii) amplio atasco en movimiento (J). El flujo de tráfico sincronizado y las fases de gran atasco pertenecen al tráfico congestionado .

Biografía

Kerner es ingeniero y físico. Nació en Moscú, Unión Soviética en 1947 y se graduó de la Universidad Técnica de Moscú MIREA en 1972. Boris Kerner obtuvo un doctorado. y Sc.D. (Doctor en Ciencias) en la Academia de Ciencias de la Unión Soviética, respectivamente, en 1979 y 1986. Entre 1972 y 1992, sus principales intereses incluyen la física de semiconductores, plasma y física del estado sólido. Durante este tiempo, Boris Kerner, junto con VV Osipov, desarrollaron la teoría de los autosolitones , estados intrínsecos solitarios que se forman en una amplia clase de sistemas disipativos físicos, químicos y biológicos. [7]

Después de emigrar de Rusia a Alemania en 1992, Boris Kerner trabajó para la empresa Daimler en Stuttgart. Su mayor interés desde entonces fue la comprensión del tráfico de vehículos . [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Boris Kerner recibió el Premio de Investigación Daimler 1994. [15] La naturaleza empírica de nucleación de la interrupción del tráfico en los cuellos de botella de las autopistas entendida por Boris Kerner es la base para la teoría del tráfico de tres fases de Kerner , que introdujo y desarrolló en 1996-2002. [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23]

Entre 2000 y 2013, Boris Kerner fue director del área de investigación científica Tráfico en la empresa Daimler. En 2011, Boris Kerner obtuvo el título de profesor en la Universidad de Duisburg-Essen en Alemania. [24] Después de su jubilación de la empresa Daimler el 31 de enero de 2013, el profesor Kerner trabaja en la Universidad Duisburg-Essen. [25]

Trabajo científico

Teoría del tráfico de tres fases.

En la teoría del tráfico de tres fases de Kerner, además de la fase de tráfico de flujo libre (F), hay dos fases de tráfico en el tráfico congestionado : la fase de tráfico de flujo sincronizado (S) y la fase de atasco de movimiento amplio (J). Uno de los principales resultados de la teoría de Kerner es que la interrupción del tráfico en un cuello de botella de una carretera es una transición de fase aleatoria (probabilística) de flujo libre a flujo sincronizado (transición F → S) que ocurre en un estado metaestable de flujo libre en un cuello de botella de una carretera . Esto significa que la ruptura del tráfico (transición F → S) exhibe la naturaleza de nucleación . [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] La razón principal de la teoría de las tres fases de Kerner es la explicación de la naturaleza empírica de nucleación de la interrupción del tráfico (transición F → S) en los cuellos de botella de las carreteras observados en datos de tráfico de campo reales.

La predicción de la teoría de las tres fases de Kerner es que esta metaestabilidad del flujo libre con respecto a la transición de fase F → S se rige por la naturaleza de nucleación de una inestabilidad del flujo sincronizado con respecto al crecimiento de un aumento local de velocidad lo suficientemente grande. en flujo sincronizado (llamado inestabilidad S → F). La inestabilidad S → F es una onda de velocidad creciente de un aumento local de la velocidad en el flujo sincronizado en el cuello de botella. El desarrollo de la inestabilidad S → F de Kerner conduce a una transición de fase local del flujo sincronizado al flujo libre en el cuello de botella (transición S → F). [16] [17] [18]

En 2011-2014, Boris Kerner amplió la teoría del tráfico de tres fases, que desarrolló inicialmente para el tráfico de autopistas, a la descripción del tráfico urbano. [39] [40] [41]

Flujo de tráfico sincronizado

A finales de la década de 1990, Kerner introdujo una nueva fase de tráfico, llamada flujo sincronizado , cuya característica básica conduce a la naturaleza de nucleación de la transición F → S en un cuello de botella de la carretera. [16] [17] [18] [42] [43] Por lo tanto, la fase de tráfico de flujo sincronizado de Kerner se puede utilizar como sinónimo del término teoría del tráfico trifásico .

En 1998, Kerner descubrió que el conocido fenómeno empírico que mueve el atasco "sin razón obvia" ocurre debido a una secuencia de transiciones F → S → J. [26] Este estudio se realizó utilizando datos empíricos de tráfico. La explicación de la secuencia de transiciones F → S → J es la siguiente: en la teoría del tráfico de tres fases se supone que la probabilidad de una transición F → S en flujo libre metaestable es considerablemente mayor que la probabilidad de una transición F → J transición. [dieciséis]

En la teoría del tráfico de tres fases de Kerner, cualquier transición de fase entre las tres fases del tráfico exhibe la naturaleza de nucleación, de acuerdo con los resultados de las observaciones empíricas. [16] [17] [18]

En 2011, Kerner introdujo el principio de minimización de averías que está dedicado al control y optimización del tráfico y las redes de transporte manteniendo al mismo tiempo el mínimo de probabilidad de que se produzca una congestión del tráfico en una red. [44] En lugar de una minimización explícita del tiempo de viaje que es el objetivo del equilibrio óptimo del sistema y del usuario , el principio BM minimiza la probabilidad de que se produzca congestión en una red de tráfico. [45]

Modelos matemáticos en el marco de la teoría del tráfico de tres fases.

En lugar de un modelo matemático del flujo de tráfico , la teoría del tráfico de tres fases de Kerner es una teoría cualitativa del flujo de tráfico que consta de varias hipótesis. El primer modelo matemático de flujo de tráfico en el marco de la teoría del tráfico de tres fases de Kerner, que las simulaciones matemáticas pueden mostrar y explicar la descomposición del tráfico mediante una transición de fase F → S en el flujo libre metaestable en el cuello de botella, fue el flujo de tráfico microscópico estocástico de Kerner-Klenov. modelo introducido en 2002. [46] Algunos meses después, Kerner, Klenov y Wolf desarrollaron un modelo de flujo de tráfico de autómata celular (CA) en el marco de la teoría del tráfico de tres fases de Kerner. [47] El modelo de flujo de tráfico estocástico de Kerner-Klenov en el marco de la teoría de Kerner se ha desarrollado para diferentes aplicaciones, en particular para simular la medición en rampa , el control de límites de velocidad , la asignación dinámica de tráfico en redes de tráfico y transporte, el tráfico en cuellos de botella y en cuellos de botella en movimiento, características del flujo de tráfico heterogéneo compuesto por diferentes vehículos y conductores, métodos de advertencia de atascos, comunicación entre vehículos (V2V) para una conducción cooperativa, el rendimiento de los vehículos autónomos en flujos de tráfico mixtos, interrupciones del tráfico en señales de tráfico en el tráfico urbano, tráfico urbano saturado , consumo de combustible de los vehículos en las redes de tráfico. [48] ​​[49] [50] [51] [52] [53] [54 ] [55] [56] [57] [58 ] [59] [ 60] [39] [40] [41] [61 ]

Sistemas de transporte inteligentes en el marco de la teoría del tráfico de tres fases.

Métodos ASDA/FOTO para la reconstrucción de patrones de tráfico congestionado

La teoría del tráfico de tres fases es una base teórica para aplicaciones en ingeniería de transporte . [16] [17] Una de las primeras aplicaciones de la teoría del tráfico trifásico son los métodos ASDA/FOTO que se utilizan en aplicaciones en línea para la reconstrucción espaciotemporal de patrones de tráfico congestionados en redes de carreteras. [62] [63]

Enfoque de control de patrones congestionados

En 2004, Kerner introdujo un enfoque de control de patrones congestionados . [16] [64] [65] Al contrario del control de tráfico estándar en un cuello de botella de la red en el que un controlador (por ejemplo, mediante el uso de medición en rampa , límite de velocidad u otras estrategias de control de tráfico) intenta mantener condiciones de flujo libre al máximo caudal posible en el cuello de botella, en el enfoque de control de patrón congestionado no se realiza ningún control del flujo de tráfico en el cuello de botella mientras se realice un flujo libre en el cuello de botella. Sólo cuando se ha producido una transición F → S (interrupción del tráfico) en el cuello de botella, el controlador comienza a funcionar intentando devolver el flujo libre al cuello de botella. El enfoque de control de patrones congestionados es consistente con la naturaleza empírica de nucleación de la interrupción del tráfico. Debido al enfoque de control del patrón de congestión, el flujo libre se recupera en el cuello de botella o la congestión del tráfico se localiza en el cuello de botella. [66] [67]

En 2004, Kerner introdujo el concepto de vehículo autónomo en el marco de la teoría del tráfico trifásico. En el marco de la teoría del tráfico trifásico, un vehículo de conducción autónoma es un vehículo de conducción autónoma para el que no existe un intervalo de tiempo fijo con respecto al vehículo que le precede. [68] [69] [70]

Trabajo después de 2015

En 2015, Kerner descubrió que antes de que se produzca una interrupción del tráfico en un cuello de botella de la carretera, puede haber una secuencia aleatoria de transiciones F → S → F en el cuello de botella <: El desarrollo de una transición F → S se ve interrumpido por una inestabilidad S → F que conduce a la disolución del flujo sincronizado que resulta en una transición S → F en el cuello de botella. El efecto de las transiciones F → S → F de Kerner es el siguiente: Las transiciones F → S → F determinan un retraso aleatorio de la interrupción del tráfico en el cuello de botella. [71]

Kerner sostiene que existe un nuevo paradigma de la ciencia del tráfico y el transporte que se deriva de la naturaleza empírica de nucleación de la descomposición del tráfico (transición F → S) y que la teoría del tráfico de tres fases cambia el significado de la capacidad estocástica de las carreteras de la siguiente manera. En cualquier instante de tiempo existe un rango de valores de capacidad de la carretera entre una capacidad mínima y máxima de la carretera, que son en sí mismos valores estocásticos. Cuando el caudal en un cuello de botella está dentro de este rango de capacidad relacionado con este instante de tiempo, la interrupción del tráfico puede ocurrir en el cuello de botella sólo con cierta probabilidad, es decir, en algunos casos se produce una interrupción del tráfico, en otros casos no ocurre. [16] [17] [18] [72] [ página necesaria ]

En 2016, Kerner desarrolló una aplicación del principio de minimización de averías denominada enfoque de maximización del rendimiento de la red . El enfoque de maximización del rendimiento de la red de Kerner está dedicado a maximizar el rendimiento de la red manteniendo al mismo tiempo las condiciones de flujo libre en toda la red. [73]

En 2016, Kerner introdujo una medida (o "métrica") de una red de tráfico o transporte llamada capacidad de red . [73] [20]

En 2019, Kerner descubrió que existe una competencia espaciotemporal entre las inestabilidades S → F y S → J. [38]

Ver también

Referencias

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  2. ^ Science News Online, volumen 156, número 1 (3 de julio de 1999). Ciencia intermitente. Al comprender mejor el flujo de tráfico, los investigadores esperan reducir la congestión en las carreteras
  3. ^ Artículo de Davis en "APS News" titulado "Los físicos y el flujo de tráfico"
  4. ^ The Economist: Atascos de tráfico - Adaptación a las condiciones de la carretera - 1 de julio de 2004 - De la edición impresa de The Economist
  5. ^ Physics Today - noviembre de 2005 por Henry Lieu (Administración Federal de Carreteras, McLean, Virginia), revisor del libro "La física del tráfico: características empíricas de los patrones de autopistas, aplicaciones de ingeniería y teoría" de Boris S. Kerner [ enlace muerto permanente ]
  6. ^ Artículo "Curar la congestión" en la revista Discover, 1999
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Fuentes