Борис Кернер

редактировать
Российско-немецкий физик
Борис С. Кернер
Boris Kerner 2018.png Борис С. Кернер, 2018
Родился(1947-12-22) 22 декабря 1947 г. (возраст 72). Москва
ГражданствоНемецкое
Образованиеинженер-электронщик,
Alma materМосковский технический университет МИРЭА
Известен по
  • теории трехфазного движения Кернера
  • Синхронизированный транспортный поток Кернера
  • Диапазон пропускной способности магистрали Кернера
  • Нестабильность Кернера S → F
  • Зона безразличия Кернера при следовании за автомобилем
  • Переходы Кернера F → S → F
  • Разрыв с задержкой по времени на светофоре
  • Принцип минимизации сбоев Кернера
  • Методы ASDA / FOTO
  • Подход Кернера к управлению перегруженными шаблонами
  • Подход Кернера к максимизации пропускной способности сети
  • Емкость сети Кернера
  • Смена парадигмы в трафике и транспортная наука
  • Модель Кернера для автономного вождения
  • Кернер-Кл. Стохастическая микроскопическая модель Энова
  • Детерминированная микроскопическая модель Кернера-Кленова
  • Модель клеточного автомата Кернера-Кленова-Вольфа (KKW)
  • Клеточная модель Кернера-Кленова-Шрекенберга-Вольфа (KKSW) модель автомата
  • линия Кернера J
  • переходы Кернера F → S → J (подвижное затор "без очевидной причины")
  • Пинч-эффект Кернера в синхронизированном потоке
  • 2Z-характеристика Кернера для фазовых переходов
  • Конкуренция Кернера S → F и S → J нестабильностей
  • Классификация Кернера эмпирических моделей загруженности трафика
  • Теория Кернера перегрузки в тяжелых условиях узкое место (теория мега-заторов)
  • Эффект поглощения затора Кернера
НаградыПремия Daimler Research Award 1994
Научная карьера
Филдснелинейный физика, транспорт и транспортная наука
Учреждения
  • Компании Pulsar и Orion (Москва) (1972–1992)
  • Компания Daimler (Германия) (1992–2013)
  • Университет Дуйсбург- Эссен (2013 – настоящее время)
Тезисы
  • к. кандидат физико-математических наук (1979)
  • д.т.н. (Доктор наук) по физико-математическим наукам (1986)

Борис С. Кернер (родился в 1947 г.) является пионером теории трехфазного движения.

Содержание

  • 1 Биография
  • 2 Научная работа
    • 2.1 Теория трехфазного движения
    • 2.2 Синхронизированный транспортный поток
    • 2.3 Случайная задержка срыва трафика и переходов F → S → F
    • 2.4 Смена парадигмы в транспортной науке
    • 2.5 Математическая модели в рамках теории трехфазного движения
    • 2.6 Интеллектуальные транспортные системы в рамках теории трехфазного движения
      • 2.6.1 Методы ASDA / FOTO для реконструкции схем перегруженного движения
      • 2.6.2 Схема перегруженности подход к управлению
      • 2.6.3 Автономное вождение в рамках теории трехфазного трафика
    • 2.7 Отложенный по времени переход от недостаточного к перенасыщенному трафику при сигнале
    • 2.8 Принцип минимизации сбоев
    • 2.9 Максимизация пропускной способности сети подход
    • 2.10 Емкость сети
  • 3 Избранные публикации
    • 3.1 Книги
    • 3.2 R eviews
    • 3.3 Статьи
      • 3.3.1 Исследования в рамках стандартных теорий транспортных потоков: характерные параметры широких движущихся пробок, линия J и эффект «бумеранга»
      • 3.3.2 Теория трехфазного движения
      • 3.3.3 Эмпирические характеристики синхронизированного потока
      • 3.3.4 Эмпирические микроскопические критерии фаз движения в загруженном трафике
      • 3.3.5 Математические микроскопические модели транспортных потоков в рамках теории трехфазного движения
      • 3.3.6 Статистическая теория синхронизированного транспортного потока
      • 3.3.7 Нестабильность S → F, временная задержка перебоев трафика и переходы F → S → F
      • 3.3.8 Теория схем перегруженности в тяжелых узких местах: особенности мега-пробок
      • 3.3.9 Эффект поглощения пробок
      • 3.3.10 Задержка пробок на светофоре
      • 3.3.11 Автономное вождение и другие интеллектуальные транспортные системы на основе теории трехфазного движения
      • 3.3.12 Минимизация пробоев принцип
      • 3.3.13 Подход к максимизации пропускной способности сети и пропускная способность сети
  • 4 См. также o
  • 5 Список литературы
  • 6 Примечания

Биография

Борис С. Кернер - инженер и физик. Он родился в Москве (Советский Союз) в 1947 году и окончил Московский технический университет МИРЭА в 1972 году. Борис Кернер получил степень доктора философии. и Sc.D. (Доктор наук) получил ученую степень в Академии наук Советского Союза, соответственно, в 1979 и 1986 годах. В период с 1972 по 1992 год его основные интересы включают физику полупроводников, плазму и физику твердого тела. За это время Борис Кернер вместе с В.В. Осипов разработал теорию автосолитонов - уединенных внутренних состояний, которые образуются в широком классе физических, химических и биологических диссипативных систем.

После эмиграции из России в Германию в 1992 году Борис Кернер работал в компании Daimler в Штутгарте. Его главным интересом с тех пор было понимание автомобильного движения. Эмпирический характер зарождения нарушения трафика на шоссе узких мест, понятный Борису Кернеру, лежит в основе теории Кернера трехфазного движения, которую он представил и разработал в 1996–2002 годах.

С 2000 по 2013 год Борис Кернер возглавлял направление научных исследований Traffic в компании Daimler. В 2011 году Борису Кернеру было присвоено звание профессора Университета Дуйсбург-Эссен в Германии. После ухода из компании Daimler 31 января 2013 года профессор Кернер работает в университете Дуйсбург-Эссен.

Научная работа

Теория трехфазного трафика

В теории трехфазного трафика Кернера, помимо фазы свободного потока (F), есть две фазы трафика в перегруженное движение : фаза синхронизированного движения потока (S) и фаза широкой движущейся пробки (J). Один из основных результатов теории Кернера состоит в том, что нарушение трафика в узком месте шоссе представляет собой случайный (вероятностный) фазовый переход от свободного потока к синхронизированному потоку (переход F → S), который происходит в метастабильном состоянии свободного потока на магистрали узком месте. Это означает, что нарушение трафика (переход F → S) имеет характер зарождения. Основная причина трехфазной теории Кернера заключается в объяснении эмпирической природы зарождения пробоев (переход F → S) в узких местах шоссе, наблюдаемых в реальных данных о дорожном движении. Трехфазная теория Кернера предсказывает, что эта метастабильность свободного потока по отношению к фазовому переходу F → S определяется зарождающейся природой нестабильности синхронизированного потока по отношению к росту достаточно большого локального увеличения скорости в синхронизированном потоке (называется неустойчивостью S → F). Неустойчивость S → F - это нарастающая волна скорости локального увеличения скорости в синхронизированном потоке в узком месте. Развитие кернеровской S → F-неустойчивости приводит к локальному фазовому переходу от синхронизированного потока к свободному течению в узком месте (переход S → F).

Синхронизированный поток трафика

В конце 1990-х Кернер представил новую фазу трафика, названную синхронизированным потоком, основная особенность которого приводит к зарождающемуся характеру перехода F → S в узком месте шоссе. Следовательно, синхронизированная фаза потока трафика Кернера может использоваться как синоним термина теории трехфазного трафика.

Случайная задержка пробоя трафика и переходов F → S → F

В 2015 году Кернер обнаружил, что до того, как нарушение дорожного движения произойдет в узком месте на шоссе, может быть случайная последовательность F → S → F-переходы в узком месте: развитие перехода F → S прерывается нестабильностью S → F, которая приводит к синхронизированному растворению потока, что приводит к переходу S → F в узком месте. Эффект переходов Кернера F → S → F следующий: переходы F → S → F определяют случайную временную задержку перебоя трафика в узком месте.

Смена парадигмы в науке о дорожном движении и транспорте

Основной результат трехфазной теории дорожного движения Кернера о зарождающейся природе нарушения трафика (переход F → S) в узком месте показывает несоизмеримость теории трехфазного движения со всеми более ранними (стандартными) теориями транспортных потоков. Термин «несоизмеримость» был введен Куном в его классической книге для объяснения сдвига парадигмы в научной сфере. Смена парадигмы в науке о дорожном движении и транспорте - это фундаментальное изменение значения стохастической пропускной способности автомагистралей, поскольку значение пропускной способности автомагистралей является основой для разработки любого метода контроля трафика, управления и организации транспортной сети, а также приложений. интеллектуальных транспортных систем. Парадигма стандартных теорий дорожного движения и транспорта состоит в том, что в любой момент времени существует стохастическая пропускная способность шоссе. Когда скорость потока в узком месте превышает значение пропускной способности в этот момент времени, в узком месте должен происходить сбой трафика. Новая парадигма науки о дорожном движении и транспорте, вытекающая из эмпирической природы зародышеобразования при распределении трафика (переход F → S) и теории трехфазного движения Кернера, фундаментально меняет смысл стохастической пропускной способности шоссе следующим образом. В любой момент времени существует диапазон значений пропускной способности магистрали между минимальной и максимальной пропускной способностью магистрали, которые сами по себе являются стохастическими значениями. Когда скорость потока в узком месте находится в пределах диапазона пропускной способности, относящегося к данному моменту времени, нарушение трафика может произойти в узком месте только с некоторой вероятностью, то есть в некоторых случаях происходит сбой трафика, в других случаях этого не происходит.

Математические модели в рамках теории трехфазного трафика

Вместо математической модели транспортного потока, теория трехфазного трафика Кернера представляет собой качественную теорию транспортных потоков, состоящую из нескольких гипотез. Первая математическая модель транспортного потока в рамках трехфазной теории трафика Кернера, которая математическим моделированием может показать и объяснить разбивку трафика посредством фазового перехода F → S в метастабильном свободном потоке. узким местом была стохастическая микроскопическая модель транспортного потока Кернера-Кленова, представленная в 2002 году. Несколько месяцев спустя Кернер, Кленов и Вольф разработали модель транспортного потока клеточного автомата (CA) в рамках трехкомпонентной модели Кернера. теория фазового движения. Модель стохастического транспортного потока Кернера-Кленова в рамках теории Кернера получила дальнейшее развитие для различных приложений, в частности, для моделирования измерения на рампе, контроля ограничения скорости, динамического распределения трафика. в дорожных и транспортных сетях, движение в тяжелых узких местах и ​​на движущихся узких местах, особенности неоднородного транспортного потока, состоящего из разных транспортных средств и водителей, методы предупреждения о пробках, связь между транспортными средствами (V2V) для совместного вождения, эффективность беспилотных транспортных средств в смешанном потоке движения, разбивка трафика на светофорах в городском потоке, перенасыщенном городском движении, расход топлива автотранспортными средствами в транспортных сетях.

Интеллектуальные транспортные системы в рамках теории трехфазного движения

Методы ASDA / FOTO для реконструкции схем перегруженного трафика

Теория трехфазного движения Кернера является теоретической основой для применения в транспортной технике. Одним из первых приложений теории трехфазного трафика являются методы ASDA / FOTO, которые используются в онлайн-приложениях для пространственно-временной реконструкции загруженных схем трафика в автомобильных сетях.

Подход к управлению перегруженным образцом

В 2004 году Кернер представил подход к контролю перегруженного образца. В отличие от стандартного управления трафиком в узком месте сети, в котором контроллер (например, с помощью измерения на рампе, ограничения скорости или других стратегий управления трафиком) пытается поддерживать в условиях свободного потока при максимально возможной скорости потока в узком месте, при подходе к управлению по схеме перегруженности управление транспортным потоком в узком месте не осуществляется до тех пор, пока свободный поток реализуется в узком месте. Только когда в узком месте произошел переход F → S (сбой трафика), контроллер начинает работать, пытаясь вернуть свободный поток в узкое место. Подход к управлению перегрузками согласуется с эмпирической структурой разбивки трафика. Из-за подхода к управлению схемой перегрузки свободный поток либо восстанавливается в узком месте, либо перегрузка трафика локализуется в узком месте.

Автономное вождение в рамках теории трехфазного движения

В 2004 году Кернер представил концепцию автономного движущегося транспортного средства в рамках теории трехфазного движения. Автономное движущееся транспортное средство в рамках теории трехфазного движения - это самоуправляемое транспортное средство, для которого нет фиксированного временного интервала до предыдущего транспортного средства. Это означает наличие зоны безразличия при слежении за автомобилем для беспилотного транспортного средства. Зона безразличия Кернера в следовании за автомобилем является результатом двумерной (2D) области устойчивых состояний синхронизированного потока Кернера, предположенной в теории трехфазного движения.

Отложенный по времени переход от недостаточного к перенасыщенному движению при сигнале

В 2011–2014 годах Борис Кернер расширил теорию трехфазного движения, которую он первоначально разработал для дорожного движения, для описание городского движения. Оказывается, что, как и нарушение дорожного движения в узких местах на автомагистралях, нарушение дорожного движения (переход от недостаточного к перенасыщенному трафику) на светофорах также является случайным фазовым переходом, который происходит в метастабильном недостаточно насыщенном городском движении. Эта теория пробок на светофоре может объяснить физику пробок в городском движении, а также нарушение зеленой волны, которая часто наблюдается в реальном городском движении. Более того, как и эмпирические исследования дорожного движения, недавние эмпирические исследования перенасыщенного городского движения доказывают существование эмпирического синхронизированного потока в городском движении.

Принцип минимизации сбоев

В 2011 году Кернер представил принцип минимизации сбоев, который посвящен контролю и оптимизации трафика и транспортных сетей при сохранении минимума вероятности сбоя. возникновение перегрузки в сети.

Подход к максимизации пропускной способности сети

В 2016 году Кернер разработал приложение принципа минимизации сбоев, названное подходом максимизации пропускной способности сети. Подход Кернера к максимизации пропускной способности сети посвящен максимизации пропускной способности сети при сохранении условий свободного потока во всей сети.

Емкость сети

В 2016 году Кернер ввел показатель (или «метрику») трафика или транспортной сети, называемый пропускной способностью сети. Емкость сети Kerner определяет максимальную общую скорость сетевого потока, которую все еще можно назначить в сети, сохраняя при этом условия свободного потока во всей сети. Пропускная способность сети позволяет нам сформулировать общее условие максимизации пропускной способности сети, при котором свободный поток действительно сохраняется во всей сети: при применении подхода к максимизации пропускной способности сети, если общая скорость притока сети меньше, чем пропускная способность сети. нарушение трафика с результирующей перегрузкой трафика не может происходить в сети, т. е. свободный поток остается во всей сети.

Избранные публикации

Книги

Обзоры

Статьи

Исследования в рамках стандартных теорий транспортных потоков: характерные параметры широких движущихся пробок, линия J и эффект «бумеранга»

Теория трехфазного движения

Эмпирические особенности синхронизированного потока

Эмпирические микроскопические критерии фаз движения в загруженном транспортном потоке

Математические микроскопические модели транспортных потоков в рамках теории трехфазного движения

Статистическая теория синхронизированного транспортного потока

Нестабильность S → F, временная задержка нарушения дорожного движения и переходы F → S → F

Теория схем перегруженности в тяжелых узких местах: особенности мегазамков

Эффект поглощения затора

Запаздывание трафика на светофоре

Автономное вождение и другие интеллектуальные транспортные системы, основанные на теории трехфазного движения

Принцип минимизации сбоев

Подход к максимизации пропускной способности сети и пропускная способность сети

См. также

Литература

Примечания

  1. ^Статья в «Нью-Йорк Таймс» под названием «Застрял в пробке? Проконсультируйтесь с физиком »на веб-странице
  2. ^Science News Online, том 156, номер 1 (3 июля 1999 г.). Наука Stop-and-Go. Путем лучшего понимания транспортного потока исследователи надеются уменьшить заторы на шоссе
  3. ^Статья Дэвиса в «APS News» под названием «Физики и транспортный поток»
  4. ^The Economist: Пробки - Адаптация к дорожным условиям - 1 июля 2004 г. - С The Economist print edition
  5. ^Physics Today - November 2005 by Henry Lieu (Federal Highway Administration, McLean, Virginia), Reviewer of the book “The Physics of Traffic: Empirical Freeway Pattern Features, Engineering Applications, and Theory” by Boris S. Kerner
  6. ^Article "Curing Congestion" in Discover Magazine, 1999
  7. ^TS Кун, "Структура научных революций". Четвертый выпуск. (The University of Chicago Press, Chicago, London 2012)
Последняя правка сделана 2021-05-13 06:50:15
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте