文章信息：Serdar Çolak, Antonio Lima, & Marta C. González. (2016). Understanding congested travel in urban areas. Nature Communications: 7(1), 10793. https://doi.org/10.1038/ncomms10793
推荐人：林冰雨
整理人：杨文，2023级硕士生
整理时间：2024年7月25日
Abstract：Rapid urbanization and increasing demand for transportation burdens urban road infrastructures. The interplay of number of vehicles and available road capacity on their routes determines the level of congestion. Although approaches to modify demand and capacity exist, the possible limits of congestion alleviation by only modifying route choices have not been systematically studied. Here we couple the road networks of five diverse cities with the travel demand profiles in the morning peak hour obtained from billions of mobile phone traces to comprehensively analyse urban traffic. We present that a dimensionless ratio of the road supply to the travel demand explains the percentage of time lost in congestion. Finally, we examine congestion relief under a centralized routing scheme with varying levels of awareness of social good and quantify the benefits to show that moderate levels are enough to achieve significant collective travel time savings. Rapid urbanization burdens urban road infrastructures, but understanding the interplay of road infrastructure and travel patterns is a complex challenge. Here, authors use mobile phone traces during morning peak hours to evaluate the effect of a congestion relief approach under a centralized routing scheme.
摘要：快速的城市化和日益增长的交通需求给城市道路基础设施带来了负担。车辆数量和路线上可用道路容量的相互作用决定了拥堵程度。尽管存在修改需求和容量的方法，但仅通过修改路线选择来缓解拥堵的可能局限性尚未得到系统研究。在这里，我们将五个不同城市的道路网络与从数十亿手机痕迹中获得的早高峰时段的出行需求曲线相结合，以全面分析城市交通。我们提出，道路供应与出行需求的无量纲比率可以解释拥堵造成的时间损失百分比。最后，我们研究了不同社会公益意识水平的集中式路线方案下的拥堵缓解情况，并量化了效益，表明适度的水平足以实现显著的集体旅行时间节省。快速的城市化给城市道路基础设施带来了负担，但理解道路基础设施和出行模式的相互作用是一个复杂的挑战。在这里，作者使用早高峰时段的手机痕迹来评估集中式路由方案下拥堵缓解方法的效果。
图 路线平衡示意
（a） 在这个小网络中，100名司机从a到D。道路标签表示旅行成本与车辆流量的函数关系。用户平衡将路径之间的流量分配为fABD¼fACD¼25和fABCD¼50，所有驾驶员的平均行驶时间为3.75分钟。社会最优流量将总旅行时间减少了fABD¼fACD¼50和fABCD¼0，使总旅行时间降至3.5，BC路仍处于未使用状态。（b） 增加社会公益价值所实现的潜在节省百分比l：10%和20%的社会公益权重分别导致40%和60%的潜在节省
图 用户平衡配置中道路的挥发性有机化合物（体积超过容量）
所描绘的城市是（a）美国波士顿，（b）美国旧金山湾区，（c）葡萄牙里斯本，（d）葡萄牙波尔图和（e）巴西里约热内卢。高速公路上的挥发性有机化合物含量通常较高，因为它们提供了更快的出行方式。（波士顿是距离比例尺的2倍。）OpenStreetMap贡献者BY-SA旗下的地图。
图 城市及其拥挤旅行的比较
（a） 早晨高峰时段通勤距离d的分布，其拟合对数正态分布的参数如图例所示（详见补充图7和补充表2）。（b） 出行自由流速度vf和交通条件下vt.（c）通勤时间与通勤者路线距离dr的分布。（d） 根据TomTom交通指数估计和我们的分析，估计拥堵与人口密度p的总体平均时间损失百分比。（e） 五个受试城市的总体平均拥堵百分比与供需比G的关系，误差条指定了标准差（见图8）。（f） 平均人口密度r与该地区最密集区域的距离有关，r
图 旅行时间比较和潜在节省
（a） 用户平衡与从在线地图提供商获得的路线之间的旅行时间及其分布的比较。OD样本由2000对OD对组成，每个城市的通勤流量最大。（b） 五个城市在不同社会福利权重的路线下，平均通勤时间的潜在节省百分比。（插图：以实际分钟数表示的旅行时间节省）。
图 利益和拥堵减少了不同社会利益权重的分配
（a） 描述了从联合广场到旧金山机场的三条路线备选方案，以及分别为l¼0、l¼0.2和l¼1的相应旅行时间。（b） l¼1和l¼0.1的车辆行驶次数和观察到的行驶时间效益。负面效益是指为社会公益而牺牲的车辆行驶时间增加。l越高，分布的分布范围就越大。（c）拥堵造成的时间损失百分比减少的分布对l值增加的响应。向拥堵减少正值的偏斜表明向更优化的配置迈进。OpenStreetMap贡献者BY-SA旗下的地图。
原文链接：https://www.nature.com/articles/ncomms10793
