Борис Кернер - Boris Kerner

Борис С. Кернер
Борис Кернер 2018.png
Борис С. Кернер, 2018
Родившийся (1947-12-22) 22 декабря 1947 г. (возраст 72)
Москва
ГражданствоНемецкий
ОбразованиеИнженер по электронике,
Альма-матерМосковский Технический Университет МИРЭА
Известен
  • Кернера теория трехфазного движения
  • Синхронизированный поток трафика Кернера
  • Диапазон пропускной способности шоссе Kerner
  • S → F неустойчивость Кернера
  • Зона безразличия Кернера в автоспорте
  • Переходы Кернера F → S → F
  • Выдержка из строя Кернера на светофоре
  • Принцип минимизации поломки Кернера
  • Методы ASDA / FOTO
  • Подход Кернера к управлению перегруженными образцами
  • Подход Кернера к максимизации пропускной способности сети
  • Емкость сети Кернера
  • Смена парадигмы в транспортной науке
  • Модель Кернера для автономного вождения
  • Стохастическая микроскопическая модель Кернера-Кленова
  • Детерминированная микроскопическая модель Кернера-Кленова
  • Модель клеточного автомата Кернера-Кленова-Вольфа (KKW)
  • Модель клеточного автомата Кернера-Кленова-Шрекенберга-Вольфа (KKSW)
  • Линия Кернера J
  • Переходы Кернера F → S → J (движущаяся пробка "без очевидной причины")
  • Пинч-эффект Кернера в синхронизированном потоке
  • 2Z-характеристика Кернера для фазовых переходов
  • Конкуренция Кернера S → F и S → J неустойчивостей
  • Классификация Кернера эмпирических моделей загруженности дорожного движения
  • Теория Кернера о перегрузке в тяжелом узком месте (теория мега-пробок)
  • Эффект поглощения варенья Кернера
НаградыПремия Daimler Research за 1994 год
Научная карьера
Полянелинейная физика, транспорт и транспортная наука
Учреждения
  • Компании Пульсар и Орион (Москва) (1972–1992)
  • Компания Daimler (Германия) (1992–2013)
  • Университет Дуйсбург-Эссен (2013 – настоящее время)
Тезисов
  • Кандидат наук. по физике и математике (1979)
  • Sc.D. (Доктор наук) по физико-математическим наукам (1986)

Борис С. Кернер (1947 г.р.) - пионер теория трехфазного движения.[1][2][3][4][5][6]

биография

Борис С. Кернер - инженер и физик. Он родился в Москве, Советский Союз, в 1947 году. 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 Автосолитоны - уединенные внутренние состояния, которые образуются в широком классе физических, химических и биологических диссипативных систем.

После эмиграции из России в Германию в 1992 году Борис Кернер работал в Daimler компания в Штутгарте. С тех пор его главным интересом было понимание автомобильной трафик. Эмпирическая природа зарождения пробок на шоссе узкие места в понимании Бориса Кернера лежит в основе теория трехфазного движения, которую он представил и разработал в 1996–2002 гг.

С 2000 по 2013 год Борис Кернер возглавлял направление научных исследований. Трафик в компании Daimler. В 2011 году Борису Кернеру была присвоена ученая степень. Профессор на Университет Дуйсбург-Эссен в Германии. После ухода из компании Daimler 31 января 2013 года профессор Кернер работает в университете Дуйсбург-Эссен.

Научная работа

Теория трехфазного движения

В теории трехфазного движения Кернера, помимо фазы свободного потока (F), есть две фазы движения в перегруженный трафик: фаза синхронизированного потока (S) и фаза широкой движущейся пробки (J). Один из основных результатов теории Кернера состоит в том, что нарушение дорожного движения на узком месте шоссе является случайный (вероятностный) фаза перехода от свободного потока к синхронизированному потоку (переход F → S), который происходит в метастабильный состояние свободного потока на трассе горлышко бутылки. Это означает, что разбивка трафика (переход F → S) демонстрирует зарождение природа. Основная причина трехфазной теории Кернера заключается в объяснении эмпирической природы зарождения пробоев трафика (переход F → S) в узких местах на шоссе, наблюдаемых в реальных данных о дорожном движении. Согласно предсказанию трехфазной теории Кернера, эта метастабильность свободного потока относительно фазового перехода F → S определяется зарождающейся природой неустойчивости синхронизированного потока по отношению к росту достаточно большого локального увеличения скорости в синхронизированном потоке (называемого 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 ввел новую фазу трафика, названную синхронизированный поток основная особенность которого приводит к зарождающемуся характеру перехода F → S в узком месте магистрали. Следовательно, фаза синхронизированного потока трафика Кернера может использоваться как синоним термина теория трехфазного движения.

Случайная задержка пробоя трафика и переходов F → S → F

В 2015 году Кернер обнаружил, что до того, как в узком месте шоссе произойдет нарушение трафика, в узком месте может иметь место случайная последовательность переходов F → S → F: развитие перехода F → S прерывается нестабильностью S → F, которая приводит к синхронизированное растворение потока, приводящее к переходу S → F в узком месте. Эффект переходов Кернера F → S → F следующий: переходы F → S → F определяют случайную временную задержку сбоя трафика в узком месте.

Смена парадигмы в транспортной науке

Основной результат трехфазной теории трафика Кернера о зарождающейся природе сбоя трафика (переход F → S) в узком месте показывает несоизмеримость теории трехфазного движения со всеми предыдущими (стандартными) теориями транспортных потоков. Период, термин "несоизмеримость" был введен Куном в его классической книге[7] объяснить смена парадигмы 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 управления движением, управления и организации движения. сеть, а также приложения интеллектуальные транспортные системы. 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 движения.

А не математическая модель из транспортный поток Теория трехфазного трафика Кернера - это качественная теория транспортных потоков, состоящая из нескольких гипотез. Первый математическая модель транспортного потока в рамках трехфазной теории трафика Кернера, математическое моделирование может показать и объяснить нарушение транспортного потока фазовым переходом F → S в метастабильном свободном потоке в узком месте - это стохастическая микроскопическая модель транспортного потока Кернера-Кленова, представленная в 2002 году. Несколько месяцев спустя Кернер, Кленов и Вольф разработали клеточный автомат (CA) модель транспортного потока в рамках трехфазной теории трафика Кернера. Модель стохастического транспортного потока Кернера-Кленова в рамках теории Кернера получила дальнейшее развитие для различных приложений, в частности, для моделирования дозирование на рампе, контроль ограничения скорости, динамическое распределение трафика в транспортных и транспортных сетях, движение в сильных узких местах и ​​на движущихся узких местах, особенности гетерогенного транспортного потока, состоящего из разных транспортных средств и водителей, методы предупреждения о пробках, связь между транспортными средствами (V2V) для совместного вождения, выполнение беспилотные автомобили в смешанном транспортном потоке, разбивка трафика на сигналы светофора в городском потоке, перенасыщенный городской транспорт, расход топлива автотранспортом в транспортных сетях.

Интеллектуальные транспортные системы в рамках теории трехфазного движения

Методы ASDA / FOTO для восстановления схем перегруженного трафика

Теория трехфазного трафика Кернера является теоретической основой для приложений в транспортная техника. Одним из первых приложений теории трехфазного движения является Методы ASDA / FOTO которые используются в онлайн-приложениях для пространственно-временной реконструкции схем перегруженного трафика в автомобильных сетях.

Подход к управлению перегруженным образцом

В 2004 году Кернер представил подход к управлению перегрузкой. В отличие от стандартного управления трафиком в узком месте сети, в котором контроллер (например, с помощью дозирование на рампе, Ограничение скорости или другие стратегии управления трафиком) пытается поддерживать условия свободного потока при максимально возможной скорости потока в узком месте, в подходе к управлению по схеме перегруженности управление потоком трафика в узком месте не осуществляется до тех пор, пока свободный поток реализуется в узком месте. Только когда в узком месте произошел переход F → S (нарушение 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 шаблонами перегрузки свободный поток либо восстанавливается в узком месте, либо скопление трафика локализуется в узком месте.

Автономное вождение в рамках теории трехфазного движения

В 2004 году Кернер представил концепцию автономное вождение автомобиля в рамках теории трехфазного движения. Автономное транспортное средство в рамках теории трехфазного движения - это самоуправляемое транспортное средство, для которого нет фиксированных отставание во времени к предыдущему автомобилю. 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 трафику в сигнале

В 2011–2014 годах Борис Кернер расширил теорию трехфазного движения, которую он изначально разработал для дорожного движения, для описания 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 пробоев

В 2011 году Кернер представил принцип минимизации пробоев который посвящен контролю и оптимизации трафика и транспортных сетей при сохранении минимума вероятности возникновения перегрузок трафика в сети.

Подход к максимизации пропускной способности сети

В 2016 году Кернер разработал приложение принципа минимизации пробоев, названное подход к 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 представил меру (или «метрику») трафика или транспортной сети под названием емкость сети. Пропускная способность 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 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

Отзывы

Статьи

Исследования в рамках стандартных теорий транспортных потоков: характерные параметры широких движущихся пробок, линии 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 трафика и переходы F → S → F

Теория шаблонов перегруженности в узких местах: особенности мега-джема

Эффект поглощения джема

Запаздывание трафика на светофоре

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

Принцип минимизации пробоев

Подход к максимизации пропускной способности сети и пропускной способности сети

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Статья в «Нью-Йорк Таймс» под названием «Застрял в пробке? Проконсультируйтесь с физиком »на веб-странице
  2. ^ Новости науки онлайн, 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. - Из печатного издания Economist
  5. ^ Physics Today - ноябрь 2005 г. Генри Лью (Федеральное управление шоссейных дорог, Маклин, Вирджиния), рецензент книги Бориса С. Кернера «Физика дорожного движения: эмпирические особенности схемы автострад, инженерные приложения и теория».[постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ Статья «Лечение заторов» в журнале Discover, 1999 г.
  7. ^ Т.С. Кун, "Структура научных революций". Четвертый выпуск. (Издательство Чикагского университета, Чикаго, Лондон, 2012 г.)