Кернер, Борис
Борис Кернер
- Дата рождения
- 22 декабря 1947 года
- Место рождения
- Москва
- Гражданство
- Германия
- Род деятельности
- физик, инженер
Награды и премии
Daimler Research Award (1994)
Борис Кернер (англ. Boris S. Kerner; [Нет даты!]) — немецкий физик и инженер. Создатель трёхфазной теории транспортного потока[1][2][3][4].
Биография[править]
Родился в Москве в 1947 году. В 1972 году окончил Московский технический университет МИРЭА. В 1979 и 1986 годах получил степени кандидата и доктора физико-математических наук в Академии наук СССР. С 1972 по 1992 год занимался физикой полупроводников, плазмы и твёрдого тела. В этот период совместно с В. В. Осиповым разработал теорию автосолитонов — уединённых собственных состояний, образующихся в широком классе физических, химических и биологических диссипативных систем.
После эмиграции в Германию в 1992 году работал в компании Daimler в Штутгарте. С этого времени его основным интересом стало изучение транспортных потоков[5][6][7][8][9][10][11]. В 1994 году получил премию Daimler Research Award[12]. В 1996—2002 годах разработал трёхфазную теорию транспортного потока, основанную на эмпирической природе нуклеации транспортных заторов на узких участках автомагистралей.
С 2000 по 2013 год руководил направлением научных исследований в области транспорта в компании Daimler. В 2011 году получил звание профессора в Университете Дуйсбурга — Эссена[13]. После выхода на пенсию из Daimler в 2013 году продолжил работу в университете[14].
Научная деятельность[править]
Трёхфазная теория транспортного потока[править]
Теория трёх фаз транспортного потока описывает эмпирические состояния транспортного потока в трёх фазах: свободный поток (F), синхронизированный поток (S) и широкий движущийся затор (J). Синхронизированный поток и широкий движущийся затор относятся к заторам. Одним из главных результатов теории является то, что возникновение затора на узком участке автомагистрали представляет собой случайный фазовый переход от свободного потока к синхронизированному (переход F → S), происходящий в метастабильном состоянии свободного потока. Это означает, что переход F → S имеет природу нуклеации[15][16][17][18][19][20][21][22][23].
Согласно теории, метастабильность свободного потока по отношению к фазовому переходу F → S определяется природой нуклеации нестабильности синхронизированного потока по отношению к росту локального увеличения скорости (нестабильность S → F). Развитие этой нестабильности приводит к локальному фазовому переходу от синхронизированного потока к свободному на узком участке.
В 2011—2014 годах Кернер расширил теорию для описания городского движения[24][25].
Синхронизированный транспортный поток[править]
В конце 1990-х годов Кернер ввёл понятие синхронизированного потока, особенности которого объясняют природу нуклеации перехода F → S[26].
В 1998 году он установил, что эмпирический феномен движущегося затора «без видимой причины» возникает из-за последовательности переходов F → S → J[15]. В теории предполагается, что вероятность перехода F → S в метастабильном свободном потоке значительно выше вероятности перехода F → J. Любой фазовый переход между тремя фазами имеет природу нуклеации.
В 2011 году Кернер предложил принцип минимизации вероятности возникновения заторов для управления транспортными сетями[27].
Математические модели[править]
Первой математической моделью в рамках теории стала стохастическая микроскопическая модель Кернера-Кленова (2002)[28]. Позже была разработана модель на основе клеточных автоматов[29]. Модель Кернера-Кленова применялась для моделирования управления доступом на магистрали, ограничения скорости, динамического распределения трафика, движения беспилотных автомобилей и других задач[30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41][24][25][42].
Интеллектуальные транспортные системы[править]
Теория служит основой для приложений в транспортной инженерии. Одним из первых применений стали методы ASDA/FOTO для пространственно-временной реконструкции заторов.
В 2004 году Кернер предложил подход к управлению заторами. В отличие от стандартного управления, контроллер начинает работу только после возникновения затора (переход F → S), пытаясь восстановить свободный поток.
Также в 2004 году он разработал концепцию беспилотного автомобиля, для которого не существует фиксированного временного интервала до впереди идущего транспортного средства[43].
Работы после 2015 года[править]
В 2015 году Кернер обнаружил, что перед возникновением затора может происходить случайная последовательность переходов F → S → F, определяющая задержку времени образования затора[44].
Он утверждает, что трёхфазная теория меняет понимание стохастической пропускной способности магистрали: при определённом расходе затор может возникнуть лишь с некоторой вероятностью.
В 2016 году разработал подход к максимизации пропускной способности сети при сохранении условий свободного потока[45]. В 2019 году выявил пространственно-временную конкуренцию между нестабильностями S → F и S → J[23].
Примечания[править]
- ↑ Davis, Craig Physicists and Traffic Flow // APS News. — 2004. — том 13. — № 4. — С. 8.
- ↑ Adapting to road conditions (1 июля 2004 года).
- ↑ 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[недоступная ссылка (June 2019)]
- ↑ Article "Curing Congestion" in Discover Magazine, 1999
- ↑ Kerner, B. S. Cluster effect in initially homogeneous traffic flow // Physical Review E. — 1993. — том 48. — № 4. — С. R2335–R2338. — DOI:10.1103/PhysRevE.48.R2335 — — PMID 9960969.
- ↑ Kerner, B. S. Structure and parameters of clusters in traffic flow // Physical Review E. — 1994. — том 50. — № 1. — С. 54–83. — DOI:10.1103/PhysRevE.50.54 — — PMID 9961944.
- ↑ Kerner, B. S. Deterministic spontaneous appearance of traffic jams in slightly inhomogeneous traffic flow // Physical Review E. — 1995. — том 51. — № 6. — С. 6243–6246. — DOI:10.1103/PhysRevE.51.6243 — — PMID 9963365.
- ↑ Kerner, B. S. Experimental features and characteristics of traffic jams // Physical Review E. — 1996. — том 53. — № 2. — С. R1297–R1300. — DOI:10.1103/PhysRevE.53.R1297 — — PMID 9964470.
- ↑ Kerner, B. S. Experimental properties of complexity in traffic flow // Physical Review E. — 1996. — том 53. — № 5. — С. R4275–R4278. — DOI:10.1103/PhysRevE.53.R4275 — — PMID 9964902.
- ↑ Kerner, B. S. Experimental Properties of Phase Transitions in Traffic Flow // Physical Review Letters. — 1997. — том 79. — № 20. — С. 4030–4033. — DOI:10.1103/PhysRevLett.79.4030 —
- ↑ Kerner, B. S. Asymptotic theory of traffic jams // Physical Review E. — 1997. — том 56. — № 4. — С. 4200–4216. — DOI:10.1103/PhysRevE.56.4200 —
- ↑ "Daimler-Benz, das Geschäftsjahr 1994", page 41
- ↑ Pressemitteilung der Universität Duisburg-Essen: UDE verleiht Verkehrsforscher außerplanmäßige Professur. Von Daimler zum Campus
- ↑ Fakultät der Physik der Universität Duisburg-Essen, Physik von Transport und Verkehr: Mitglieder der Arbeitsgruppe
- ↑ 15,0 15,1 Kerner, B. S. Experimental Features of Self-Organization in Traffic Flow // Physical Review Letters. — 1998. — том 81. — № 17. — С. 3797–3800. — DOI:10.1103/PhysRevLett.81.3797 —
- ↑ Kerner, Boris S. The physics of traffic // Physics World. — 1999. — том 12. — № 8. — С. 25–30. — DOI:10.1088/2058-7058/12/8/30
- ↑ Kerner, Boris S. Experimental features of the emergence of moving jams in free traffic flow // Journal of Physics A: Mathematical and General. — 2000. — том 33. — № 26. — С. L221–L228. — DOI:10.1088/0305-4470/33/26/101
- ↑ Kerner, Boris S. Complexity of Synchronized Flow and Related Problems for Basic Assumptions of Traffic Flow Theories // Networks and Spatial Economics. — 2001. — том 1. — № 1-2. — С. 35–76. — DOI:10.1023/A:1011577010852
- ↑ Kerner, Boris S. Empirical Features of Congested Patterns at Highway Bottlenecks // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. — 2002. — том 1802. — С. 145–154. — DOI:10.3141/1802-17
- ↑ Kerner, Boris S. Empirical macroscopic features of spatial-temporal traffic patterns at highway bottlenecks // Physical Review E. — 2002. — том 65. — № 4. — DOI:10.1103/PhysRevE.65.046138 — — PMID 12005957.
- ↑ Kerner, Boris S. A theory of traffic congestion at heavy bottlenecks // Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. — 2008. — том 41. — № 21. — DOI:10.1088/1751-8113/41/21/215101 —
- ↑ Kerner, Boris S. Complexity of spatiotemporal traffic phenomena in flow of identical drivers: Explanation based on fundamental hypothesis of three-phase theory // Physical Review E. — 2012. — том 85. — № 3. — DOI:10.1103/PhysRevE.85.036110 — — PMID 22587152.
- ↑ 23,0 23,1 Kerner, Boris S. Statistical physics of synchronized traffic flow: Spatiotemporal competition between 𝑆→𝐹 and 𝑆→𝐽 instabilities // Physical Review E. — 2019. — том 100. — № 1. — DOI:10.1103/PhysRevE.100.012303 — PMID 31499898.
- ↑ 24,0 24,1 Kerner, Boris S. Physics of traffic gridlock in a city // Physical Review E. — 2011. — том 84. — № 4. — DOI:10.1103/PhysRevE.84.045102 — — PMID 22181213.
- ↑ 25,0 25,1 Kerner, Boris S. The physics of green-wave breakdown in a city // Europhysics Letters. — 2013. — том 102. — № 2. — DOI:10.1209/0295-5075/102/28010 —
- ↑ Kerner, Boris S. Empirical synchronized flow in oversaturated city traffic // Physical Review E. — 2014. — том 90. — № 3. — DOI:10.1103/PhysRevE.90.032810 — — PMID 25314485.
- ↑ Minimizing the probability of the occurrence of traffic congestion in a traffic network // Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical.
- ↑ Kerner, Boris S. A microscopic model for phase transitions in traffic flow // Journal of Physics A: Mathematical and General. — 2002. — том 35. — № 3. — С. L31–L43. — DOI:10.1088/0305-4470/35/3/102
- ↑ Kerner, Boris S. Cellular automata approach to three-phase traffic theory // Journal of Physics A: Mathematical and General. — 2002. — том 35. — № 47. — С. 9971–10013. — DOI:10.1088/0305-4470/35/47/303 —
- ↑ Kerner, Boris S. Microscopic theory of spatial-temporal congested traffic patterns at highway bottlenecks // Physical Review E. — 2003. — том 68. — № 3. — DOI:10.1103/PhysRevE.68.036130 — — PMID 14524855.
- ↑ Kerner, Boris S. Spatial–temporal patterns in heterogeneous traffic flow with a variety of driver behavioural characteristics and vehicle parameters // Journal of Physics A: Mathematical and General. — 2004. — том 37. — № 37. — С. 8753–8788. — DOI:10.1088/0305-4470/37/37/001 —
- ↑ Kerner, Boris S. Deterministic microscopic three-phase traffic flow models // Journal of Physics A: Mathematical and General. — 2006. — том 39. — № 8. — С. 1775–1809. — DOI:10.1088/0305-4470/39/8/002 —
- ↑ Kerner, Boris S. Phase transitions in traffic flow on multilane roads // Physical Review E. — 2009. — том 80. — № 5. — DOI:10.1103/PhysRevE.80.056101 — — PMID 20365037.
- ↑ Kerner, Boris S. A Study of Phase Transitions on Multilane Roads in the Framework of Three-Phase Traffic Theory // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. — 2009. — том 2124. — С. 67–77. — DOI:10.3141/2124-07
- ↑ Kerner, Boris S. A theory of traffic congestion at moving bottlenecks // Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. — 2010. — том 43. — № 42. — DOI:10.1088/1751-8113/43/42/425101 —
- ↑ Kerner, Boris S. Simple cellular automaton model for traffic breakdown, highway capacity, and synchronized flow // Physical Review E. — 2011. — том 84. — № 4. — DOI:10.1103/PhysRevE.84.046110 — — PMID 22181230.
- ↑ Kerner, Boris S. Probabilistic physical characteristics of phase transitions at highway bottlenecks: Incommensurability of three-phase and two-phase traffic-flow theories // Physical Review E. — 2014. — том 89. — № 5. — DOI:10.1103/PhysRevE.89.052807 — — PMID 25353844.
- ↑ Kerner, Boris S. Criterion for traffic phases in single vehicle data and empirical test of a microscopic three-phase traffic theory // Journal of Physics A: Mathematical and General. — 2006. — том 39. — № 9. — С. 2001–2020. — DOI:10.1088/0305-4470/39/9/002 —
- ↑ Kerner, Boris S. Microscopic features of moving traffic jams // Physical Review E. — 2006. — том 73. — № 4. — DOI:10.1103/PhysRevE.73.046107 — — PMID 16711878.
- ↑ Kerner, Boris S. Empirical test of a microscopic three-phase traffic theory // Nonlinear Dynamics. — 2007. — том 49. — № 4. — С. 525–553. — DOI:10.1007/s11071-006-9113-1 —
- ↑ Kerner, Boris S. Synchronized flow in oversaturated city traffic // Physical Review E. — 2013. — том 88. — № 5. — DOI:10.1103/PhysRevE.88.054801 — — PMID 24329392.
- ↑ Kerner, Boris S. Traffic breakdown at a signal: Classical theory versus the three-phase theory of city traffic // Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment. — 2014. — № 3. — DOI:10.1088/1742-5468/2014/03/P03001 —
- ↑ Kerner, Boris S. Physics of automated driving in framework of three-phase traffic theory // Physical Review E. — 2018. — том 97. — № 4. — DOI:10.1103/PhysRevE.97.042303 — — PMID 29758629.
- ↑ Kerner, Boris S. Microscopic theory of traffic-flow instability governing traffic breakdown at highway bottlenecks: Growing wave of increase in speed in synchronized flow // Physical Review E. — 2015. — том 92. — № 6. — DOI:10.1103/PhysRevE.92.062827 — — PMID 26764764.
- ↑ Kerner, Boris S. The maximization of the network throughput ensuring free flow conditions in traffic and transportation networks: Breakdown minimization (BM) principle versus Wardrop's equilibria // The European Physical Journal B. — 2016. — том 89. — № 9. — DOI:10.1140/epjb/e2016-70395-8 —
Литература[править]
- Gao, K., Jiang, R., Hu, S-X., Wang, B-H. & Wu, Q. S., "Cellular-automaton model with velocity adaptation in the framework of Kerner's three-phase traffic theory" 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 based on Kerner's three-phase traffic theory in North Rhine-Westphalia and its integration into vehicles", 2008 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pp. 186–191. doi: 10.1109/IVS.2008.4621192
- Hubert Rehborn, Sergey L. Klenov, Jochen Palmer, "Common traffic congestion features studied in USA, UK, and Germany based on Kerner's three-phase traffic theory", 2011 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), pp. 19–24. doi: 10.1109/IVS.2011.5940394
- L. C. Davis, A review on the book by B. S. Kerner, "Introduction to Modern Traffic Flow Theory and Control" in Physics Today, Vol. 63, Issue 3 (2010), p. 53.
- Kjell Hausken and Hubert Rehborn https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-11674-7_5 "Game-Theoretic Context and Interpretation of Kerner's Three-Phase Traffic Theory", In: "Game Theoretic Analysis of Congestion, Safety and Security: Traffic and Transportation Theory", Springer Series in Reliability Engineering, edited by Kjell Hausken and Jun Zhuang (Springer, Berlin, 2015), pp. 113–141. doi: 10.1007/978-3-319-11674-7_5]
 | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Кернер, Борис», расположенная по адресу:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?». |
|---|