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Os sistemas de transporte em ambientes urbanos são vulneráveis a uma variedade de fatores, incluindo clima, congestionamento de tráfego e eventos especiais. Os gargalos, em particular, podem causar grandes problemas e levar à falha em cascata de todo o sistema.
Cientistas da Fudan University e da Shanghai University of Electric Power, na China, desenvolveram uma técnica de modelagem para estudar os fluxos de tráfego urbano e a verificaram com dados do mundo real de Xangai. Eles descrevem sua abordagem em Caosda AIP Publishing, e mostram que seu modelo pode ser usado para encontrar gargalos desconhecidos que podem levar à falha de toda a rede viária.
Esta pesquisa situa-se na interseção da física e da ciência da informação e é um modelo inovador envolvendo o estudo de cidades inteligentes. O modelo usa uma forma modificada da teoria da percolação, amplamente utilizada para entender o fluxo de líquidos através de meios porosos, como solo e géis. Quando o líquido flui através de uma rede de poros, ele é ocasionalmente bloqueado da mesma forma que o fluxo de veículos nas estradas pode ser bloqueado.
Ao construir seu modelo, os investigadores consideraram a rede rodoviária existente e a distribuição da população em Xangai. Eles geraram viagens entre vários centros populacionais, atribuindo essas viagens às estradas que ofereciam a menor distância de viagem.
“A área urbana é um sistema aberto onde, além dos fluxos intrarregionais, também há troca de fluxos entre regiões externas. Para simular o efeito do deslocamento, aumentamos a população das regiões limítrofes”, disse o autor Yu-Gang Ma.
A carga de tráfego em cada estrada foi convertida em uma velocidade. Quando o fluxo de tráfego atingia uma velocidade inaceitavelmente baixa em uma determinada estrada, essa estrada era considerada disfuncional e removida do modelo.
Ao repetir esse processo de maneira recursiva, os investigadores descobriram que uma falha maciça em cascata do sistema de transporte urbano ocorreu de maneira repentina e descontínua, da mesma forma que uma transição de fase ocorre repentinamente quando o gelo derrete ou a água ferve.
O autor e líder do projeto, Dingding Han, disse: “Usamos mapas disponíveis publicamente para o distrito de Yangpu em Xangai e identificamos quatro estradas que servem como principais vias de comunicação. , como um potencial gargalo que pode levar à falha em cascata de todo o sistema de tráfego urbano.”
Quando a estrada Zhonghuan fica bloqueada, o tráfego flui para as ruas secundárias que eventualmente não conseguem lidar com o fluxo de veículos. Isso leva a bloqueios adicionais e a uma quebra de todo o sistema. Quando isso ocorre, a rede de estradas se divide em fragmentos desconexos.
“Vale a pena notar que o gargalo da estrada Zhonghuan foi encontrado durante a quinta rodada de remoção de estradas em nosso modelo”, disse o autor Jiang-Hai Qian. “Através do processo dinâmico de falha em cascata, o gargalo oculto foi descoberto.”
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