Jak nękają nas samochody, powodując korki i zawalenia

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Budowa autostrad pogarsza sytuację na drogach. Nowe trasy prowadzą do załamania ruchu. Nawigatorzy przyspieszają zatory. Dlaczego pozornie właściwe środki zaostrzają problem z korkami?

Władze radośnie informują o tym, co zrobiono, aby poprawić sytuację na drogach, a poruszanie się po mieście zajmuje coraz więcej czasu. Kierowcy uważają, że korki są wynikiem skorumpowanego spisku lub całkowitej niekompetencji urzędników, ponieważ każdy, kto ma samochód, jest pewien, że zna odpowiedzi na odwieczne rosyjskie pytania.

KTO JEST WINNY?

DROGI

Podstawową cechą drogi, która decyduje o tym, czy wystąpią na niej korki, jest przepustowość. A jego limit to około 1500 samochodów na godzinę na pas. Ani jakość asfaltu, ani zderzaki, ani oznaczenia nie są w stanie zwiększyć tego wskaźnika, bo auta muszą zachowywać dystans kilku sekund i mają fizyczne rozmiary. „Ponadto, przepustowość drogi jest zwykle określana przez przepustowość jej najwęższego punktu”, zauważa matematyk, starszy wykładowca na Wydziale Technologii Modelowania Złożonych Systemów w Wyższej Szkole Ekonomicznej Yuri Dorn. - Powiedzmy, że jeśli piękna pięciopasmowa autostrada o długości 1000 km w jednym miejscu zwęża się do dwóch pasów, to jej łączna przepustowość będzie jak droga dwupasmowa. A co gorsza: ze względu na to, że samochody zwalniają, zmieniając z pięciu rzędów na dwa, ostateczna przepustowość będzie niższa.”

Drogi mają inne cechy, które wydają się przeczyć zdrowemu rozsądkowi. Tak więc wraz ze wzrostem prędkości ruchu przepustowość drogi może się zmniejszyć. „Liczbę samochodów przejeżdżających przez przekrój ulicy w jednostce czasu, prędkość samochodów i natężenie ruchu w mechanice transportu łączy prosta formuła N = vq”, wyjaśnia Evgeny Nurminsky, ekspert od modelowania matematycznego przepływy ruchu, profesor Katedry Metod Matematycznych w Ekonomii w Szkole Nauk Przyrodniczych Dalekowschodniego Uniwersytetu Federalnego… - N to natężenie ruchu, auto/h; v - prędkość pojazdu, km / h; q - gęstość przepływu, auto / km. Zmieniając jeden parametr ciągniemy za sobą resztę. Jeżeli samochody poruszają się z prędkością 200 km/h, natężenie ruchu będzie bardzo małe, ponieważ kierowcy będą musieli utrzymywać duży dystans. W związku z tym przepływ samochodów, który jest równy iloczynowi gęstości i prędkości, będzie mniejszy niż przy prędkości 60 km / h.”

KOREK SOBIE

Podczas gdy wzrost prędkości może prowadzić do zmniejszenia ruchu na drodze, ten sam efekt uzyskuje się poprzez zmniejszenie prędkości. Ruch samochodowy dramatycznie spada, gdy auta jadą wolniej niż 20 km/h. „Przy tak niskiej prędkości maksymalnie 1500 samochodów na godzinę nie wyjdzie z korka: poruszają się na to zbyt wolno. Jeśli odjedzie tylko 1000 aut, w ciągu godziny w korku stanie 500 aut. Biorąc pod uwagę fizyczne rozmiary samochodu (około pięciu metrów) i odległość do sąsiednich samochodów, korek ma długość 2,5 km” – czołowy analityk Yandex. Korki „Leonid Mednikov. A nowe samochody stale podjeżdżają do miejsca zatoru, więc może się nie rozpuścić przez bardzo długi czas.

TECHNIKA

Co Yandex. Korki"

Najpopularniejszą usługą w Rosji wyświetlającą zatłoczenie w czasie rzeczywistym jest Yandex. Korki . Kierowcy zarzucają mu „przekręcanie” danych i błędną interpretację sytuacji. Główny analityk serwisu Leonid Mednikov odpowiedział na główne skargi użytkowników.

Nakład pracy miasta ustalany jest na podstawie oceny sytuacji na głównych ulicach i autostradach, których lista niewiele się zmienia. Drogi te tworzą „ramę transportową”, która umożliwia podróżowanie po całym mieście. Usługa utrzymuje skalę ocen, tak aby 10 punktów odzwierciedlało naprawdę „martwy” ruch. Jeśli oceny pozostaną bez zmian, to przy ogólnym pogorszeniu się sytuacji w mieście (niestety!), serwis zawsze da 10 punktów i kierowcy nie będą w stanie odpowiednio przewidzieć, jak długo potrwa podróż.

Wcześniej drogi o prędkości większej niż 30 km/h pokazywane były na zielono, poniżej 15 km/h na czerwono, wszystko w środku pokazywane było na żółto. Ale teraz usługa korzysta ze względnej gradacji kolorów: odzwierciedla ona natężenie ruchu nie ogólnie, ale w porównaniu ze zwykłą sytuacją w tym miejscu. Dlatego ruch na „żółtym” odcinku obwodnicy Moskwy może w rzeczywistości być szybszy niż na „zielonym” odcinku bocznej ulicy z sygnalizacją świetlną i skrzyżowaniami.

Usługa pokazuje przewidywaną sytuację na podstawie danych z przeszłości dotyczących konkretnego serwisu. Ale trasa wciąż jest budowana bez uwzględnienia tych informacji. Dlatego wyjeżdżając tuż przed wieczornym szczytem, w połowie drogi można wpaść w gęsty korek, który utworzył się w kilka minut. „Wzięcie pod uwagę prognozy rozwoju sytuacji to jak dotąd jedyna rzecz, w której ludzie wyprzedzają nawigatora” – mówi Leonid Mednikov.

STRUKTURA MIASTA

Jedną z najefektywniejszych struktur miasta, która pozwala na najlepsze rozłożenie potoków ruchu, jest konstrukcja z zagnieżdżeniem kwadratowym. Ale większość miast w Rosji ma strukturę pierścieniową z drogami promienistymi. Takie miasta powstawały na miejscu fortec, stopniowo się rozbudowując. Taka konstrukcja była idealna do ochrony przed wojowniczymi sąsiadami, ale ruch w miastach obwodnicowych rozkłada się tak źle, jak to możliwe: zarówno na centralnych obwodnicach, jak i na drogach wyjazdowych, którymi ludzie docierają do centrum rano i opuszczają je wieczorem, okazują się być przeciążone. „Ponadto w megalopoliach o strukturze pierścieniowej kierowcy doświadczają kolosalnych przekroczeń, czasem dziesiątek kilometrów na przejazd”, dodaje Yuri Dorn.

Naukowcy twierdzą, że miasta w kształcie pierścienia często mają słabą łączność. Oznacza to, że istnieje kilka sposobów, aby dostać się z jednego miejsca do drugiego, a samochody gromadzą się na kluczowych drogach, które inaczej nie mogą przejechać.

Starając się rozładować wiecznie stojące autostrady łączące różne dzielnice miasta, władze rozbudowują drogi, ale nie jest to skuteczne. Na przykład wiele z moskiewskich autostrad prowadzi z jednej strony do zatłoczonego centrum, a z drugiej do gęsto zaludnionych śpiworów. „Zjazd/wjazd na takie autostrady tworzą zatory komunikacyjne, które wraz z rozwojem miasta znajdują się głęboko w jego wnętrzu.

Ponadto takie autostrady przecinają istniejące szlaki komunikacyjne, zauważa Nurminsky. „Aby zneutralizować szkodliwy wpływ, trzeba zbudować wiele węzłów przesiadkowych i objazdów, co obala pierwotny pomysł i jest bardzo kosztowne”.

ZAPŁATA

Kąt widzenia

Przepływy ruchu można opisywać z różnym stopniem „przybliżenia”, do czego służy aparat matematyczny z różnych dziedzin nauki. Lokalne decyzje kierowców modelowane są z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych. Do opisu zachowania się potoków ruchu na poziomie poszczególnych dróg wykorzystuje się aparat hydrodynamiki - naukę o zachowaniu płynów. Teoria gier i teoria optymalizacji służą do przewidywania obciążenia sieci transportowej i rozkładu przepływów wzdłuż tras.

KIEROWCY

Każdy, kto prowadzi samochód wie, że nanosekunda to czas, po którym kierowca z tyłu zaczyna trąbić po włączeniu zielonego światła. Kierowcy, którzy uważają się za rozsądnych, są w takich momentach bardzo zirytowani, uważając, że krótkie opóźnienie nie wpłynie na sytuację na drodze. I są w błędzie.„Powolna jazda może powodować zatory” - mówi Nurminsky. - Korek to system nieliniowy z silnym pozytywnym sprzężeniem zwrotnym, to znaczy w odpowiedzi na nadchodzące sygnały zachowuje się zupełnie inaczej niż oczekujesz. Na przykład rozmawiałeś przez telefon podczas jazdy i zwolniłeś. Wydaje się, że jest w porządku, ale wszyscy kierowcy za tobą są zmuszeni zwolnić - i jest korek, który może się rozpuścić na godzinę”.

Ale głównym powodem wzrostu korków jest właśnie zwiększona racjonalność kierowców. Nawet jeśli dla uproszczenia kierowca ma do wyboru dwie drogi – oczywiście skłania się ku najszybszej trasie. Inni kierowcy, którzy zamierzają jechać w tym samym kierunku, zrobią to samo. W efekcie szybsza droga jest bardziej podatna na zapełnianie się samochodami, jej przepustowość już nie wystarcza – i tworzy się korek. Kierowcy, którzy wyjechali później, widząc korek na ich ulubionej trasie, wybierają dłuższą, ale łatwiejszą drogę, bo teraz czasy przejazdu na obu trasach są równe. Gdyby niektórzy kierowcy początkowo woleli dłuższą trasę, na krótkiej trasie nie byłoby korków.

Sytuacja, w której czas podróży na wszystkich faktycznie wykorzystywanych trasach staje się taki sam, nazywana jest równowagą Nasha - Wardropa w modelowaniu transportu. W tym stanie żadna próba zmiany trasy przez kierowcę nie może skrócić czasu podróży. Co więcej, jak niedawno wykazali naukowcy z Korei i Stanów Zjednoczonych, wyrzucanie kierowców na obwodnice w celu zaoszczędzenia kilku minut zauważalnie pogarsza ogólną sytuację. Kiedy samochodów jest dużo, sytuacja na drodze nieuchronnie dochodzi do równowagi Nasha-Wardropa. Wraz z mnożeniem się nawigatorów, które pokazują korki, „pełzanie” do niego przyspieszyło: kierowcy wyjeżdżający później natychmiast obierają objazd. Ale, jak wyjaśnia Jurij Dorn, nawigatorzy nie pogarszają sytuacji. Przyspieszają powstawanie korków, ale w każdym jest mniej samochodów – w końcu niektórzy kierowcy od razu jadą alternatywną trasą. Ponadto niektórzy kierowcy przesuwają godziny odjazdów, aby wygładzić szczytowe obciążenia. Wreszcie dzięki nawigatorom wiele osób dowiaduje się o obwodnicach. „Oczywiście dla tych kierowców, którzy wcześniej swobodnie jeździli po trudnych trasach, sytuacja się pogorszyła, ale łączny czas przejazdu na wszystkich drogach spadł. Jednak całkowity, a nawet indywidualny czas podróży może często się wydłużyć”- podsumowuje Dorn.

MOSKWA

W Rosji w każdym dużym mieście są korki, ale najbardziej cierpi z nich stolica. „W Moskwie koncentruje się ogromna liczba działań, w tym dość specyficzne: sektor finansowy, nauka i biznes. Ktoś, kto pracuje, powiedzmy, w jakimś instytucie, musi tam iść. A dla sprzedawcy lub osoby z innym niewyspecjalizowanym zawodem link do miejsca nie jest tak istotny”- mówi Dorn. Ponadto przeważająca część miejsc pracy koncentruje się w centrum, podczas gdy ludzie mieszkają bliżej przedmieść. W rezultacie powstają przepływy wahadłowe, zajmujące te same drogi, na których przez większość dnia stoją korki.

Wysokie koszty mieszkania w centrum i rosyjski zwyczaj uznawania własnego mieszkania za wielką wartość uniemożliwiają ludziom zbliżanie się do pracy. Pomysł władz stolicy, by „przenieść” urzędników na przedmieścia, też po cichu zniknął. Jednak przeniesienie nie rozwiąże problemu: jeśli urząd, w którym pracuje urzędnik, zostanie przeniesiony z centrum, powiedzmy, do Mitino, ale urzędnik mieszka w Czertanowie, nadal będzie jeździł do pracy przez połowę Moskwy.

CO ROBIĆ?

NIE PRÓBUJ WYJMOWAĆ OSOBNYCH WTYCZEK

Główny postulat nauki o transporcie jest taki sam jak w medycynie: z korkami trzeba się uporać, zanim się pojawią. Owocne będą działania zapobiegające powstawaniu zatorów, a nie próby eliminowania najbardziej szkodliwych korków punkt po punkcie.„Możliwe jest skorygowanie sytuacji w lokalnie nieefektywnych miejscach, czasami wystarczy podjąć proste środki - na przykład usunąć skręt w lewo i zawrócić 500 metrów za skrzyżowaniem. Korek zniknie stąd, ale wcale nie zniknie, ale po prostu przeniesie się w inne miejsce”- wyjaśnia Nurminsky.

MATEMATYKA

PARADOKS BRESA

Budowa nowej drogi łączącej istniejące może pogorszyć sytuację w całej sieci transportowej. Ponieważ drogi są ze sobą połączone, pojawienie się kolejnego odcinka toru, na którym teraz zawsze jeżdżą samochody, wydłuża czas przejazdu na wszystkich trasach. Sytuację można poprawić zamykając tę „drogę Braesov”. Nie da się go jednak wykryć: nie gromadzą się na nim korki, ale na innych trasach.

POSTULUJ LEWISA-MOHRIDGE

Im więcej dróg zostanie zbudowanych, tym więcej samochodów się pojawi. Niektórzy ludzie wolą przesiąść się z transportu publicznego na osobisty.

PARADOKS DOWNS-THOMSON

Średnia prędkość prywatnego pojazdu zależy od prędkości, z jaką użytkownicy publiczni docierają do celu. Im słabiej rozwinięty jest transport publiczny, tym więcej osób woli prywatny samochód.

PARADOKS ŚWIŃ-NOC-PUCH

Dodanie alternatywnych dróg, na których ludzie wybierają trasę racjonalnie („samolubnie”), prowadzi do stabilnej równowagi: każdy jeździ własnymi pojazdami, a autobusy pozostają puste. Co więcej, czas podróży jest taki sam.

NIE BUDUJ DRÓG I NIE WPROWADZAJ NOWYCH TRAS

Nie sprawdza się też pozornie oczywista decyzja o budowie jak największej liczby dróg w celu zwiększenia przepustowości sieci transportowej. „Widząc, że jest dużo wolnych dróg, kilka milionów więcej ludzi przesiądzie się do samochodów, a wszystkie nowe trasy również się zatrzymają”, mówi Dorn. Jeśli rosnące zapotrzebowanie na drogi będzie bez końca zaspokajane, prędzej czy później całą wolną przestrzeń w mieście zagospodarują autostrady, na których samochody są parkowane przez całą dobę.

Nieużyteczne jest też przypadkowe wprowadzanie nowych tras komunikacji miejskiej. „Typowym przykładem jest wprowadzenie nowych stacji metra na obrzeżach” – mówi Dorn. „Biorąc pod uwagę, że przepustowość kluczowych węzłów w centrum oraz liczba pociągów, które mogą być obsługiwane na jednej linii są ograniczone, takie działania prowadzą po prostu do„ rzucania”korków w metrze”.

WSTAW ŚWIATŁA

Autostrady bez ruchu, uwielbiane przez wielu kierowców, również pogarszają załamanie ruchu. „Światła drogowe ograniczają przepływ i nie pozwalają mu gęstnieć”, wyjaśnia Nurminsky. - Idealnie zadaniem sygnalizacji świetlnej jest utrzymanie optymalnego natężenia ruchu, przy którym natężenie ruchu jest maksymalne. W mieście osiąga się to przy prędkości około 60 km/h.”

TWÓRZ PŁATNE DROGI

W warunkach typowych dla większości dużych miast, gdy na drogach jest więcej osób, które chcą podróżować, niż mogą pomieścić, wyznaczanie tras staje się najskuteczniejszym środkiem, czyli sztucznym zmniejszaniem atrakcyjności niektórych tras. Na przykład wprowadzając taryfę. „Kiedy limit przepustowości zostanie przekroczony, na pewno zmarnujesz trochę zasobów, aby nadrobić różnicę między bardziej i mniej wydajną trasą. Zazwyczaj te zasoby to czas i nerwy stracone w ruchu. Drogi płatne pozwalają tym, którzy chcą zrekompensować tę różnicę nie czasem, ale pieniędzmi”- wyjaśnia Jurij Dorn.

Gryzące ceny zmuszają ludzi do zmiany nawyków: na przykład szukania pracy, która pozwala na częściową pracę w domu lub przesunięcie czasu wyjazdu. „Oczywiście ludziom jest mniej komfortowo niż na pustych drogach. Ale w miastach od dawna nie ma pustych dróg: trzeba porównać obecną sytuację z sytuacją, gdy miasto stoi w korku. Dla tych, którzy wybrali objazd lub wyjechali później, nic się nie zmieniło: koszty pozostają takie same. Ale dla tych, którzy zdecydowali się zapłacić, sytuacja się poprawiła. Jednocześnie ogólnie zwiększa się wydajność dróg, ponieważ nie jest mierzona brakiem korków, ale całkowitym czasem spędzonym przez wszystkich podróżnych w drodze”- zauważa Dorn.

UCZ SIĘ Z NAUKI

„Problemy zatorów drogowych można rozwiązać tylko w sposób kompleksowy, obliczając długoterminowe skutki wszystkich wprowadzonych środków za pomocą złożonych modeli matematycznych”, mówi Jewgienij Nurminski. „Nauka to troskliwa dama, aby udzielić prawidłowej odpowiedzi, potrzebuje czasu, a urzędnicy chcą, aby wszystko zostało zrobione wczoraj”. Z tego powodu kolosalne pieniądze są często wydawane na projekty, które dają zerowy efekt lub nawet pogarszają sytuację na drogach.

Problem dodatkowo komplikuje fakt, że w Rosji bardzo brakuje danych, na podstawie których można stworzyć odpowiednie modele transportu. „Na przykład w USA problem ten został rozwiązany przez prawo: jeśli deweloper chce otrzymać dotacje na budowę dróg lub budynków, musi przedłożyć studium wykonalności, w którym wszystkie parametry budowy zostaną obliczone według określonych metod. W efekcie na szczeblach miejskich pojawiło się wiele działów transportu i analiz, które przygotowują wszelkie niezbędne informacje. Stworzyło to potężne zamówienie dla specjalistów ds. transportu, a teraz prawie każdy główny amerykański uniwersytet ma dział badań nad transportem”- mówi Nurminsky.

MECHANIZM

Wszystko jest logiczne

Często wydaje się, że wtyczka uformowała się bez powodu. Ale jest wyjaśnienie tajemniczego przeciążenia.

KOREK Z NICI

Z reguły na tym odcinku drogi, który został odebrany dawno temu, wydarzył się wypadek. Gdy samochody były na miejscu, przepustowość drogi spadła, powiedzmy, z 1500 do 1000 pojazdów na godzinę. Po opuszczeniu miejsca zdarzenia przez sprawców, korek pozostaje do momentu przejechania wszystkich nagromadzonych samochodów. Jeśli w ciągu godziny zbierze się 500 samochodów, to „bez powodu” wyjadą z korka na kolejne 20 minut, a przez cały ten czas nowe auta będą stawały na końcu korka.

KONFLIKTY PRZY ZŁEJ POGODZIE

Nawet jeśli nie ma wypadków, zagęszczenie dróg rośnie: kierowcy zwykle zachowują bezpieczną odległość, spada gęstość pojazdów i przepustowość dróg.

Zagłuszacze po drugiej stronie wypadku

Takie zatory powstają z powodu ciekawości kierowców. Nawet jeśli kierowca lekko przyhamuje, wszystkie samochody jadące za nim również zmuszone są zwolnić. Pojemność spada i ta fala zwalniania rozchodzi się z prądem. Samochody zmieniające się z jednego rzędu na drugi dają ten sam efekt: zmuszają kilka pasów do jednoczesnego zwalniania.

ZMIANA MYŚLENIA

Nie da się zniszczyć korków w rosyjskich miastach bez zmiany stereotypów społecznych. „Rozwiązywanie problemu, jak ludzie codziennie dostają się do centrum iz powrotem, jest daremne. Musisz zmotywować ludzi do wybrania innych miejsc”- mówi Dorn. Ale podczas gdy miejsca pracy, zwłaszcza w Moskwie, są skoncentrowane w centrum, gdzie mieszkania są potwornie drogie i praktycznie nie ma „białego” rynku najmu, nie ma realnych narzędzi, które mogłyby zwiększyć mobilność obywateli.

„Rozwiązanie problemu zatorów na drogach i sprawienie, by życie było akceptowane przez wszystkich, wymaga długoterminowego planu miasta, który uwzględnia nie tylko sytuację na drodze”, mówi Dorn. - Logika tego planu będzie dyktować, jak zbudować system transportowy. A dostosowując się bez końca do aktualnych potrzeb kierowców, za 10 lat problem może się pogorszyć, a jego rozwiązanie stanie się nierealne”.