איך מציקים לנו מכוניות, גורמים לפקקים ולקריסות

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

סלילת כבישים מהירים מחמירה את המצב בכבישים. מסלולים חדשים מובילים לקריסת תנועה. הנווטים מאיצים את הגודש. מדוע לכאורה האמצעים הנכונים מחריפים את בעיית הפקקים?

הרשויות מדווחות בעליזות על הנעשה כדי לשפר את המצב בכבישים, והתנועה בעיר לוקחת יותר ויותר זמן. נהגים רואים בפקקים תוצאה של קונספירציה מושחתת או חוסר יכולת מוחלטת של פקידים, כי כל מי שיש לו מכונית בטוח שהוא יודע את התשובות לשאלות רוסיות נצחיות.

מי אשם?

כבישים

מאפיין יסודי של כביש הקובע אם יתרחשו בו פקקים הוא התפוקה. והמגבלה שלו היא כ-1,500 מכוניות בשעה לרצועה. לא איכות האספלט, הפגושים ולא הסימונים מסוגלים להגדיל את המחוון הזה, כי המכוניות חייבות לשמור על מרחק של מספר שניות ויש להן גודל פיזי. "יתרה מכך, התפוקה של כביש נקבעת בדרך כלל על פי התפוקה של הנקודה הצרה ביותר שלו", מציין מתמטיקאי, מרצה בכיר במחלקה לטכנולוגיות מידול מערכות מורכבות בבית הספר הגבוה לכלכלה יורי דורן. - נניח, אם כביש מהיר בן חמישה נתיבים יפהפה באורך 1000 ק"מ במקום אחד יצטמצם לשני נתיבים, הקיבולת הכוללת שלו תהיה כמו כביש דו-נתיבי. וחמור מכך: בגלל העובדה שהמכוניות מאטות, עוברות מחמש שורות לשתיים, התפוקה הסופית תהיה נמוכה יותר".

לכבישים יש מאפיינים אחרים שנראים סותרים את השכל הישר. לכן, עם עלייה במהירות התנועה, קיבולת הכביש עלולה לרדת. "מספר המכוניות העוברות בחתך הרחוב ליחידת זמן, מהירות המכוניות וצפיפות התנועה במכניקת התחבורה קשורים בנוסחה פשוטה N = vq", מסביר יבגני נורמינסקי, מומחה למידול מתמטי של זרימות תנועה, פרופסור של המחלקה לשיטות מתמטיות בכלכלה בבית הספר למדעי הטבע של האוניברסיטה הפדרלית במזרח הרחוק. … - N הוא עוצמת התנועה, אוטומטי / שעה; v - מהירות הרכב, קמ"ש; q - צפיפות זרימה, אוטומטי / ק"מ. על ידי שינוי פרמטר אחד, אנו מושכים את השאר איתנו. אם מכוניות ינועו במהירות של 200 קמ"ש, צפיפות התנועה תהיה נמוכה מאוד, כי הנהגים יצטרכו לשמור על מרחק רב. בהתאם לכך, זרימת המכוניות, השווה למכפלת הצפיפות והמהירות, תהיה קטנה ממה שהיא תהיה במהירות של 60 קמ"ש".

הפקק בעצמך

בעוד שעלייה במהירות יכולה להוביל לירידה בתנועה בכביש, אותה השפעה מושגת על ידי ירידה במהירות. תנועת המכוניות יורדת באופן דרמטי כאשר המכוניות נוסעות לאט מ-20 קמ"ש. "במהירות כה נמוכה, 1,500 המכוניות המקסימליות האפשריות לשעה לא ייצאו מהפקק: הן נעות לאט מדי בשביל זה. אם רק 1000 מכוניות ייצאו, 500 מכוניות יורכבו בפקק תוך שעה. בהתחשב בגודל הפיזי של המכונית (כחמישה מטרים) והמרחק למכוניות שכנות, פקק תנועה הוא באורך 2.5 ק"מ", אנליסט מוביל של Yandex. פקקי תנועה "לאוניד מדיניקוב. ומכוניות חדשות נוסעות כל הזמן עד למקום העומס, כך שהוא עלול לא להתמוסס במשך זמן רב מאוד.

טֶכנִיקָה

איזה Yandex. פקקי תנועה"

השירות הפופולרי ביותר ברוסיה שמציג עומס בזמן אמת הוא Yandex. פקקי תנועה". הנהגים מאשימים אותו בכך שהוא "מעוות" את הנתונים ומציג מצג שווא של המצב. אנליסט מוביל של השירות ליאוניד Mednikov ענה על התלונות העיקריות של המשתמשים.

עומס העבודה בעיר נקבע על סמך הערכת המצב ברחובות הראשיים ובכבישים המהירים, שרשימתם משתנה מעט. כבישים אלו יוצרים "מסגרת תחבורתית" המאפשרת נסיעה ברחבי העיר. השירות שומר על סולם דירוג כך ש-10 נקודות משקפות תעבורה "מתה" באמת. אם הדירוגים יישארו ללא שינוי, אז עם הידרדרות כללית של המצב בעיר (אבוי!), השירות תמיד יעניק 10 נקודות והנהגים לא יוכלו לחזות כראוי כמה זמן תארך הנסיעה.

בעבר, כבישים עם מהירות גבוהה מ-30 קמ"ש הוצגו בירוק, פחות מ-15 קמ"ש באדום, כל מה שבאמצע הוצג בצהוב. אבל כעת השירות משתמש בדרגת צבע יחסית: הוא משקף את עומס התנועה לא באופן כללי, אלא בהשוואה למצב הרגיל במקום הזה. לכן, התנועה בקטע ה"צהוב" של כביש הטבעת של מוסקבה עשויה למעשה להיות מהירה יותר מאשר בקטע ה"ירוק" של רחוב צדדי עם רמזורים ומעברי חצייה.

השירות מציג את המצב החזוי על סמך נתוני עבר באתר ספציפי. אבל המסלול עדיין בנוי מבלי לקחת בחשבון מידע זה. לכן, לאחר שיצאנו ממש לפני שעת העומס בערב, באמצע הדרך אפשר להיכנס לפקק צפוף, שנוצר תוך דקות ספורות. "התחשבות בתחזית התפתחות המצב היא עד כה הדבר היחיד שבו אנשים מקדימים את הנווט", אומר ליאוניד מדיניקוב.

מבנה העיר

אחד המבנים היעילים ביותר של העיר, המאפשר חלוקה מיטבית של זרמי התנועה, הוא מבנה הקינון המרובע. אבל לרוב הערים ברוסיה יש מבנה טבעת עם כבישי רדיוס. ערים כאלה נוצרו באתר של מבצרים, מתרחבים בהדרגה. מבנה כזה היה אידיאלי להגנה מפני שכנים לוחמניים, אבל זרימות התנועה בערי הטבעת מפוזרות בצורה גרועה ככל האפשר: גם כבישי הטבעת המרכזיים וגם כבישי היציאה, שלאורכם מגיעים בבוקר למרכז ויוצאים ממנו בערב., מסתבר כעמוס יתר על המידה. "בנוסף, במגלופוליס עם מבנה טבעת, הנהגים חווים חריגות עצומות, לפעמים עשרות קילומטרים בנסיעה", מוסיף יורי דורן.

מדענים אומרים שלערים בצורת טבעת יש לעתים קרובות קישוריות נמוכה. כלומר, יש מעט דרכים להגיע ממקום למקום, ומכוניות מצטברות בדרכים מרכזיות שלא יכולות לעבור אחרת.

מנסים לפרוק את הכבישים המהירים שמקשרים בין מחוזות שונים של העיר, הרשויות מרחיבות את הכבישים, אבל זה לא יעיל. לדוגמה, רבים מהכבישים היוצאים של מוסקבה נכנסים למרכז עמוס בקצה אחד, ובקצה השני לתוך שקי שינה מאוכלסים בצפיפות. יציאה/כניסה לכבישים מהירים כאלה יוצרת נקודות עומסי תנועה, שעם צמיחת העיר מוצאות את עצמן עמוק בפנים.

בנוסף, כבישים מהירים כאלה חותכים את נתיבי התחבורה הקיימים, מציין נורמינסקי. "כדי לנטרל את ההשפעה המזיקה, צריך לבנות הרבה מחלפים ומעקפים, מה שמפריך את הרעיון המקורי ויקר מאוד".

תַשְׁלוּם

זווית ראייה

ניתן לתאר את זרימות התנועה בדרגות שונות של "קירוב", ולשם כך נעשה שימוש במנגנון מתמטי מתחומי מדע שונים. החלטות מקומיות של נהגים מעוצבות באמצעות תיאוריית האוטומטים הסלולריים. כדי לתאר את התנהגות זרימות התנועה ברמת כבישים בודדים, נעשה שימוש במנגנון ההידרודינמיקה - מדע ההתנהגות של נוזלים. תורת המשחקים ותורת האופטימיזציה משמשות לניבוי העומס על רשת התחבורה והתפלגות הזרימות לאורך המסלולים.

נהגים

כל מי שנוהג במכונית יודע שננו-שנייה הוא הזמן שאחריו הנהג מאחור מתחיל לצפור לאחר שהדליק את הרמזור הירוק. נהגים הרואים עצמם סבירים מתרגזים מאוד ברגעים כאלה, מאמינים שעיכוב קצר לא ישפיע על מצב התנועה. והם טועים."איטיות בנהיגה עלולה לעורר עומס", אומר נורמינסקי. - פקק תנועה הוא מערכת לא ליניארית עם משוב חיובי חזק, כלומר, בתגובה לאותות נכנסים, היא מתנהגת בצורה שונה לחלוטין ממה שאתה מצפה. לדוגמה, היית בטלפון בזמן נהיגה והאטת. נראה שזה בסדר, אבל כל הנהגים מאחוריך נאלצים להאט - ויש פקק שיכול להתמוסס לשעה".

אבל הסיבה העיקרית לעלייה בפקקים היא דווקא הרציונליות המוגברת של הנהגים. גם אם לשם הפשטות יש לנהג בחירה בין שני כבישים - כמובן שהוא ייטה לכיוון המסלול המהיר ביותר. נהגים אחרים שמתכוונים לנסוע באותו כיוון יעשו זאת. כתוצאה מכך, סביר יותר שכביש מהיר יותר יתמלא במכוניות, הקיבולת שלו כבר לא מספיקה - ונוצר פקק. נהגים שיצאו מאוחר יותר, בראותם שיש פקק במסלול האהוב עליהם, נוסעים בדרך ארוכה יותר, אך קלה יותר, כי כעת זמני הנסיעה בשני המסלולים שווים. אם חלק מהנהגים יעדיפו בתחילה מסלול ארוך יותר, לא יהיה פקק במסלול הקצר.

המצב שבו זמן הנסיעה בכל המסלולים בשימוש בפועל הופך להיות זהה נקרא שיווי משקל Nash - Wardrop בדוגמנות תחבורה. במצב זה, שום ניסיון של הנהג לשנות את המסלול לא יכול להפחית את זמן הנסיעה. יתרה מכך, כפי שהראו לאחרונה מדענים מקוריאה ומארצות הברית, השלכת נהגים על כבישים עוקפים כדי לחסוך כמה דקות מחמירה באופן ניכר את המצב הכללי. כשיש הרבה מכוניות, מצב הכביש מגיע בהכרח לשיווי משקל של נאש-וורדרופ. עם ריבוי הנווטים שמראים פקקים, ה"זחילה" אליו הואצה: נהגים שיוצאים מאוחר יותר עכשיו עושים מיד מעקף. אבל, כפי שמסביר יורי דורן, הנווטים לא מחמירים את המצב. הם מאיצים את היווצרות הפקקים, אבל בכל אחד יש פחות מכוניות - הרי חלק מהנהגים הולכים מיד במסלול חלופי. בנוסף, חלק מהנהגים משנים את זמני היציאה כדי להחליק את עומסי השיא. לבסוף, הודות לנווטים, אנשים רבים לומדים על כבישים עוקפים. "כמובן, עבור אותם נהגים שנסעו בעבר בחופשיות בדרכים מסובכות, המצב החמיר, אבל זמן הנסיעה הכולל בכל הכבישים ירד. עם זאת, זמני הנסיעה הכוללים ואפילו הבודדים יכולים לרוב לעלות", מסכם דורן.

מוסקבה

ברוסיה יש פקקים בכל עיר גדולה, אבל הבירה סובלת מהם יותר מכל. "מספר עצום של פעילויות מרוכזות במוסקבה, כולל פעילויות ספציפיות למדי: המגזר הפיננסי, המדע והעסקים. אדם שעובד, נניח, במכון כלשהו, חייב ללכת לשם. ועבור איש מכירות או אדם בעל מקצוע אחר שאינו מתמחה, הקישור למקום לא כל כך רלוונטי", אומר דורן. בנוסף, חלקם המכריע של מקומות העבודה מרוכז במרכז, בעוד שאנשים גרים קרוב יותר לפאתי. כתוצאה מכך נוצרות זרמי מטוטלת התופסים את אותם כבישים, בהם יש פקקים רוב שעות היום.

עלות הדיור הגבוהה במרכז וההרגל הרוסי לראות בדירה משלהם ערך רב מונעים מאנשים להתקרב לעבודה. גם הרעיון של רשויות הבירה "להעביר" פקידים לפאתי התפוגג בשקט. עם זאת, ההעברה לא תפתור את הבעיה: אם המשרד שבו עובד הפקיד יועבר מהמרכז, נניח, למיטינו, אבל הפקיד מתגורר בצ'רטנובו, הוא עדיין ילך לעבוד בחצי ממוסקבה.

מה לעשות?

אל תנסה להסיר שקעים נפרדים

ההנחה העיקרית של מדעי התחבורה זהה לזו של הרפואה: יש לטפל בפקקים לפני שהם מופיעים. פעולות שימנעו היווצרות עומסים יהיו פוריות, ולא ניסיונות לחסל את הפקקים המזיקים ביותר על בסיס נקודתי."אפשר לתקן את המצב במקומות לא יעילים מקומית, לפעמים מספיק לנקוט באמצעים פשוטים - למשל להסיר את הפנייה שמאלה ולבצע פניית פרסה 500 מטר אחרי הצומת. הפקק ייעלם מכאן, אבל הוא לא ייעלם כלל, אלא פשוט יעבור למקום אחר", מסביר נורמינסקי.

מָתֵימָטִיקָה

פרדוקס ברסה

בניית כביש חדש המקשר בין קיימים עלולה להחמיר את המצב בכל רשת התחבורה. מכיוון שהכבישים מחוברים ביניהם, הופעתו של קטע נוסף של המסילה, עליו יש כיום מכוניות, מגדילה את זמן הנסיעה בכל המסלולים. ניתן לשפר את המצב על ידי סגירת "כביש בראסוב" זה. עם זאת, אי אפשר לזהות אותו: פקקי תנועה לא מצטברים בו, אלא בצירים אחרים.

פוסטולטה לואיס-מורידג'

ככל שנבנה יותר כבישים, כך מופיעות יותר מכוניות. יש אנשים שמעדיפים לעבור מתחבורה ציבורית לאישית.

פרדוקס דאונס-תומסון

המהירות הממוצעת של רכב פרטי תלויה במהירות שבה מגיעים המשתמשים הציבוריים ליעדם. ככל שתחבורה ציבורית פחות מפותחת, כך יותר אנשים מעדיפים רכב פרטי.

פרדוקס של PIGU-NIGHT-DOWNS

הוספת דרכים חלופיות, שבהן אנשים בוחרים את המסלול בצורה רציונלית ("אנוכית"), מביאה לאיזון יציב: כל אחד נוהג ברכב שלו, והאוטובוסים נותרים ריקים. יתרה מכך, זמן הנסיעה זהה.

אל תבנה כבישים ואל תציג מסלולים חדשים

גם ההחלטה המתבקשת לכאורה לבנות כמה שיותר כבישים על מנת להגדיל את הקיבולת של רשת התחבורה לא עובדת. "מראים שיש הרבה כבישים פנויים, עוד כמה מיליוני אנשים יעברו למכוניות, וגם כל המסלולים החדשים יעצרו", אומר דורן. אם הביקוש הגובר לכבישים יסופק בלי סוף, במוקדם או במאוחר כל השטח הפנוי בעיר ייבנה בכבישים מהירים, שבהם מכוניות חונות מסביב לשעון.

הצגת נתיבי תחבורה ציבורית חדשים באופן אקראי גם היא חסרת תועלת. "דוגמה טיפוסית היא הכנסת תחנות רכבת תחתית חדשות בפאתי", אומר דורן. "בהתחשב בכך שהקיבולת של צמתים מרכזיים במרכז ומספר הרכבות שניתן להפעיל בקו אחד מוגבלים, צעדים כאלה פשוט מובילים ל"השלכת "פקקים במטרו".

הכנס את האורות

גם הכבישים המהירים ללא תנועה, האהובים על נהגים רבים, מחריפים את קריסת התנועה. "רמזורים מדללים את הזרימה ואינם מאפשרים לה להתעבות", מסביר נורמינסקי. - באופן אידיאלי, המשימה של רמזור היא לשמור על צפיפות תנועה אופטימלית שבה זרימת התנועה היא מקסימלית. בעיר זה מושג במהירות של כ-60 קמ"ש".

עשה כבישים בתשלום

בתנאים האופייניים לרוב הערים הגדולות, כאשר יש יותר אנשים שרוצים לנסוע בכבישים ממה שהם יכולים להכיל, הניתוב הופך לאמצעי היעיל ביותר, כלומר הפחתה מלאכותית של האטרקטיביות של שבילים מסוימים. למשל, על ידי הצגת תעריף. "כאשר נחרג ממגבלת רוחב הפס, אתה בהחלט תבזבז משאבים מסוימים כדי לפצות על ההבדל בין המסלול היעיל יותר והפחות. בדרך כלל משאבים אלו הם זמן ועצבים שאבדו בפקק. כבישי האגרה מאפשרים למי שרוצה לפצות על ההבדל הזה לא בזמן, אלא בכסף", מסביר יורי דורן.

מחירים נוגסים מאלצים אנשים לשנות הרגלים: למשל לחפש עבודה שתאפשר להם לעבוד חלקית בבית או לדחות את מועד העזיבה. "כמובן, לאנשים פחות נוח ממה שהיה להם עם כבישים ריקים. אבל אין כבישים ריקים בערים במשך זמן רב: צריך להשוות את המצב הנוכחי למצב שבו העיר נמצאת בפקק. למי שעשה עיקוף או עזב מאוחר יותר, שום דבר לא השתנה: העלויות נשארות זהות. אבל למי שהחליט לשלם, המצב השתפר.יחד עם זאת, יעילות הכבישים באופן כללי עולה, שכן היא לא נמדדת בהיעדר פקקים, אלא בסך כל הזמן שבילו כל המטיילים בכביש", מציינת דורן.

למד על מדע

"בעיות העומס בכבישים ניתנות לפתרון רק בצורה מקיפה, על ידי חישוב ההשפעות ארוכות הטווח של כל האמצעים שהוכנסו תוך שימוש במודלים מתמטיים מורכבים", אומר יבגני נורמינסקי. "המדע היא גברת מתחשבת, כדי לתת את התשובה הנכונה, זה צריך זמן, ופקידים רוצים שהכל ייעשה אתמול". בגלל זה, כסף עצום מושקע לעתים קרובות על פרויקטים שנותנים אפקט אפקט או אפילו מחמיר את המצב בכבישים.

הבעיה מסתבכת עוד יותר בשל העובדה שלרוסיה חסרים נתונים מאוד שעל בסיסם ניתן ליצור מודלים הולמים של תחבורה. "בארה"ב, למשל, הבעיה הזו נפתרה בחוק: אם יזם רוצה לקבל סובסידיות לבניית כבישים או מבנים, עליו להגיש בדיקת היתכנות, שבה יחושבו כל פרמטרי הבנייה לפי שיטות מסוימות. כתוצאה מכך, הופיעו ברמות העירוניות הרבה מחלקות תחבורה ואנליטיות, המכינות את כל המידע הדרוש. זה יצר סדר רב עוצמה עבור מומחי תחבורה, וכעת כמעט לכל אוניברסיטה אמריקאית גדולה יש חטיבת מחקר תחבורה", אומר נורמינסקי.

מַנגָנוֹן

הכל הגיוני

לעתים קרובות נראה כאילו התקע נוצר ללא סיבה. אבל יש הסבר לגודש המסתורי.

קורק מכלום

ככלל, בקטע זה אירעה תאונה, שנלקחה מזמן. בזמן שהמכוניות היו במקום, קיבולת הכביש ירדה, למשל, מ-1,500 ל-1,000 כלי רכב בשעה. לאחר עזיבת מבצעי התאונה את המקום, הפקק נשאר עד שחלפו כל המכוניות שהצטברו. אם התאספו 500 מכוניות תוך שעה, אז הן יעזבו את הפקק "ללא סיבה" לעוד 20 דקות, וכל הזמן הזה יקומו מכוניות חדשות בזנבו של הפקק.

קונפליקטים במזג אוויר גרוע

גם בהיעדר תאונות, עומס הכבישים עולה: נהגים נוטים לשמור על מרחק בטוח, צפיפות הרכבים וקיבולת הכביש יורדת.

ג'מרים בצד השני של תאונה

עומסים כאלה נוצרים בגלל סקרנותם של נהגים. גם אם הנהג בולם קלות, גם כל המכוניות שנוסעות מאחוריו נאלצות להאט. הקיבולת יורדת וגל האטה זה מתפשט במורד הזרם. מכוניות המתחלפות משורה אחת לאחרת נותנות את אותו אפקט: הן מאלצות מספר נתיבים להאט בבת אחת.

שנה את החשיבה

אי אפשר להרוס פקקים בערים רוסיות בלי לשנות סטריאוטיפים חברתיים. "פתרון הבעיה של איך אנשים מגיעים למרכז ובחזרה כל יום הוא חסר תועלת. אתה צריך להניע אנשים לבחור במקומות אחרים ללכת אליהם", אומר דורן. אבל בעוד שעבודות, במיוחד במוסקבה, מרוכזות במרכז, שם הדיור יקר להפליא, ואין למעשה שוק שכירות "לבן", אין כלים אמיתיים שיכולים להגביר את הניידות של האזרחים.

"פתרון בעיית עומסי התנועה והפיכת החיים למקובלים על כולם מצריך תוכנית עירונית ארוכת טווח שמתחשבת יותר מסתם במצב התנועה", אומר דורן. - ההיגיון של תוכנית זו יכתיב כיצד לבנות מערכת תחבורה. ועל ידי התאמה אינסופית לצרכים הנוכחיים של הנהגים, בעוד 10 שנים הבעיה יכולה להחמיר, ויהיה לא ריאלי לפתור אותה".