Вы за кем стоите? Почему человечество только усугубляет проблему с пробками

Строительство магистралей ухудшает ситуацию на дорогах. Новые маршруты приводят к транспортному коллапсу. Навигаторы ускоряют появление заторов. Почему вроде бы правильные меры усугубляют проблему с пробками?

Власти бодро рапортуют, что сделано для улучшения ситуации на дорогах, а перемещения по городу занимают все больше времени. Автомобилисты считают пробки результатом коррупционного заговора или тотальной некомпетентности чиновников, ведь каждый, у кого есть машина, уверен, что знает ответы на извечные российские вопросы.

КТО ВИНОВАТ?

ДОРОГИ

Фундаментальная характеристика дороги, которая определяет, будут ли на ней образовываться пробки, — пропускная способность. И ее предельное значение — около 1500 машин в час на полосу. Ни качество асфальта, ни отбойники, ни разметка не способны этот показатель повысить, потому что машины должны держать дистанцию в несколько секунд и у них есть физический размер. «Более того, пропускная способность дороги в целом определяется пропускной способностью ее самого „узкого“ места, — замечает математик, старший преподаватель кафедры технологий моделирования сложных систем Высшей школы экономики Юрий Дорн. — Скажем, если прекрасное пятиполосное шоссе длиной в 1000 км в одном месте сужается до двух полос, его общая пропускная способность будет как у двухполосной дороги. И даже хуже: из-за того что машины тормозят, перестраиваясь из пяти рядов в два, итоговая пропускная способность окажется ниже».

У дорог есть и другие особенности, которые вроде бы противоречат здравому смыслу. Так, при увеличении скорости движения пропускная способность дороги может уменьшаться. «Количество машин, проходящих через сечение улицы за единицу времени, скорость автомобилей и плотность движения в транспортной механике связаны несложной формулой N = vq, — объясняет специалист по математическому моделированию транспортных потоков, профессор кафедры математических методов в экономике Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета Евгений Нурминский. — N — это интенсивность движения, авт/ч; v — скорость движения автомобилей, км/ч; q — плотность потока, авт/км. Изменяя один параметр, мы тянем за собой остальные. Если автомобили будут двигаться со скоростью 200 км/ч, плотность движения станет очень маленькой, потому что водители будут вынуждены выдерживать большую дистанцию. Соответственно, поток машин, который равен произведению плотности на скорость, окажется меньше, чем был бы при скорости движения в 60 км/ч».

САМИ ПРОБКИ

Хотя увеличение скорости может привести к тому, что поток автомобилей по дороге упадет, такой же эффект дает и ее снижение. Радикально поток автомобилей падает, когда машины едут медленнее 20 км/ч. «При такой низкой скорости максимально возможные 1500 машин за час из затора не выедут: для этого они слишком медленно перемещаются. Если выезжает только 1000 машин, за час в месте затора соберутся 500 автомобилей. С учетом физического размера машины (около пяти метров) и дистанции до соседних машин получается затор длиной в 2,5 км», — объясняет механику самоподдерживающихся пробок ведущий аналитик сервиса «Яндекс. Пробки» Леонид Медников. А к месту затора постоянно подъезжают новые автомобили, поэтому он может не рассасываться очень долго.

ТЕХНИКА

Что показывает «Яндекс. Пробки»

Самый популярный сервис в России, отображающий заторы в реальном времени, — «Яндекс.Пробки». Водители обвиняют его в «подкрутке» данных и неверном отражении ситуации. Ведущий аналитик сервиса Леонид Медников ответил на главные претензии пользователей.

БАЛЛЫ Загруженность города определяется исходя из оценки ситуации на основных улицах и магистралях, список которых мало меняется. Эти дороги формируют «транспортный каркас», позволяющий проехать по всему городу. Сервис поддерживает оценочную шкалу так, чтобы 10 баллов отражали по-настоящему «мертвые» пробки. Если сохранять оценки неизменными, то при общем ухудшении ситуации в городе (увы!) сервис будет всегда выдавать 10 баллов и водители не смогут адекватно прогнозировать, сколько времени займет поездка.

ЦВЕТА Раньше дороги, скорость на которых была выше 30 км/ч, показывались зеленым, меньше 15 км/ч — красным, все, что посередине, — желтым. Но сейчас сервис использует относительную градацию цвета: он отражает загруженность дороги не вообще, а по сравнению с обычной ситуацией для этого места. Поэтому движение на «желтом» участке МКАД может по факту быть быстрее, чем на «зеленом» отрезке боковой улицы со светофорами и переходами.

ПРОГНОЗ Сервис показывает прогнозируемую ситуацию, основываясь на прошлых данных о конкретном участке. Но маршрут пока строится без учета этой информации. Поэтому, выехав сразу перед вечерним часом пик, посреди пути можно встать в плотную пробку, которая образовалась за несколько минут. «Учет прогноза развития ситуации — это пока единственное, в чем люди опережают навигатор», — утверждает Леонид Медников.

СТРУКТУРА ГОРОДА

Одной из самых эффективных структур города, которая позволяет лучше всего распределять транспортные потоки, является квадратно-гнездовая. Но большинство городов в России имеют кольцевую структуру с дорогами-радиусами. Такие города сформировались на месте крепостей, постепенно расширяясь. Для защиты от воинственных соседей подобная структура подходила идеально, но транспортные потоки в кольцевых городах распределяются максимально неудачно: перегруженными оказываются как центральные кольцевые магистрали, так и вылетные шоссе, по которым люди добираются в центр утром и выезжают из него вечером. «Кроме того, в мегаполисах с кольцевой структурой у водителей набегают колоссальные перепробеги, иногда в десятки километров за одну поездку», — добавляет Юрий Дорн.

Ученые говорят, что у городов с кольцевой структурой часто низкая связность. То есть способов добраться из одного места в другое немного, и на ключевых дорогах скапливаются машины, которые не могут проехать иначе.

Пытаясь разгрузить вечно стоящие шоссе, соединяющие разные районы города, власти расширяют дороги, но эффекта это не дает. Например, многие московские вылетные магистрали одним концом упираются в перегруженный центр, а другим — в густонаселенные «спальники». «Выход/вход на такие магистрали создает точки сгущения трафика, которые с ростом города оказываются глубоко внутри.

Кроме того, такие магистрали перерезают существующие транспортные пути, — отмечает Нурминский. — Чтобы нивелировать вредный эффект, нужно строить множество развязок и объездов, что опровергает первоначальную идею и весьма затратно».

РАСЧЕТ

Угол зрения

Транспортные потоки можно описывать с различной степенью «приближения», причем для этого используется математический аппарат из разных областей науки. Локальные решения водителей моделируют с помощью теории клеточных автоматов. Для описания поведения транспортных потоков на уровне отдельных дорог применяют аппарат гидродинамики — науки о поведении жидкостей. Для предсказания загрузки транспортной сети и распределения потоков по маршрутам применяются теория игр и теория оптимизации.

Каждый, кто передвигается на машине, знает, что наносекунда — это время, через которое водитель сзади начинает сигналить после включения зеленого сигнала светофора. Автомобилисты, считающие себя разумными, в такие моменты очень раздражаются, полагая, что небольшая задержка не повлияет на транспортную ситуацию. И ошибаются. «Нерасторопность водителей может провоцировать заторы, — говорит Нурминский. — Пробка — нелинейная система с сильными положительными обратными связями, то есть в ответ на входящие сигналы она ведет себя совершенно не так, как вы предполагаете . Например, вы говорили за рулем по телефону и замедлились. Вроде бы ничего страшного, но все водители за вами вынуждены притормаживать — и возникает пробка, которая может рассасываться час».

Но главная причина увеличения пробок — как раз повышенная рациональность водителей. Пускай для простоты у автомобилиста есть выбор из двух дорог — разумеется, он склонится к самому быстрому маршруту. Так же поступят остальные водители, собирающиеся ехать в том же направлении. В результате более быстрая дорога скорее заполняется автомобилями, ее пропускной способности перестает хватать — и образуется пробка. Автомобилисты, которые выехали позже, увидев, что на их любимом маршруте затор, выбирают более долгую, но свободную дорогу, потому что теперь время проезда по обоим путям сравнялось. Если бы часть водителей изначально предпочла более далекий путь, пробка на коротком маршруте не возникла бы.