Что, помимо аварий, светофоров, камер и дорожных работ, создаёт пробки на дорогах? Почему плелись-плелись, а потом - раз! и поехали?

3121
2
0
11 сентября
11:51
сентябрь
2015

Одной из причин могут быть так называемые волновые пробки. Видео прекрасно демонстрирует происходящее youtu.be

Из описания видео: японские ученые впервые в мире смогли в "лабораторных" условиях воспроизвести возникновение волнового затора. В эксперименте 22 автомобиля должны были двигаться по кругу диаметром 230 метров со скоростью 30 км/ч. Поначалу машины двигались равномерно, но затем начали появляться волновые флуктуации в дистанциях между машинами, и на круге начали возникать заторы. В конце концов часть машин была вынуждена периодически полностью останавливаться ­– по кругу пошла отчетливая волна, что хорошо видно на видео. Наблюдения показывают, что самозарождающиеся "волновые пробки" (shockwave traffic jams) обычно движутся в направлении, обратном движению потока, со средней скоростью 20 км/ч.

Причина таких пробок – так называемые волновые процессы, возникающие в транспортных потоках. Когда один из участников относительно плотного движения объезжает какое-то препятствие или перестраивается, он либо притормаживает сам, либо заставляет притормозить автомобиль, перед которым он перестраивается, из-за чего вынуждены притормаживать и следующие за ним водители. При этом каждый последующий автомобилист должен тормозить сильнее, чем предыдущий.

Если бы мы были роботами и ехали с одинаковой скоростью и одинаково разгонялись и тормозили, таких бы пробок не было. Возможно, когда на дорогах будут ездить машины, управляемые компьютером, они смогут синхронизироваться и выбрать оптимальную скорость, при которой затора не будет и все будут медленно, но ехать.

34
0
сентябрь
2015

Про самозарождающиеся волновые пробки правильно написано. Есть ещё пробки, возникающие в местах сужений дороги, даже незначительных. В этом месте машины перестраиваются из одного ряда в другой, именно это перестроение является причиной зарождения пробки.

Однако всё это - лишь непосредственные поводы к возникновению пробки. А системная причина пробки - это дефицит площади дорожного покрытия.

У учёных-транспортников есть такое понятие, как площадь дорожного покрытия, занимаемая на дороге движущимся автомобилем. Кроме асфальта непосредственно под автомобилем, в эту площадь включают габаритные дистанции вокруг автомобиля, при которых водитель может позволить себе уверенную езду на выбранной скорости.

Выяснилось, что эти габариты (а значит и связанная с ними занимаемая машиной площадь) сильно зависят от скорости машины. И наоборот. Когда расстояние до соседних рядов и до впереди идущего автомобиля велико, водитель увеличивает скорость движения. Когда они по какой-то причине сокращаются, водитель снижает скорость, до тех пор, пока скорость не будет соответствовать имеющимся габаритным дистанциям. Такое поведение определяется психологией водителя: он не знает, как будут себя вести соседние машины и вынужден держать дистанцию на случай неожиданных манёвров. И чем выше скорость - тем большую дистанцию.

В случае, если на дорогу выезжает слишком много автомобилей и их суммарный динамический габарит превосходит площадь имеющегося дорожного полотна, возникает дефицит этого самого полотна. Этот дефицит вызывает вынужденное сокращение габаритных дистанций между автомобилями, а оно приводит к тому, что водители начинают себя чувствовать некомфортно и сбрасывают скорость, до тех пор, пока она не придёт в соответствие с уменьшившимися габаритными дистанциями.

Когда открыли эту зависимость, у неё обнаружились два интересных и неожиданных следствия.

- Первое. Поскольку возникновение пробок зависит только от дефицита дорожного покрытия, этот дефицит невозможно искоренить строительством новых дорог. Строим больше дорог - покупается больше машин. В итоге на каждую машину по прежнему приходится примерно столько же квадратных метров. Гораздо более существенное влияние на этот дефицит оказывает пересадка людей из общественного транспорта в личное авто и обратно.

Дело в том, что в пересчёте на одного пассажира, удельная площадь потребляемого дорожного покрытия для автобуса и прочего общественного транспорта намного меньше, чем для автомобиля. Поэтому как только пассажиры пересаживаются в личные авто, они тут же начинают неумеренное потребление площади дорожного покрытия и вызывают его дефицит. А вот если пересаживать людей из личных авто в автобусы, дефицит тут же исчезает, причём даже без строительства новых дорог. Поэтому проектирование продуманного и привлекательного общественного транспорта вкупе со снижением привлекательности поездок на личном авто (акцизы на бензин, платная парковка, ограничение количества парковочных мест в центре города и т.п.) влияют на возникновение и исчезновение городских пробок гораздо больше, чем просто строительство новых дорог или расширение существующих.

- Второе. Пропускная способность дороги (максимально возможное количество автомобилей, проезжающих по ней в единицу времени) зависит от скорости движения. Но если интуитивно кажется, что чем быстрее едет поток, тем большее количество автомобилей может проехать по улице, на деле выяснилось иное. Зависимость пропускной способности от скорости - это функция, которая сначала растёт, а потом снижается.

Дело вот в чём. Пропускная способность расчитывается как "плотность потока" помноженная на скорость. Плотность потока обратно пропорциональна динамическому габариту машины. Динамическим габаритом называется сумма собственной длины машины и дистанции, которую водитель держит до машины, идущей впереди.

С ростом скорости динамический габарит растёт. При замерах конкретных величин, выяснилось, что при длине машины в 6 метров, динамический габарит на скорости 100км/ч составляет больше ста метров.

Таким образом, пропускная способность (в машинах в час) высчитывается по формуле (1000/L)*V (где L - это динамический габарит, длина машины плюс безопасная дистанция между машинами, в метрах; а V - скорость движения в км/ч). А график зависимости пропускной способности от скорости имеет для разных транспортных средств примерно следующий вид:

Т.е. наибольшее количество автомобилей по дороге может проехать, если все едут со скоростью около 45км/ч. А на более высокой скорости по той же дороге вынуждено ехать меньшее число машин.

Добавлю, что с точки зрения физики, место возникновения дорожной пробки - это место фазового перехода, в котором у потока машин скачкообразно меняются характеристики. Именно поэтому дорожные пробки возникают спонтанно, но только после того, как сложились общие предпосылки для их возникновения. В этом смысле пробки имеют много общего с кристаллизацией или таянием. В 2008 году на русском языке выходила книга Филипа Болла "Критическая масса" - научно-популярное введение в теорию фазовых переходов. Одна из глав там посвящена изучению дорожных пробок. Очень рекомендую эту книгу.

20
1
Если вы знаете ответ на этот вопрос и можете аргументированно его обосновать, не стесняйтесь высказаться
Ответить самому
Выбрать эксперта