запишись на курсы прямо сейчас

7 дней в неделю с 9:00 до 21:00
Центр Безопасного Вождения Физика Движения повышаем уровень водительского мастерства

Теорія виникнення заторів

Список заходів щодо запобігання транспортному колапсу, запропонований нещодавно, останнім часом поповнився новими пунктами. Крім масштабного будівництва та чергового розширення проїжджої частини з'явилися плани щодо зміни конфігурації розв'язок, ревізії заздалегідь перегороджених вулиць та диференціації доріг за швидкісним режимом. Наскільки можуть бути ефективні деякі з подібних нововведень окремо та разом?

Теорія заторів

Затори, рядність, швидкість
Список заходів щодо запобігання транспортному колапсу, запропонований нещодавно, останнім часом поповнився новими пунктами. Крім масштабного будівництва та чергового розширення проїжджої частини з'явилися плани щодо зміни конфігурації розв'язок, ревізії заздалегідь перегороджених вулиць та диференціації доріг за швидкісним режимом. Наскільки можуть бути ефективні деякі з подібних нововведень окремо та разом?

Чужий досвід

Повністю від заторів звільнитися не вдалося ще в жодному мегаполісі світу. Великі міста не вибиваються із загальної картини. Різниця полягає лише в тому, що проблема у нас жорсткіша, ніж у більшості великих міст, і зіткнулися ми з нею років десь на сорок з гаком пізніше країн з розвиненою автомобілізацією. І начебто тим, хто йде слідом, має бути простіше, але в питаннях організації руху це правило не завжди працює. Винна в цьому численність особливостей кожного міста. Та й будь-якої універсальної теорії виникнення, тривалості життя і масштабності автомобільних заторів так і не з'явилося, хоча дослідження в цій галузі ведуться не одне десятиліття – як на рівні імітаційного моделювання, обробки статистики, так і в галузі моделювання математичного. Але незважаючи на те, що жодна з концепцій не описує повну картину, деякі їх базисні елементи допомагають ефективніше працювати автомобілям у місті.

Ширше – краще?

Типовий підхід до вирішення транспортних бід виглядає досить логічно – додати смуг руху та дозволити їздити швидше. Суть зрозуміла: за рахунок рядності та швидкості збільшити пропускну спроможність дороги, щоб вивести з частини міста якнайбільше автомобілів за короткий час. Так робили і роблять, звісно, й інших країнах. Ось тільки й там і тут найжорстокіші затори трапляються, як правило, саме на цих міських «хайвеях».
 
Подання хитросплетінь вулиць і магістралей у вигляді великого водопроводу як модель не здатне зменшити ступінь ускладнень дорожнього руху. У транспортному потоці маршрути учасників руху відомі лише їм самим (причому не завжди). Цим мережа міських доріг докорінно відрізняється з водопроводом. Адже на відміну від однаковості молекул, що сліпо підпорядковуються фізичним явищам, і непринциповості умови, яка з них пройде тим чи іншим маршрутом, автомобілісти обирають напрям і темп своєї поїздки самостійно. Розрахунок ступеня впливу на пропускну спроможність ділянки дороги з збільшенням кількості смуг і збільшеною максимально допустимою швидкістю дає відповідні реальності результати до тих пір, поки машини займають не більше 22% від його довжини (так званий «пов'язаний» рух). А млява пробка в стилі «stop-and-go», за класифікацією Національного дослідницького центру в Лос-Аламосі, виникає вже за 35-відсоткової насиченості. Принцип побудови дороги, що добре справляється з потоком на заміських трасах, в умовах міста не працює. У місті причин виникнення заторів безліч, але дві з них можна виділити як найгостріші вже зараз.
Чим більше смуг руху, тим більше змін полоси відбувається на одиницю довжини дороги. Натурні дослідження, що проводилися в Штатах ще в 70-х роках, показали, що якщо трисмугова дорога не справляється з кількістю машин, то її розширення не дасть такого ж адекватного полегшення ситуації, ніж прокладання неподалік ще однієї траси з частково схожим напрямком. Інша справа, що забудова, що склалася, вкрай ускладнює прокладання нових трас. Друга ж причина, при якій проблеми всіх «тонких місць» лише загострюються, – швидкісна межа, що зросла.
 

Швидше?

Швидкість! Максимальні її значення мають якийсь магічний вплив на уми автомобілістів. У таблиці технічних характеристик вона є обов'язково і часто сприймається як аргумент якостей моделі, хоча більшість ніколи навіть не спробують так розігнатися. По-перше, ніде, а по-друге, багатьом просто нема чого. Ну а цифри в червоних колах, розставлені вздовж доріг, за ступенем неприйняття, що викликається, часом здаються рівнозначними обмеженню прав і свобод особистості. Тому звістку про підвищення швидкісного ліміту на тій чи іншій дорозі абсолютна більшість автомобілістів зустрічає з натхненням.
Але хоч як це парадоксально звучить, зі зростанням швидкості пропускна спроможність дороги може зменшитися. Причина – збільшення динамічного габариту автомобілів. Чим вища швидкість, тим більша дистанція між транспортними засобами в одній смузі, вища необхідність ширших смуг руху, більша дистанція здійснення маневру перебудови, вища різниця у швидкості між потоком та окремим автомобілем, що робить маневр до з'їзду або від заїзду. Крім суто фізичних причин, зростання динамічного габариту залежить і від людського фактора. Згідно з дослідженнями норвезьких учених, наприклад, при 40 км/год водій зберігає 100-відсотковий огляд щодо його бачення ситуації навколо машини, що стоїть, а при швидкості 130 км/год людина за кермом не помічає вже 70% того, що відбувається на дорозі. Графік залежності пропускної спроможності міської магістралі від швидкості, складений французькими фахівцями з урахуванням статистики, показує, що максимальна ефективність досягається при 60 км/год. Подальше збільшення швидкості веде до зниження кількості машин, що проїжджають в одиницю часу, причому падіння це майже симетрично щодо піку. Тобто за 80 км/год дорога пропустить стільки ж автомобілів, скільки і за 40 км/год. То чи є сенс палити більше палива?
 

Динамічна пастка

 
Крім того, при збільшенні швидкісного порогу затори розвиваються швидше. Перехід від вільного руху (завантаженість довжини ділянки смуги трохи більше 15%) до стадії stop-and-go відбувається майже минаючи стадію пов'язаного руху. Коли щільність автомобілів ще дозволяє їм рухатися з максимальною дозволеною високою швидкістю, невдала зміна полос або занадто різке гальмування одного автомобіля може викликати ланцюгову реакцію в інших транспортних засобів, що оточують його. Виникає хвилеподібне явище уповільнення машин відразу в кількох сусідніх рядах. На широкій дорозі, де одночасно перебудовуються по кілька машин на невеликому відрізку шляху (у тому числі і на траєкторіях, що схрещуються), обстановка стає критичною. Швидкість потоку стрибкоподібно падає, а до місця ущільнення стрімко наближаються нові й нові учасники. Природно, що чим вища швидкість прибуваючих, тим більше їх буде залучено незабаром у затор і сильніша динаміка розвитку хвилі, причому ця хвиля ще досить стійка. Вона просувається вгору по «пробігу» дороги, захоплюючи дедалі більше рядів. І навіть коли причину уповільнення буде усунено, складнощі все ще продовжують існувати, просунувшись назустріч руху на кілька кілометрів.
Подібне явище називають динамічною пасткою. Залучений в цю хвильову систему транспорт, то розганяючись, то гальмуючи, має середню швидкість нижче в порівнянні з потоком, що повільно, але рівномірно переміщається такої ж насиченості. Чим швидше спочатку рухався потік, тим масштабнішими стають пастки. Цим і пояснюється той факт, що часто крайній лівий ряд у пробці рухається повільніше за інших. При цьому легкість виникнення такої фази руху не йде в жодне порівняння з тяжкістю та тривалістю виходу з неї. Запобігати або хоча б відтягувати появу заторних хвиль можна лише знизивши швидкість потоку до оптимальної на даний момент завантаженості дороги. Тільки сидячи за кермом такий оптимум неможливо визначити – немає орієнтирів. Виходячи з чого водій вибирає швидкість? Звичайно ж з умов стану навколишнього оточення. Але що бачимо через лобове скло? П'ятсот метрів, кілометр, ну, півтора вперед. І це на вільних вулицях. Про те, що відбувається далі, він знає мало, у кращому разі. Навігація? Вона інформує лише про наявність і відсутність труднощів, у крайньому разі - поки. Процеси, що викликають виникнення заторів, починаються набагато раніше візуально відчутних проблем у русі, і підвищений ліміт швидкості - передумова для майбутнього колапсу. Проста диференціація доріг за швидкісним режимом, заснована на класифікації конструкції дороги (як, власне, і робиться зараз), не зменшить ймовірність заторів. Боротися з динамічними пастками може лише гнучке регулювання швидкісної стелі ззовні. Щоправда, організаційно таке завдання важко здійснити. Чисто технічних питань не так багато. Принаймні визначити методику зміни оптимального швидкісного режиму можна за допомогою «наукового тику» та статистики. Але ось людський фактор… до знаків, що рекомендують швидкість, водії відносяться зі значно меншим пієтетом, ніж до забороняючих. Та й завжди знайдеться чимало тих, хто «розумніший за інших»…
 
Опубликованно 19.02.17