Застойные явления

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. 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. 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. А к месту затора постоянно подъезжают новые автомобили, поэтому он может не рассасываться очень долго.

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.

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. Чтобы нивелировать вредный эффект, нужно строить множество развязок и объездов, что опровергает первоначальную идею и весьма затратно.

ВОДИТЕЛИ

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. 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.

Ситуацию, когда время проезда по всем реально используемым маршрутам становится одинаковым, в транспортном моделировании называется равновесием Нэша — Вардропа. В этом состоянии никакие попытки водителя изменить маршрут не могут уменьшить время проезда. Более того, как показали недавно ученые из Кореи и США, метания автомобилистов по объездным дорогам ради экономии нескольких минут заметно ухудшают общую ситуацию. Когда машин много, дорожная ситуация неизбежно приходит в равновесие Нэша — Вардропа. С распространением навигаторов, которые показывают пробки, «сползание» в него ускорилось: выезжающие позже водители теперь сразу двигаются в объезд. Но навигаторы не ухудшают ситуацию. Они ускоряют формирование пробок, зато в каждой оказывается меньше машин — ведь часть водителей сразу едет по альтернативному маршруту. Кроме того, некоторые автомобилисты сдвигают время отправления, сглаживая пиковые нагрузки. Наконец, благодаря навигаторам многие узнают про объездные дороги. Конечно, для тех водителей, которые раньше свободно ехали по хитрым маршрутам, ситуация стала хуже, но суммарное время проезда по всем дорогам упало. Хотя зачастую суммарное и даже индивидуальное время проезда может увеличиваться.

ЧТО ДЕЛАТЬ?

НЕ ПЫТАТЬСЯ УСТРАНИТЬ ОТДЕЛЬНЫЕ ПРОБКИ

Главный постулат транспортной науки тот же, что и в медицине: с пробками нужно бороться до того, как они появились. Плодотворными будут действия, которые не дают заторам образовываться, а не попытки точечно устранить самые зловредные пробки. Исправить ситуацию на локально неэффективных местах возможно, иногда для этого достаточно принять какие-то простые меры — скажем, убрать левый поворот и сделать разворот через 500 метров после перекрестка. Отсюда пробка уйдет, но она не исчезнет вовсе, а просто перекочует в другое место.

НЕ СТРОИТЬ ДОРОГИ И НЕ ВВОДИТЬ НОВЫЕ МАРШРУТЫ

Не работает и кажущееся очевидным решение построить как можно больше дорог, чтобы увеличить пропускную способность транспортной сети. Увидев, что появилось много свободных дорог, еще несколько миллионов человек пересядут на автомобили, и все новые маршруты тоже встанут. Если бесконечно удовлетворять растущий спрос на дороги, рано или поздно все свободное пространство в городе окажется застроенным магистралями, где круглосуточно стоят автомобили.

Бессистемно вводить новые маршруты общественного транспорта тоже бесполезно. Учитывая, что пропускная способность ключевых узлов в центре и количество поездов, которые можно пустить по одной ветке, ограничены, такие меры просто приводят к «перекидыванию» пробок в метро.

СТАВИТЬ СВЕТОФОРЫ

Любимые многими автомобилистами бессветофорные магистрали также усиливают транспортный коллапс. Светофоры разрежают поток и не позволяют ему сгущаться. В идеале задача светофора — поддерживать оптимальную плотность движения, при которой транспортный поток максимален. В городе это достигается при скорости около 60 км/ч.

ДЕЛАТЬ ПЛАТНЫЕ ДОРОГИ

В условиях, которые характерны для большинства крупных городов, когда желающих проехать по дорогам больше, чем они могут вместить, самой эффективной мерой становится маршрутизация, то есть искусственное уменьшение привлекательности определенных путей. Например, с помощью введения платы за проезд. Когда предел пропускной способности превышен, вы обязательно будете тратить какой-то ресурс, чтобы компенсировать разницу между более и менее эффективным маршрутом. Обычно эти ресурсы — время и нервы, потерянные в пробке. Платные дороги позволяют желающим компенсировать эту разницу не временем, а деньгами.

Кусачие цены вынуждают людей менять привычки: например, искать работу, которая позволяет частично трудиться на дому или переносить время выезда. «Разумеется, людям менее комфортно, чем было бы при пустых дорогах. Но пустых дорог в городах давно нет: сравнивать текущее положение нужно с ситуацией, когда город стоит в пробке. Для тех, кто поехал в объезд или выехал позже, ничего не поменялось: издержки остались теми же. А вот для тех, кто решил заплатить, ситуация улучшилась. При этом эффективность дорог в целом возрастает, так как она измеряется не отсутствием пробок, а суммарным временем, которое все едущие провели в пути.

ОПИРАТЬСЯ НА НАУКУ

Проблемы загруженности дорог можно решать только комплексно, просчитывая при помощи сложных математических моделей долгосрочные эффекты всех вводимых мер.  

В США, например, эту проблему решили законодательно. В итоге на муниципальных уровнях появилось множество транспортно-аналитических отделов, которые готовят всю нужную информацию. Это создало мощный заказ на специалистов-транспортников, и сейчас практически в каждом крупном американском университете есть транспортно-исследовательское подразделение.

Чтобы решить проблему с пробками и сделать жизнь приемлемой для всех, необходим долгосрочный план развития города, учитывающий не только транспортную ситуацию. Логика этого плана продиктует, как строить транспортную систему. А бесконечно подстраиваясь к текущим потребностям автомобилистов, через 10 лет можно усугубить проблему, и решить ее станет нереально. 

по материалам: И. Якутенко