Como somos assediados por carros, causando engarrafamentos e desabamentos

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

A construção de rodovias piora a situação das estradas. Novas rotas levam ao colapso do tráfego. Os navegadores aceleram o congestionamento. Por que aparentemente as medidas corretas agravam o problema dos engarrafamentos?

As autoridades relatam com alegria o que foi feito para melhorar a situação nas estradas, e a movimentação pela cidade leva cada vez mais tempo. Os motoristas consideram os engarrafamentos o resultado de uma conspiração corrupta ou da total incompetência dos funcionários, porque todos os que têm carro têm certeza de que sabem as respostas às eternas perguntas russas.

QUEM É CULPADO?

ESTRADAS

Uma característica fundamental de uma estrada que determina se ocorrerão engarrafamentos nela é a taxa de transferência. E seu limite é de cerca de 1.500 carros por hora por pista. Nem a qualidade do asfalto, nem os para-choques, nem as marcações conseguem aumentar este indicador, pois os carros devem manter uma distância de vários segundos e têm um tamanho físico. “Além disso, a vazão de uma estrada é geralmente determinada pela vazão de seu ponto mais estreito”, observa o matemático, professor sênior do Departamento de Tecnologias de Modelagem de Sistemas Complexos da Escola Superior de Economia Yuri Dorn. - Digamos que se uma bela rodovia de cinco pistas com 1.000 km de extensão em um lugar se estreita para duas pistas, sua capacidade total será como uma estrada de duas pistas. E ainda pior: devido ao fato dos carros desacelerarem, passando de cinco fileiras para duas, o rendimento final será menor.”

As estradas têm outras características que parecem contradizer o bom senso. Portanto, com o aumento da velocidade de movimento, a capacidade da estrada pode diminuir. “O número de carros que passam pela seção transversal da rua por unidade de tempo, a velocidade dos carros e a densidade do tráfego na mecânica de transporte são conectados por uma fórmula simples N = vq”, explica Evgeny Nurminsky, especialista em modelagem matemática de fluxos de tráfego, professor do Departamento de Métodos Matemáticos em Economia da Faculdade de Ciências Naturais da Universidade Federal do Extremo Oriente. … - N é a intensidade do tráfego, auto / h; v - velocidade do veículo, km / h; q - densidade de fluxo, auto / km. Ao alterar um parâmetro, puxamos o resto conosco. Se os carros se moverem a uma velocidade de 200 km / h, a densidade do tráfego será muito baixa, pois os motoristas terão que manter uma longa distância. Assim, o fluxo de carros, que é igual ao produto da densidade pela velocidade, será menor do que seria a uma velocidade de 60 km / h.”

A CORTIÇA VOCÊ MESMO

Embora um aumento na velocidade possa levar a uma queda no tráfego na estrada, o mesmo efeito é obtido por uma diminuição na velocidade. O tráfego de automóveis cai drasticamente quando os carros andam a menos de 20 km / h. “A uma velocidade tão baixa, o máximo possível de 1.500 carros por hora não sairá do engarrafamento: eles estão se movendo muito devagar para isso. Se apenas 1000 carros saírem, 500 carros serão montados em um engarrafamento em uma hora. Levando em consideração o tamanho físico do carro (cerca de cinco metros) e a distância dos carros vizinhos, um engarrafamento tem 2,5 km de extensão”, destacou o analista da Yandex. Engarrafamentos Leonid Mednikov. E carros novos sobem constantemente até o local do congestionamento, de modo que ele pode não se dissolver por muito tempo.

TÉCNICAS

O que Yandex. Engarrafamentos"

O serviço mais popular na Rússia que exibe congestionamento em tempo real é o Yandex. Engarrafamentos". Os motoristas o acusam de "distorcer" os dados e deturpar a situação. O analista líder do serviço Leonid Mednikov respondeu às principais reclamações dos usuários.

A carga horária da cidade é determinada com base na avaliação da situação nas principais ruas e rodovias, cuja lista pouco muda. Essas estradas formam uma "estrutura de transporte" que permite viajar por toda a cidade. O serviço mantém uma escala de classificação para que 10 pontos reflitam o tráfego verdadeiramente "morto". Se as classificações permanecerem inalteradas, então com uma deterioração geral da situação na cidade (ai!), O serviço dará sempre 10 pontos e os motoristas não serão capazes de prever adequadamente quanto tempo a viagem vai durar.

Anteriormente, as estradas com uma velocidade superior a 30 km / h eram mostradas em verde, menos de 15 km / h em vermelho, tudo no meio era mostrado em amarelo. Mas agora o serviço usa uma gradação de cor relativa: reflete o congestionamento de tráfego não em geral, mas em comparação com a situação normal para este lugar. Portanto, o tráfego na seção “amarela” do anel viário de Moscou pode de fato ser mais rápido do que na seção “verde” de uma rua secundária com semáforos e cruzamentos.

O serviço mostra a situação prevista com base em dados anteriores em um site específico. Mas o percurso ainda está sendo construído sem levar em conta essas informações. Portanto, tendo saído pouco antes da hora do rush noturno, no meio do caminho você pode entrar em um denso engarrafamento, que se formou em poucos minutos. “Levar em conta a previsão do desenvolvimento da situação é até agora a única coisa em que as pessoas estão à frente do navegador”, diz Leonid Mednikov.

ESTRUTURA DA CIDADE

Uma das estruturas mais eficientes da cidade, que permite a melhor distribuição dos fluxos de tráfego, é a estrutura quadrada. Mas a maioria das cidades da Rússia tem uma estrutura circular com estradas radiais. Essas cidades foram formadas no local de fortalezas, expandindo-se gradualmente. Essa estrutura era ideal para se proteger de vizinhos beligerantes, mas o fluxo de tráfego nas cidades circunferenciais é o mais mal distribuído possível: tanto as rodovias do anel central quanto as rodovias de saída, ao longo das quais as pessoas chegam ao centro pela manhã e saem à noite, acabou sendo sobrecarregado. “Além disso, em megalópoles com estrutura em anel, os motoristas passam por ultrapassagens colossais, às vezes dezenas de quilômetros por viagem”, acrescenta Yuri Dorn.

Os cientistas dizem que as cidades em forma de anel costumam ter baixa conectividade. Ou seja, existem poucas maneiras de ir de um lugar para outro e os carros se acumulam nas estradas principais que não podem passar de outra forma.

Tentando descarregar as estradas permanentes que conectam diferentes bairros da cidade, as autoridades estão expandindo as estradas, mas isso não é eficaz. Por exemplo, muitas das rodovias de saída de Moscou correm para um centro congestionado em uma extremidade e, na outra extremidade, em sacos de dormir densamente povoados. “A saída / entrada nessas rodovias cria pontos de congestionamento de tráfego, que, com o crescimento da cidade, vão se aprofundando.

Além disso, essas rodovias cortam as rotas de transporte existentes, observa Nurminsky. “Para neutralizar o efeito nocivo, é preciso construir muitos intercâmbios e desvios, o que refuta a ideia original e é muito caro”.

FORMA DE PAGAMENTO

Ângulo de visão

Os fluxos de tráfego podem ser descritos com vários graus de "aproximação" e, para isso, utiliza-se um aparato matemático de diferentes campos da ciência. As decisões locais dos motoristas são modeladas usando a teoria dos autômatos celulares. Para descrever o comportamento dos fluxos de tráfego no nível de estradas individuais, o aparato da hidrodinâmica é usado - a ciência do comportamento dos fluidos. A teoria dos jogos e a teoria da otimização são usadas para prever a carga na rede de transporte e a distribuição dos fluxos ao longo das rotas.

MOTORISTAS

Quem dirige um carro sabe que um nanossegundo é o tempo após o qual o motorista por trás começa a buzinar ao acender o semáforo verde. Os motoristas que se consideram razoáveis ficam muito irritados nesses momentos, acreditando que um pequeno atraso não afetará a situação do trânsito. E eles estão errados.“A lentidão ao dirigir pode provocar congestionamento”, diz Nurminsky. - O congestionamento é um sistema não linear com forte feedback positivo, ou seja, em resposta aos sinais de entrada, se comporta de forma completamente diferente do que você espera. Por exemplo, você estava ao telefone enquanto dirigia e diminuiu a velocidade. Parece estar bem, mas todos os motoristas atrás de você são forçados a diminuir a velocidade - e há um congestionamento que pode se dissolver por uma hora."

Mas o principal motivo do aumento dos congestionamentos é justamente o aumento da racionalidade dos motoristas. Mesmo que, para simplificar, o motorista tenha uma escolha de duas estradas - é claro, ele se inclinará para a rota mais rápida. Outros motoristas que pretendem dirigir na mesma direção farão o mesmo. Como resultado, uma estrada mais rápida tem mais probabilidade de ficar lotada de carros, sua capacidade não é mais suficiente - e um congestionamento se forma. Os motoristas que saíram depois, vendo que havia um engarrafamento em sua rota favorita, pegam um caminho mais longo, mas mais fácil, porque agora os tempos de viagem nas duas rotas são iguais. Se alguns dos motoristas inicialmente preferissem um trajeto mais longo, não haveria congestionamento no trajeto curto.

A situação em que o tempo de viagem em todas as rotas realmente usadas torna-se o mesmo é chamada de equilíbrio de Nash-Wardrop na modelagem de transporte. Nesse estado, nenhuma tentativa do motorista de alterar a rota pode reduzir o tempo de viagem. Além disso, como recentemente mostrado por cientistas da Coréia e dos Estados Unidos, jogar motoristas em estradas de contorno para economizar alguns minutos piora visivelmente a situação geral. Quando há muitos carros, a situação da estrada inevitavelmente atinge um equilíbrio Nash-Wardrop. Com a proliferação de navegadores que mostram engarrafamentos, o “rastejo” para ele se acelerou: os motoristas que saem mais tarde agora fazem um desvio imediatamente. Mas, como explica Yuri Dorn, os navegadores não pioram a situação. Eles aceleram a formação de congestionamentos, mas há menos carros em cada um - afinal, alguns dos motoristas seguem imediatamente uma rota alternativa. Além disso, alguns motoristas mudam os horários de partida para suavizar as cargas de pico. Finalmente, graças aos navegadores, muitas pessoas aprendem sobre estradas secundárias. “Claro, para os motoristas que antes andavam livremente em rotas complicadas, a situação piorou, mas o tempo total de viagem em todas as estradas caiu. No entanto, o tempo total e até mesmo individual de viagem pode frequentemente aumentar”, conclui Dorn.

MOSCOU

Na Rússia, há engarrafamentos em qualquer cidade grande, mas a capital sofre principalmente com eles. “Um grande número de atividades está concentrado em Moscou, incluindo algumas bem específicas: o setor financeiro, ciência e negócios. Uma pessoa que trabalha, digamos, em algum instituto, deve ir para lá. E para um vendedor ou pessoa com outra profissão não especializada, o vínculo com um local não é tão relevante”, afirma Dorn. Além disso, a esmagadora maioria dos empregos concentra-se no centro, enquanto as pessoas vivem mais perto da periferia. Como resultado, formam-se fluxos pendulares, ocupando as mesmas estradas, onde ocorrem engarrafamentos na maior parte do dia.

O alto custo da moradia no centro e o hábito russo de considerar seu próprio apartamento um ótimo valor impedem as pessoas de se mudarem para mais perto do trabalho. A ideia das autoridades da capital de "realocar" funcionários para as periferias também desapareceu silenciosamente. No entanto, a transferência não resolverá o problema: se o escritório onde o oficial trabalha for transferido do centro, digamos, para Mitino, mas o oficial morar em Chertanovo, ele ainda irá trabalhar por meio de Moscou.

O QUE FAZER?

NÃO TENTE REMOVER OS PLUGUES SEPARADOS

O postulado principal da ciência dos transportes é o mesmo da medicina: os engarrafamentos devem ser resolvidos antes que apareçam. Ações que evitem a formação de congestionamentos serão frutíferas, em vez de tentativas de eliminar os engarrafamentos mais prejudiciais ponto a ponto.“É possível corrigir a situação em locais localmente ineficazes, às vezes basta tomar algumas medidas simples - por exemplo, desviar à esquerda e fazer o retorno 500 metros após o cruzamento. O engarrafamento vai embora daqui, mas não vai desaparecer de jeito nenhum, simplesmente vai se mudar para outro lugar”, explica Nurminsky.

MATEMÁTICA

PARADOXO DE BRESA

A construção de uma nova estrada ligando as existentes pode agravar a situação em toda a rede de transportes. Como as estradas estão interligadas, o surgimento de outro trecho da pista, onde agora sempre há carros, aumenta o tempo de viagem em todas as rotas. A situação pode ser melhorada fechando esta "estrada de Braesov". Porém, é impossível detectá-lo: os engarrafamentos não se acumulam nele, mas em outras rotas.

POSTULAR LEWIS-MOHRIDGE

Quanto mais estradas são construídas, mais carros aparecem. Algumas pessoas preferem mudar do transporte público para o pessoal.

PARADOXO DOWNS-THOMSON

A velocidade média de um veículo particular depende da velocidade com que os usuários públicos chegam ao seu destino. Quanto menos desenvolvido o transporte público, mais as pessoas preferem um carro particular.

PARADOXO DE PIGU-NIGHT-DOWNS

Adicionar estradas alternativas, onde as pessoas escolhem o percurso de forma racional (“egoisticamente”), leva a um equilíbrio estável: cada um dirige seus próprios veículos e os ônibus permanecem vazios. Além disso, o tempo de viagem é o mesmo.

NÃO CONSTRUA ESTRADAS E NÃO INTRODUZA NOVAS ROTAS

A decisão aparentemente óbvia de construir tantas estradas quanto possível a fim de aumentar a capacidade da rede de transporte também não funciona. “Vendo que há muitas estradas livres, vários milhões de pessoas mais mudarão para carros e todas as novas rotas também serão interrompidas”, diz Dorn. Se a demanda crescente por estradas for continuamente atendida, mais cedo ou mais tarde todo o espaço livre da cidade será construído com rodovias, onde os carros ficam estacionados 24 horas por dia.

Introduzir novas rotas de transporte público ao acaso também é inútil. “Um exemplo típico é a introdução de novas estações de metrô na periferia”, diz Dorn. “Considerando que a capacidade dos principais entroncamentos no centro e o número de trens que podem circular em uma linha são limitados, tais medidas simplesmente levam a“jogar”engarrafamentos no metrô."

INSERIR AS LUZES

As rodovias sem tráfego, apreciadas por muitos motoristas, também estão agravando o colapso do tráfego. “Os semáforos diminuem o fluxo e não permitem que ele engrosse”, explica Nurminsky. - Idealmente, a tarefa de um semáforo é manter uma densidade de tráfego ideal na qual o fluxo de tráfego é máximo. Na cidade, isso é alcançado a uma velocidade de cerca de 60 km / h.”

FAÇA ESTRADAS PAGAS

Em condições típicas da maioria das grandes cidades, quando há mais pessoas que desejam viajar nas estradas do que podem acomodar, o roteamento torna-se a medida mais eficaz, ou seja, reduzindo artificialmente a atratividade de determinados caminhos. Por exemplo, introduzindo uma tarifa. “Quando o limite de largura de banda é excedido, você definitivamente estará desperdiçando alguns recursos para compensar a diferença entre a rota mais e menos eficiente. Normalmente, esses recursos são tempo e nervos perdidos no trânsito. As rodovias permitem que quem queira compensar essa diferença não com tempo, mas com dinheiro”, explica Yuri Dorn.

Os preços baixos obrigam as pessoas a mudar os seus hábitos: por exemplo, a procurar um emprego que lhes permita trabalhar parcialmente em casa ou adiar a hora da partida. “É claro que as pessoas se sentem menos confortáveis do que estariam com estradas vazias. Mas há muito tempo não existem estradas vazias nas cidades: é preciso comparar a situação atual com a situação quando a cidade está em um congestionamento. Para quem desviou ou saiu depois, nada mudou: os custos continuam os mesmos. Mas para quem decidiu pagar, a situação melhorou. Ao mesmo tempo, a eficiência das estradas em geral aumenta, pois não é medida pela ausência de engarrafamentos, mas pelo tempo total que todos os viajantes passaram na estrada”, observa Dorn.

APRENDA EM CIÊNCIA

“Os problemas de congestionamento rodoviário só podem ser resolvidos de forma abrangente, calculando os efeitos de longo prazo de todas as medidas introduzidas usando modelos matemáticos complexos”, diz Yevgeny Nurminsky. "A ciência é uma senhora atenciosa, para dar a resposta correta, ela precisa de tempo e os funcionários querem que tudo seja feito ontem." Por causa disso, dinheiro colossal é freqüentemente gasto em projetos que dão efeito zero ou até pioram a situação nas estradas.

O problema é ainda mais complicado pelo fato de que a Rússia carece de dados com base nos quais é possível criar modelos de transporte adequados. “Nos EUA, por exemplo, esse problema foi resolvido por lei: se um incorporador deseja receber subsídio para construção de estradas ou edifícios, ele deve apresentar um estudo de viabilidade, no qual todos os parâmetros construtivos serão calculados de acordo com determinados métodos. Como resultado, surgiram muitos departamentos de transporte e analíticos nos níveis municipais, que preparam todas as informações necessárias. Isso criou um pedido poderoso para especialistas em transporte, e agora quase todas as grandes universidades americanas têm uma divisão de pesquisa em transporte”, diz Nurminsky.

MECANISMO

Tudo é lógico

Muitas vezes parece que o plug se formou sem motivo. Mas há uma explicação para o misterioso congestionamento.

CORTIÇA DE NADA

Via de regra, ocorreu um acidente neste trecho do caminho, que foi levado embora há muito tempo. Enquanto os carros estavam no lugar, a capacidade da estrada caiu de, digamos, 1.500 para 1.000 veículos por hora. Depois que os autores do acidente saem de cena, o engarrafamento permanece até que todos os carros acumulados tenham passado. Se 500 carros se reunirem em uma hora, eles sairão do engarrafamento "sem motivo" por mais 20 minutos, e todo esse tempo novos carros surgirão no final do engarrafamento.

CONFLITOS DE MAU TEMPO

Mesmo na ausência de acidentes, o congestionamento das estradas aumenta: os motoristas tendem a manter uma distância segura, a densidade dos veículos e a capacidade das estradas estão diminuindo.

Jammers do outro lado de um acidente

Esses congestionamentos são formados devido à curiosidade dos motoristas. Mesmo que o motorista freie levemente, todos os carros que passam atrás dele também são forçados a reduzir a velocidade. A capacidade cai e essa onda de desaceleração se propaga rio abaixo. Carros mudando de uma fileira para outra têm o mesmo efeito: eles forçam várias pistas a desacelerar ao mesmo tempo.

MUDAR O PENSAMENTO

É impossível destruir engarrafamentos nas cidades russas sem mudar os estereótipos sociais. “Resolver o problema de como as pessoas chegam ao centro e voltam todos os dias é fútil. Você precisa motivar as pessoas a escolherem outros lugares para ir”, diz Dorn. Mas embora os empregos, especialmente em Moscou, estejam concentrados no centro, onde a habitação é monstruosamente cara e praticamente não existe um mercado de aluguel “branco”, não existem ferramentas reais que possam aumentar a mobilidade dos cidadãos.

“Resolver o problema de congestionamento do tráfego e tornar a vida aceitável para todos exige um plano de cidade de longo prazo que leve em consideração mais do que apenas a situação do tráfego”, diz Dorn. - A lógica deste plano ditará como construir um sistema de transporte. E ajustando-se incessantemente às necessidades atuais dos motoristas, em 10 anos o problema pode ser agravado e será irrealista resolvê-lo."