Каждое утро миллионы людей по всему миру сталкиваются с одним и тем же дорожным кошмаром: бесконечные вереницы машин, нервные перестроения и потерянные часы жизни. Традиционные попытки властей навести порядок часто вызывают лишь раздражение. Знакома ли вам картина, когда три полосы наглухо стоят в заторе, а соседняя «выделенка» для автобусов или автомобилей с пассажирами практически пустует? Или когда на въезде в центр города светофор держит поток так долго, что хвост пробки парализует соседние спальные районы?
Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL, Швейцария) Кан Чэнь (Can Chen) и Николя Джеролиминис (Nikolas Geroliminis) предложили революционный подход к управлению городским движением. Их научная работа, опубликованная в престижном журнале Transportation Research Part B: Methodological, доказывает: если перестать воспринимать поток как скопление безликого железа и взглянуть на него как на перемещение живых людей, пробки можно сократить более чем в два раза.
Считать людей, а не автомобили
Главный секрет исследования кроется в смене оптики. Долгие годы системы управления дорожным движением оперировали абстрактными единицами: один седан равен одному автобусу или одной машине такси. Но с точки зрения пользы для города они принципиально не равны: в личном авто чаще всего едет лишь один водитель, тогда как в автобусе или машине сервиса совместных поездок — десятки пассажиров.
Ученые взяли на вооружение математический аппарат так называемых макроскопических фундаментальных диаграмм (MFD). Звучит сложно, но суть проста: это «пульс» дорожного движения целого района. До определенной плотности машины едут свободно, но как только число авто превышает критическую точку, сеть мгновенно «сваливается» в паралич, и выехать из района становится практически невозможно. Чтобы этого не допустить, авторы разработали комплексную систему PCRT (Perimeter Control–Regional Toll — «Периметральный контроль и региональный сбор»).
Логика гибкого города: как это устроено на практике
Представьте себе город, поделенный на кольца. На окраинах все едут как обычно в общем потоке. Но как только транспорт приближается к центру, в силу вступает гибридная интеллектуальная система:
Динамические коридоры в центре. Примерно 30–40% проезжей части в центре отдается исключительно под приоритетный транспорт — автобусы и автомобили с пассажирами (PV). Они двигаются по свободным полосам с высокой скоростью.
Умные светофоры на границе (периметральный контроль). На рубежах районов умные светофоры дозируют въезд. Приоритетные машины с пассажирами они пропускают в центр охотно и быстро, а поток одиночных водителей придерживают, чтобы центр не захлебнулся.
Платный проезд, который включается только «по звонку». Самая смелая идея авторов — решить проблему пустующих полос. Одиночным водителям разрешают заезжать на скоростные выделенные полосы и миновать светофорную задержку на границе. Но по особому правилу: пока приоритетная полоса свободна, проезд по ней для всех бесплатен. Но как только датчики видят, что плотность на ней приближается к 40% от критической отметки, автоматика включает плату за въезд. Часть одиночных водителей решает сэкономить и уходит на объездные пути, а полоса никогда не встает в затор.
При этом светофоры реагируют на дорожную обстановку каждую минуту, а тариф обновляется плавно и предсказуемо — не чаще одного раза в 5 минут, чтобы не сбивать автомобилистов с толку.
Цифры, которые впечатляют
Ученые протестировали математическую модель в масштабных компьютерных симуляциях, моделирующих пиковые утренние часы и сравнивая свой метод со стандартными светофорами и обычными системами контроля:
минус 53,6% потерянного времени — суммарные потери времени всех людей в сети сократились более чем наполовину по сравнению с традиционным общим контролем.
одиночные водители тоже в выигрыше — вопреки страхам автомобилистов, одиночные водители не стали «жертвами» ради общественного транспорта. Благодаря возможности срезать путь и отсутствию заторов в смежных зонах их задержки упали на 57,5%.
центр города спасен от коллапса — в сценарии со стандартными светофорами в центре города через час наступал мертвый затор, из которого район не мог выбраться даже после часа пик. Система швейцарских исследователей полностью очистила дороги уже через 90 минут.
работа в реальном времени — расчет одного шага оптимизации занимает у современного компьютера всего 1,17 секунды, что позволяет внедрять алгоритм в реальные городские диспетчерские.
Что нужно, чтобы алгоритм появился на наших улицах?
Главная прелесть концепции EPFL в том, что городам не нужно перестраивать улицы с нуля или сносить кварталы. Вся необходимая техника уже существует и работает в Сингапуре, Лондоне и Стокгольме: это электронные табло над реверсивными полосами, дорожные камеры распознавания номеров и транспондеры оплаты на въездах.
До массового запуска авторам предстоит еще один шаг: проверить систему на микроскопическом уровне (учесть, как отдельные водители перестраиваются между полосами перед рамками оплаты) и откалибровать тарифы под психологию людей, ведь готовность платить за сэкономленные минуты у всех разная. Однако исследование убедительно доказывает: будущее умных городов лежит не в бесконечном расширении асфальтовых полей, а в гибком математическом балансе.
