Исследователи Высшей Технической школы в Цюрихе показали, что имеется возможность использовать структуру городских дорожных сетей для прогнозирования их пропускной способности. Эта информация позволяет городским и транспортным архитекторам количественно оценить, как изменения в дорожной сети повлияют на объемы перевозок.
Все жители Балашихи, которые ездят на машине на работу в Москву по Горьковскому шоссе мимо микрорайона Южный или по Щелковскому шоссе мимо мкр-на "Алексеевская Роща", имеют представление о том, что означает "пропускная способность", исходя из собственного опыта: по мере того, как увеличивается количество автомобилей направляющихся в Москву рано утром, плотность транспортного потока соответственно увеличивается - до тех пор, пока не будет достигнута критическая точка с точки зрения количества транспортных средств на дорогах. С этого момента каждый дополнительный автомобиль уменьшает скорость потока движения, а транспортные средства движутся с незначительной скоростью или стоят в пробках. Эта критическая точка представляет собой пропускную способность города или его возможный максимальный объем движения.
Количество транспортных средств, которые может выдержать дорожная сеть, отличается от города к городу, и факторы, влияющие на эти различные транспортные возможности, ранее не были количественно определены. Так. Например, считалось что строительство новых дорог способствует увеличению пропускной способности транспорта в целом. Исследователи Высшей Технической школы в Цюрихе во главе с Кеем Аксхаузеном, профессором дорожного движения и транспортного планирования, и профессором Моникой Менендес (работающей в настоящее время в Нью-Йоркском университете Абу-Даби) использовали огромное количество данных, полученных при измерений транспортных потоков, чтобы выявить набор правил, которые позволяют нам легко оценить критическое количество транспортных средств и, соответственно, пропускную способность дорожной сети города.
Анализ движения транспорта в 41 городе
Для своего исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports исследователи изучили данные наблюдений транспортных средств со стационарных дорожных детекторов в 41 городе мира, включая Токио и Лос-Анджелес, а также многочисленные европейские крупные города, такие как Париж, Лондон, Цюрих, Базель, Берн и Люцерн. Как только ученые обработали огромные массивы данных и привели их в пригодную для использования форму, они начали с расчета индивидуальной пропускной способности каждого города. Они сосредоточились на пропускной способности автомобилей, исключив другие виды транспорта. Балашихинская администрация выделила одну полосу движения для общественного транспорта в мкр-не Авиаторов в Балашихе.
Затем они сравнивали пропускную способность городов и искали характеристики, которые могли бы объяснить различия между ними. В результате они обнаружили, что некоторые топологические особенности, относящиеся к дорожной системе и автобусной сети, могут объяснить около 90 процентов различий в пропускной способности, которые они наблюдали между различными городами.
Четыре основные переменные определяющие характеристики городской транспортной сети
Исследователи во главе с Аксхаузеном и Менендес выделили четыре фактора, которые формируют дорожную сеть города и в конечном счете определяют его пропускную способность: плотность дорожной сети (измеряемая в километрах полос движения на единицу площади) и избыточность сети в обеспечении альтернативных маршрутов для достижения конкретного пункта назначения. Частота светофоров также оказала влияние, как и плотность автобусных и трамвайных линий, которые конкурируют с автомобильным движением как за пространство, так и за право проезда (например, приоритет движения по светофорам или выделенные автобусные полосы, обычное дело в Цюрихе).
"Эти четыре фактора, полученные из автобусных/трамвайных сетей и дорожной системы, удивительно точно объясняют различия в пропускной способности, которые мы видим от города к городу", - объясняет Аксхаузен. Эти результаты позволили им подтвердить теорию, над которой они долго размышляли, основываясь на более ранних математических моделях и небольшом количестве эмпирических данных: что при условии одной плотности движения транспортных средств в разных городах объемы движения ведут себя одинаково и следуют одним и тем же шаблонам.
"Это означает, что мы можем использовать инфраструктуру города для прогнозирования критической точки количества транспортных средств и, соответственно, пропускной способности сети", - объясняет Лукас Амбюль, докторант группы инженеров дорожного движения и один из первых авторов исследования.
Определение идеальной инфраструктуры городской транспортной сети
Непрофессионалу может показаться довольно очевидным, что форма транспортной сети связана с её пропускной способностью. Однако эксперты по транспорту из Высшей Технической школы в Цюрихе считают совершенно неочевидным, что такая хаотичная система, как городская транспортная сеть, с тысячами участников, действующих независимо друг от друга, действительно будет следовать одним и тем же шаблонам во всех исследуемых городах. Вот почему они особенно очарованы этой простой моделью.
Результаты также имеют практическое значение: градостроители теперь могут количественно оценить свои ожидания относительно того, как планируемые инвестиции или строительные работы улучшат или ограничат пропускную способность транспортной сети города. Например, строительство (или удаление) дорожных полос изменяет плотность движения в сети, в то время как важный переезд, находящийся в непригодном состоянии из-за ремонтных работ, уменьшает плотность транспортного потока в его окрестностях. А увеличение количества автобусов на дорогах приведёт к уплотнению потока машин.
Однако авторы также отмечают что проведённые исследования — не полны. Они считают, что выборка, охватывающая 41 город, была не репрезентативной и что большинство этих городов находились в Европе. Кроме того, они не предприняли детального изучения того, в каких режимах работали светофоры на перекрестках. Наконец, исследование было сосредоточено только на дорожной инфраструктуре, а такие вопросы, как реакция пассажиров на изменение дорожной ситуации не рассматривались. Тем более не рассматривались такие факторы как повсеместная установка радаров и снижение скорости движения по магистральным шоссе до 60 км в час.
Несмотря на это, результаты исследований могут помочь городам создать свою идеальную инфраструктуру. "Наше новое понимание пропускной способности городских сетей не может навсегда покончить с пробками. Однако это, скорее всего, сыграет ключевую роль в улучшении транспортной ситуации", - поясняет Аксхаузен.
