Наши учёные знают, как победить пробки. Но их никто не спрашивает

Каждый год российские власти традиционно объявляют "День без автомобиля". По традиции 22-го сентября всем отечественным автолюбителям рекомендуется не пользоваться своим средством передвижения. Делается это для того, чтобы снизить интенсивность загрязнения воздуха в городах, а также, чтобы хотя бы один день прожить без многокилометровых пробок.

Однако, как показывают результаты прошлогоднего "Дня без автомобиля", ни одна из поставленных задач не бывает выполненной даже наполовину. Воздух в отечественных мегаполисах чище не становится, да и пробки никуда не исчезают. Создается впечатление, что многокилометровые автомобильные заторы победить невозможно. Но так ли это на самом деле?

Разберемся, откуда берутся пробки. Версий на этот счет существует великое множество. Традиционно в автомобильных заторах автолюбители обвиняют городские власти. По их мнению, последние строят очень мало хороших дорог, удобных развязок и доступных мест для парковки.

Исходя из этого, можно предположить, что если городское начальство будет строить все вышеперечисленные объекты, причем в достаточном количестве, то пробки исчезнут сами собой. Но пример борьбы с пробками в странах Западной Европы и США говорит об обратном. По мнению зарубежных специалистов, интенсивное дорожное строительство только провоцирует образование многокилометровых заторов.

Вот что говорит об этом американский экономист Энтони Даунс: "Давайте представим, что мы построили много хороших дорог. Тогда издержки, связанные с вождением, снизятся — следовательно, больше людей станет покупать автомобили, а те, у кого они есть — больше ездить на них. Как результат — пробки возвратятся вновь, а вышеупомянутые издержки снова вернутся на первоначальный уровень".

Итак, одним строительством хороших дорог дело с мертвой точки не сдвинешь. Это может лишь помочь в ликвидации так называемых "устойчивых пробок", которые образуются в местах, по своим географическим характеристикам провоцирующих автомобильные заторы. Такими являются, например, перекрестки, расположенные в низинах. Примером здесь может служить знаменитый перекресток недалеко от московской станции метро "Юго-Западная".

Давно замечено, что многие водители, едущие под уклон, автоматически снижают скорость. В результате плотность даже сильно разреженного автопотока сильно увеличивается. Отсюда — предпосылка к возникновению пробки. Когда скорость перед светофором падает до минимума, затор уже возникает и "рассосаться" ему очень сложно, поскольку следующий участок дороги идет вверх, и на нем скорость потока будет также низкой.

К сожалению, в российских городах, подавляющее большинство которых находится в речных долинах, подобных участков хоть отбавляй. Многие ученые видят спасение от устойчивых пробок в строительстве высоких эстакад, проходящих над понижением. Тогда скорость движения потока будет равномерной, и затора при этом не будет.

Отсюда напрашивается вполне разумный вывод — пробки возникают из-за того, что по различным причинам общая скорость потока машин постоянно меняется. Исходя из этого большинство исследователей считают, что если удастся наладить разумную систему организации движения, при котором этот недостаток устранится, то заторов будет значительно меньше. Именно таким образом предлагают решить проблему ряд российских математиков из нескольких московских вузов, в числе которых всем известные МГУ, МАДИ и МИРЭА.

Доктор физико-математических наук, профессор и заведующий кафедрой Высшей математики МАДИ Александр Павлович Буслаев считает, что построение модели организации движения, сводящей пробки к минимуму, вполне возможно. В основе ее должен лежать так называемый математический граф. В математике слово "граф" означает картинку, где нарисовано множество точек (вершины графа) — некоторые из них соединены линиями (ребра графа). Проще всего представить себе это множество на примере знаменитой игры японцев "Го", или ее упрошенного варианта — стандартной забавы российских школьников под названием "Точки". Ученый предлагает считать вершинами графа московские перекрестки, а ребрами — соединяющие их улицы. Смысл задачи сводится к определению фактора, от которого зависит равномерность движения потока по вышеупомянутым ребрам.

Буслаев рассказывает о том, что наиболее удачной по всем показателям оказалась модель, которую ученые называют "Инь-Ян". Суть ее заключается в следующем. У ребра имеется две вершины графа (то есть улица соединяет два перекрестка), и поток согласно симметричному закону перемещается с одной вершины графа на другую, то есть от одного перекрестка к другому симметрично — движение по двум встречным полосам. Цикличность задает светофор (едем-стоим). Согласно расчетам ученых, за устойчивое поведение всей системы отвечает только один параметр — масса потока (она зависит от количества автомобилей).

Исследователи считают, что если масса потока будет меньше половины емкости (то есть того количества автомобилей, при котором возможно образование пробки), то движение всегда будет устойчивое. Если больше — то всегда неустойчивое, а значит, пробок в этом случае не избежать. Отсюда следует вывод — нужно четко регулировать размеры трасс, исходя из среднего количества автомобилей, проезжающих по данной дороге за конкретный момент времени (например, в "часы пик").

Также эта модель предполагает и регулирование количества автомобилей на каждой конкретной трассе. Правда, как это сделать в реальности — не совсем понятно. Возможно, следует вводить какие-нибудь ограничительные меры, вроде той, что запрещает движение многотонных грузовиков в центре города.

Тем не менее многие ученые считают, что подобная схема не сможет ликвидировать проблему пробок, поскольку для расчета их возникновения недостаточно учитывать лишь скорость движения автопотока и его массу. Наши и западные исследователи, работающие в рамках популярной нынче теории хаоса, утверждают, что саму вероятность возникновения затора на данный момент рассчитать просто невозможно.

Как мы помним, теория хаоса гласит, что сложные системы чрезвычайно зависимы от первоначальных условий и небольшие изменения в окружающей среде ведут к непредсказуемым последствиям. А значит, чем сложнее система, тем меньше и незначительнее должно быть исходное воздействие на нее, чтобы ее поведение стало непредсказуемым.

Теперь рассмотрим сложность системы, включающей в себя несколько машин с водителями. Очевидно, что автомобиль и человек вместе — это просто суперсложная система. Так что предсказать движение даже одного автомобиля с водителем весьма непросто. А уж если речь идет о нескольких….

Для того, чтобы движение управляемого автотранспорта стало непредсказуемым, достаточно чрезвычайно незначительного воздействия на всю систему (например, водителю в нос попала пылинка, и он чихнул). Непредсказуемые действия одного автомобиля сразу же порождают непредсказуемые действия другого, и т. п. В результате образуется в лучшем случае пробка, в худшем — ДТП.

При этом ученые, работающие в рамках теории хаоса, вовсе не говорят, что подобные расчеты невозможны в принципе. Просто для того, чтобы их выполнить, нужно учитывать миллиарды случайно возникающих факторов. А в наши дни это не под силу ни одному из самых мощных компьютеров. Но если в будущем удастся построить сверхмощную ЭВМ — все изменится. И тогда пробкам придет конец.

Исходя из этого предположения, логично сделать вывод, что как бы власти ни боролись с пробками — их мероприятия к решению проблемы не приведут, поскольку все они направлены на устранение одной-двух помех движения, а их миллиарды. Однако это вовсе не повод отчаиваться. Возможно, в скором времени люди пересядут на маленькие летающие тарелки, и, в связи с этим, автомобили вообще снимут с производства. Правда, тогда пробки могут переместиться в воздух…

Антон Евсеев