Новости

Доктор физико-математических наук Игорь Лубашевский: "Изучая законы гусиной стаи, мы разруливаем пробки"

29 сентября 2008
≈ 20 минут
43 просмотра

На вопрос, как Москве вырулить из бесконечных заторов, обещает дать ответ наука. По инициативе столичных депутатов на "круглый стол" "Математический анализ автомобильных пробок" собрались ведущие физики и математики города.

Один из них - научный сотрудник теоретического отдела Института общей физики РАН, доктор физ.-мат. наук Игорь Лубашевский - принес на заседание фотографию гусей, застрявших в пробке. И рассказал, что люди ведут себя на дороге по тем же законам, что и животные, только еще хуже. Эти общие для всех законы изучает физика транспортных потоков. Подробнее об умных животных и глупых водителях расспросил профессора корреспондент "Известий" Эдуард Воротников.

вопрос: Вы участвовали в "Дне без машин" 22 сентября, когда экологи призвали горожан пользоваться общественным транспортом?

ответ: В тот день я улетел в Берлин, но для себя уже давно вывел алгоритм пользования машиной. Я живу в районе метро "Университет" и в институт на Вавилова, а также по всему юго-западу езжу на автомобиле. Когда мне нужно в центр, то еду на машине до метро и пересаживаюсь в него. Я уверен, что будущее за перехватывающими парковками и общественным транспортом - конечно, когда они будут удобными и доступными. Ведь сегодня для многих комфортнее стоять в пробке, чем испытывать стресс от сверхтесного соседства в метро. Когда нашим сотрудникам нужно читать лекции на Бауманской, то пробки по дороге с юго-запада в центр для них меньшее зло, чем переход с Курской кольцевой на радиальную. Я в этом смысле более терпим.

в: Получается, поведение водителей на дороге - это скорее психология, чем физика. Как это можно просчитать?

о: Серьезно исследовать свойства потоков автомобилей начали еще в 50-е годы XX века. Однако самостоятельная область - физика автотранспортных потоков - родилась лет 20 назад. В настоящее время расчетные математические модели основаны на представлениях физики о движении, например, атомов или песчинок. Но выяснилось, что при перемещении автомобильных потоков действуют все-таки другие законы. У атомов или песчинок нет воли и желаний, нет стремления достигнуть чего-то и нет осознания ошибочности решений. А у живых существ есть, и потому законы движения автомобилей совсем иные. Да, нынешние компьютерные программы сообщают, сколько машин и на какой скорости пропустит дорога исходя из ее имеющейся ширины и предполагаемого числа желающих проехать по ней. Для решения проблем в отдельном районе - при проектировании дорог - этого, может быть, и достаточно. Но чем больше перекрестков, пересекающихся и вливающихся потоков, тем менее предсказуем результат. Наука должна не просто констатировать, а прогнозировать - когда и где возникнет пробка и сколько продлится. Однажды в Нидерландах меня везли на автомобиле, и русский водитель с обычным для нас менталитетом нарушителя скоростного режима ехал строго по знакам - 40 км/ч. Я спросил, что это с ним, и он объяснил, что если поедет быстрее, то будет пробка, а так он знает, что будет ехать без остановок. На той дороге знаки ограничения скорости управлялись с помощью дорожных табло, на которых загораются нужные в данный момент цифры (скорость). Они реально отражали ситуацию на дороге на основе данных детекторов движения и математических моделей.

в: Мы привыкли, что чем больше скорость, тем больше машин способна пропустить трасса. Разве не так?

о: Дело не в скорости, а в ее равенстве у участников движения. Представьте себе пожар в театре, заполненном одними вышколенными солдатами. Сержант, проводя эвакуацию, командует: первый ряд пошел, второй, третий... При этом последний ряд терпеливо сидит, дожидаясь своей очереди. И если по пути от кресел до выхода люди, не паникуя, будут выдерживать одну скорость, то затора не случится - все выйдут благополучно благодаря максимально высокой для этого количества людей и этой ширины прохода скорости. Это может быть и бег, и шаг, главное, чтобы никто не двигался быстрее или медленнее выбранного темпа. Просто в беге, так же как в быстрой езде, труднее держать одну и ту же скорость. На практике это доказали в Штутгарте: на автобане в одну сторону поставили ограничение скорости 130 км/ч, а в другую - нет. Результат - при равном количестве машин пробок меньше там, где водители придерживались скорости 130 км/ч. В другом направлении было больше хаоса: все гонят неравномерно, чем мешают друг другу, часто перестраиваются и тормозят, чтобы не столкнуться. Как зрители, бегущие к выходу из горящего театра с разной скоростью. У выхода образуется пробка, люди толкают друг друга локтями, сталкиваются в дверном проеме, общая скорость эвакуации снижается.

в: Наука может построить наших водителей?

о: Мы изучаем, как это просчитать. Знаете, как спасается от волка стадо оленей? Залог успеха - движение каждого из них с одинаковой скоростью и в одном направлении, иначе пробка, столкновение и гибель. Но как этого достичь, если большинству особей, которые движутся в середине стада, даже не видно, что произошло, кто и откуда нападает? Оказывается, по белым хвостикам ближних особей. Олень ориентируется на них и двигается в общем потоке, который задают с краю те, кто видит источник опасности и его действия. Так же действуют рыбы, в косяк которые врезается голодная акула. Косяк мгновенно расступается, хищник хватает пустую воду, рыбки смыкаются и плывут себе дальше. Как это возможно в столь плотном потоке понять, что нужно делать, не наткнуться на того, кто впереди, не сгрудиться в том месте, где окажется пасть акулы? Только при синхронизированном движении каждой особи.

в: Почему тогда гуси на вашей фотографии попали в пробку?

о: Для них путешествие по полынье не было смертельно опасным, инстинкты не включались. Каждый из гусей тупо стремился быть первым, подплывал на слишком близкое расстояние к соседу и тем самым мешал и ему, и себе.

в: Прямо как наши водители...

о: Да, очень похоже. Как у нас происходит? Загорелся зеленый, машины поехали. Водитель не способен тронуться одновременно с впереди идущей машиной на ее же скорости и на очередном светофоре одинаково с ней затормозить. Все выдерживают свой ритм, свою дистанцию и вместо равномерного движения возникают волны разгонов и торможений. Кто-то глохнет, кто-то паркуется под знаком, и машины, идущие за ним, вклиниваются в разрывы потока второй полосы. Таким образом, машины растягиваются на большом расстоянии, блокируют выезды с прилегающих улиц. Узел завязывается. Поэтому физика транспортных потоков рассматривает и психофизическое влияние участников движения на процесс. Во-первых, у водителей есть мотивы к действию и желание достигнуть наилучшего результата в каждом конкретном случае. Тем самым в определенном смысле будущее влияет на настоящее. Во-вторых, в силу общечеловеческого свойства ограниченной рациональности водитель не может строго определить наилучший способ движения, и его выбор носит отчасти случайный характер. К примеру, человеку трудно различить дистанцию в 12 метров от 15. Это сказывается на поведении в потоке: когда разгоняться, когда тормозить. У каждого свое видение на этот счет, в результате поток движется неравномерно и смоделировать его поведение для увеличения пропускной способности - сложная научная задача. Коллеги из Японии поставили опыт: выпустили на трассу десятки водителей с GPS-навигаторами, чтобы точно отслеживать перемещения каждого в потоке. И поняли, что существующие подходы к математическому описанию потоков автомобилей должны быть не просто изменены, а изменены на уровне базовых понятий. Нужно, например, ставить эксперименты по восприятию человеком движения автомобилей. Как заметили на заседании в Мосгордуме, не прав тот, кто думает, что проблему можно решить исключительно строительством дорог или их расширением. Дорог не может быть сколь угодно много, выход - в научном подходе к их проектированию и организации движения.

в: Будут ли наши водители, как в Европе, соблюдать скоростной режим и другие предписания ученых?

о: Говоря кратко, я уверен, что да, если водители будут верить, что соблюдение конкретных пунктов правил дорожного движения позволит каждому из них индивидуально двигаться быстрее, чем при нарушении этих предписаний. Проблема автомобильного транспорта завязала в один узел реальную жизнь людей и научные проблемы. Без серьезного научного анализа и математического моделирования не удастся справиться с перегрузкой автомобильными потоками улиц наших городов. Исследование этой проблемы приведет к развитию нового направления в науке - физики систем с мотивацией, - которое можно рассматривать как некоторый уникальный мостик между естественнонаучными и гуманитарно-социальными дисциплинами.

Источник: Известия.RU
Опрос
Стоит ли досрочно пускать за руль лишенных прав водителей?
Да
Нет
7 комментариев
ПДД онлайн Билет 12, вопрос 8
Вы намерены повернуть на перекрестке направо. Как Вам следует поступить?
Продолжить движение по второй полосе до перекрестка, затем повернуть.
Перестроиться на правую полосу, затем осуществить поворот.
Возможны оба способа.
Ответить