Как нас притесняют машины, образуя заторы и приводя к транспортному коллапсу

Строительство магистралей ухудшает ситуацию на дорогах. Новые маршруты приводят к транспортному коллапсу. Навигаторы ускоряют появление заторов. Почему вроде бы правильные меры усугубляют проблему с пробками?

Власти бодро рапортуют, что сделано для улучшения ситуации на дорогах, а перемещения по городу занимают все больше времени. Автомобилисты считают пробки результатом коррупционного заговора или тотальной некомпетентности чиновников, ведь каждый, у кого есть машина, уверен, что знает ответы на извечные российские вопросы.

КТО ВИНОВАТ?

ДОРОГИ

Фундаментальная характеристика дороги, которая определяет, будут ли на ней образовываться пробки, — пропускная способность. И ее предельное значение — около 1500 машин в час на полосу. Ни качество асфальта, ни отбойники, ни разметка не способны этот показатель повысить, потому что машины должны держать дистанцию в несколько секунд и у них есть физический размер. «Более того, пропускная способность дороги в целом определяется пропускной способностью ее самого „узкого“ места, — замечает математик, старший преподаватель кафедры технологий моделирования сложных систем Высшей школы экономики Юрий Дорн. — Скажем, если прекрасное пятиполосное шоссе длиной в 1000 км в одном месте сужается до двух полос, его общая пропускная способность будет как у двухполосной дороги. И даже хуже: из-за того что машины тормозят, перестраиваясь из пяти рядов в два, итоговая пропускная способность окажется ниже».

У дорог есть и другие особенности, которые вроде бы противоречат здравому смыслу. Так, при увеличении скорости движения пропускная способность дороги может уменьшаться. «Количество машин, проходящих через сечение улицы за единицу времени, скорость автомобилей и плотность движения в транспортной механике связаны несложной формулой N = vq, — объясняет специалист по математическому моделированию транспортных потоков, профессор кафедры математических методов в экономике Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета Евгений Нурминский. — N — это интенсивность движения, авт/ч; v — скорость движения автомобилей, км/ч; q — плотность потока, авт/км. Изменяя один параметр, мы тянем за собой остальные. Если автомобили будут двигаться со скоростью 200 км/ч, плотность движения станет очень маленькой, потому что водители будут вынуждены выдерживать большую дистанцию. Соответственно, поток машин, который равен произведению плотности на скорость, окажется меньше, чем был бы при скорости движения в 60 км/ч».

САМИ ПРОБКИ

Хотя увеличение скорости может привести к тому, что поток автомобилей по дороге упадет, такой же эффект дает и ее снижение. Радикально поток автомобилей падает, когда машины едут медленнее 20 км/ч. «При такой низкой скорости максимально возможные 1500 машин за час из затора не выедут: для этого они слишком медленно перемещаются. Если выезжает только 1000 машин, за час в месте затора соберутся 500 автомобилей. С учетом физического размера машины (около пяти метров) и дистанции до соседних машин получается затор длиной в 2,5 км», — объясняет механику самоподдерживающихся пробок ведущий аналитик сервиса «Яндекс. Пробки» Леонид Медников. А к месту затора постоянно подъезжают новые автомобили, поэтому он может не рассасываться очень долго.

ТЕХНИКА

Что показывает «Яндекс. Пробки»

Самый популярный сервис в России, отображающий заторы в реальном времени, — «Яндекс. Пробки». Водители обвиняют его в «подкрутке» данных и неверном отражении ситуации. Ведущий аналитик сервиса Леонид Медников ответил на главные претензии пользователей.

Загруженность города определяется исходя из оценки ситуации на основных улицах и магистралях, список которых мало меняется. Эти дороги формируют «транспортный каркас», позволяющий проехать по всему городу. Сервис поддерживает оценочную шкалу так, чтобы 10 баллов отражали по-настоящему «мертвые» пробки. Если сохранять оценки неизменными, то при общем ухудшении ситуации в городе (увы!) сервис будет всегда выдавать 10 баллов и водители не смогут адекватно прогнозировать, сколько времени займет поездка.

Раньше дороги, скорость на которых была выше 30 км/ч, показывались зеленым, меньше 15 км/ч — красным, все, что посередине, — желтым. Но сейчас сервис использует относительную градацию цвета: он отражает загруженность дороги не вообще, а по сравнению с обычной ситуацией для этого места. Поэтому движение на «желтом» участке МКАД может по факту быть быстрее, чем на «зеленом» отрезке боковой улицы со светофорами и переходами.
Сервис показывает прогнозируемую ситуацию, основываясь на прошлых данных о конкретном участке. Но маршрут пока строится без учета этой информации. Поэтому, выехав сразу перед вечерним часом пик, посреди пути можно встать в плотную пробку, которая образовалась за несколько минут. «Учет прогноза развития ситуации — это пока единственное, в чем люди опережают навигатор», — утверждает Леонид Медников.

СТРУКТУРА ГОРОДА

Одной из самых эффективных структур города, которая позволяет лучше всего распределять транспортные потоки, является квадратно-гнездовая. Но большинство городов в России имеют кольцевую структуру с дорогами-радиусами. Такие города сформировались на месте крепостей, постепенно расширяясь. Для защиты от воинственных соседей подобная структура подходила идеально, но транспортные потоки в кольцевых городах распределяются максимально неудачно: перегруженными оказываются как центральные кольцевые магистрали, так и вылетные шоссе, по которым люди добираются в центр утром и выезжают из него вечером. «Кроме того, в мегаполисах с кольцевой структурой у водителей набегают колоссальные перепробеги, иногда в десятки километров за одну поездку», — добавляет Юрий Дорн.

Ученые говорят, что у городов с кольцевой структурой часто низкая связность. То есть способов добраться из одного места в другое немного, и на ключевых дорогах скапливаются машины, которые не могут проехать иначе.

Пытаясь разгрузить вечно стоящие шоссе, соединяющие разные районы города, власти расширяют дороги, но эффекта это не дает. Например, многие московские вылетные магистрали одним концом упираются в перегруженный центр, а другим — в густонаселенные «спальники». «Выход/вход на такие магистрали создает точки сгущения трафика, которые с ростом города оказываются глубоко внутри.

Кроме того, такие магистрали перерезают существующие транспортные пути, — отмечает Нурминский. — Чтобы нивелировать вредный эффект, нужно строить множество развязок и объездов, что опровергает первоначальную идею и весьма затратно».

РАСЧЕТ

Угол зрения

Транспортные потоки можно описывать с различной степенью «приближения», причем для этого используется математический аппарат из разных областей науки. Локальные решения водителей моделируют с помощью теории клеточных автоматов. Для описания поведения транспортных потоков на уровне отдельных дорог применяют аппарат гидродинамики — науки о поведении жидкостей. Для предсказания загрузки транспортной сети и распределения потоков по маршрутам применяются теория игр и теория оптимизации.

ВОДИТЕЛИ

Каждый, кто передвигается на машине, знает, что наносекунда — это время, через которое водитель сзади начинает сигналить после включения зеленого сигнала светофора. Автомобилисты, считающие себя разумными, в такие моменты очень раздражаются, полагая, что небольшая задержка не повлияет на транспортную ситуацию. И ошибаются. «Нерасторопность водителей может провоцировать заторы, — говорит Нурминский. — Пробка — нелинейная система с сильными положительными обратными связями, то есть в ответ на входящие сигналы она ведет себя совершенно не так, как вы предполагаете. Например, вы говорили за рулем по телефону и замедлились. Вроде бы ничего страшного, но все водители за вами вынуждены притормаживать — и возникает пробка, которая может рассасываться час».

Но главная причина увеличения пробок — как раз повышенная рациональность водителей. Пускай для простоты у автомобилиста есть выбор из двух дорог — разумеется, он склонится к самому быстрому маршруту. Так же поступят остальные водители, собирающиеся ехать в том же направлении. В результате более быстрая дорога скорее заполняется автомобилями, ее пропускной способности перестает хватать — и образуется пробка. Автомобилисты, которые выехали позже, увидев, что на их любимом маршруте затор, выбирают более долгую, но свободную дорогу, потому что теперь время проезда по обоим путям сравнялось. Если бы часть водителей изначально предпочла более далекий путь, пробка на коротком маршруте не возникла бы.

Ситуацию, когда время проезда по всем реально используемым маршрутам становится одинаковым, в транспортном моделировании называется равновесием Нэша — Вардропа. В этом состоянии никакие попытки водителя изменить маршрут не могут уменьшить время проезда. Более того, как показали недавно ученые из Кореи и США, метания автомобилистов по объездным дорогам ради экономии нескольких минут заметно ухудшают общую ситуацию. Когда машин много, дорожная ситуация неизбежно приходит в равновесие Нэша — Вардропа. С распространением навигаторов, которые показывают пробки, «сползание» в него ускорилось: выезжающие позже водители теперь сразу двигаются в объезд. Но, как объясняет Юрий Дорн, навигаторы не ухудшают ситуацию. Они ускоряют формирование пробок, зато в каждой оказывается меньше машин — ведь часть водителей сразу едет по альтернативному маршруту. Кроме того, некоторые автомобилисты сдвигают время отправления, сглаживая пиковые нагрузки. Наконец, благодаря навигаторам многие узнают про объездные дороги. «Конечно, для тех водителей, которые раньше свободно ехали по хитрым маршрутам, ситуация стала хуже, но суммарное время проезда по всем дорогам упало. Хотя зачастую суммарное и даже индивидуальное время проезда может увеличиваться», — заключает Дорн.

МОСКВА

В России пробки есть в любом крупном городе, но больше всего от них страдает столица. «В Москве сконцентрировано огромное количество видов деятельности, в том числе довольно специфических: это и финансовый сектор, и наука, и бизнес. Человек, который работает, скажем, в каком-то институте, должен ездить именно туда. А для продавца или человека с другой неспециализированной профессией привязка к месту не так актуальна», — рассказывает Дорн. К тому же, подавляющая доля рабочих мест сосредоточена в центре, а живут люди ближе к окраинам. В результате формируются маятниковые потоки, занимающие одни и те же дороги, на которых большую часть дня стоят пробки.

Высокая стоимость жилья в центре и российская привычка считать собственную квартиру великой ценностью не дают людям переехать поближе к работе. Идея столичных властей «переселить» чиновников на окраины тоже незаметно угасла. Впрочем, перенос не решит проблемы: если контору, где работает чиновник, перевести из центра, скажем, в Митино, но живет чиновник в Чертанове, он все равно будет ездить на службу через пол-Москвы.

ЧТО ДЕЛАТЬ?

НЕ ПЫТАТЬСЯ УСТРАНИТЬ ОТДЕЛЬНЫЕ ПРОБКИ

Главный постулат транспортной науки тот же, что и в медицине: с пробками нужно бороться до того, как они появились. Плодотворными будут действия, которые не дают заторам образовываться, а не попытки точечно устранить самые зловредные пробки. «Исправить ситуацию на локально неэффективных местах возможно, иногда для этого достаточно принять какие-то простые меры — скажем, убрать левый поворот и сделать разворот через 500 метров после перекрестка. Отсюда пробка уйдет, но она не исчезнет вовсе, а просто перекочует в другое место», — объясняет Нурминский.

МАТЕМАТИКА

ПАРАДОКС БРАЕСА

Строительство новой дороги, связывающей существующие, может ухудшить ситуацию во всей транспортной сети. Так как дороги связаны между собой, появление еще одного участка пути, на котором теперь всегда есть машины, увеличивает время проезда по всем маршрутам. Улучшить ситуацию можно, закрыв эту «Браесовскую дорогу». Однако обнаружить ее невозможно: пробки скапливаются не на ней, а на других путях.

ПОСТУЛАТ ЛЬЮИСА — МОГРИДЖА

Чем больше дорог строится, тем больше появляется машин. Часть людей предпочитают пересесть с общественного транспорта на личный.

ПАРАДОКС ДОУНСА — ТОМСОНА

Средняя скорость движения личного транспорта зависит от скорости, с которой добираются до места назначения пользователи общественного. Чем хуже развит общественный транспорт, тем больше людей предпочитают личный автомобиль.

ПАРАДОКС ПИГУ — НАЙТА — ДОУНСА
Добавление альтернативных дорог, когда люди выбирают маршрут рационально («эгоистично») приводит к устойчивому равновесию: все едут на личном транспорте, а автобусы остаются пустыми. Притом что время проезда одинаково.

НЕ СТРОИТЬ ДОРОГИ И НЕ ВВОДИТЬ НОВЫЕ МАРШРУТЫ

Не работает и кажущееся очевидным решение построить как можно больше дорог, чтобы увеличить пропускную способность транспортной сети. «Увидев, что появилось много свободных дорог, еще несколько миллионов человек пересядут на автомобили, и все новые маршруты тоже встанут», — говорит Дорн. Если бесконечно удовлетворять растущий спрос на дороги, рано или поздно все свободное пространство в городе окажется застроенным магистралями, где круглосуточно стоят автомобили.

Бессистемно вводить новые маршруты общественного транспорта тоже бесполезно. «Типичный пример — ввод новых окраинных станций метро, — рассказывает Дорн. — Учитывая, что пропускная способность ключевых узлов в центре и количество поездов, которые можно пустить по одной ветке, ограничены, такие меры просто приводят к „перекидыванию“ пробок в метро».

СТАВИТЬ СВЕТОФОРЫ

Любимые многими автомобилистами бессветофорные магистрали также усиливают транспортный коллапс. «Светофоры разрежают поток и не позволяют ему сгущаться, — объясняет Нурминский. — В идеале задача светофора — поддерживать оптимальную плотность движения, при которой транспортный поток максимален. В городе это достигается при скорости около 60 км/ч».

ДЕЛАТЬ ПЛАТНЫЕ ДОРОГИ

В условиях, которые характерны для большинства крупных городов, когда желающих проехать по дорогам больше, чем они могут вместить, самой эффективной мерой становится маршрутизация, то есть искусственное уменьшение привлекательности определенных путей. Например, с помощью введения платы за проезд. «Когда предел пропускной способности превышен, вы обязательно будете тратить какой-то ресурс, чтобы компенсировать разницу между более и менее эффективным маршрутом. Обычно эти ресурсы — время и нервы, потерянные в пробке. Платные дороги позволяют желающим компенсировать эту разницу не временем, а деньгами», — поясняет Юрий Дорн.

Кусачие цены вынуждают людей менять привычки: например, искать работу, которая позволяет частично трудиться на дому или переносить время выезда. «Разумеется, людям менее комфортно, чем было бы при пустых дорогах. Но пустых дорог в городах давно нет: сравнивать текущее положение нужно с ситуацией, когда город стоит в пробке. Для тех, кто поехал в объезд или выехал позже, ничего не поменялось: издержки остались теми же. А вот для тех, кто решил заплатить, ситуация улучшилась. При этом эффективность дорог в целом возрастает, так как она измеряется не отсутствием пробок, а суммарным временем, которое все едущие провели в пути», — замечает Дорн.

ОПИРАТЬСЯ НА НАУКУ

«Проблемы загруженности дорог можно решать только комплексно, просчитывая при помощи сложных математических моделей долгосрочные эффекты всех вводимых мер, — говорит Евгений Нурминский. — Наука — дама задумчивая, чтобы дать правильный ответ, ей нужно время, а чиновники хотят, чтобы все было сделано вчера». Из-за этого нередко колоссальные деньги тратятся на проекты, которые дают нулевой эффект или даже ухудшают обстановку на дорогах.

Дополнительно осложняет проблему тот факт, что в России катастрофически не хватает данных, на основании которых можно создавать адекватные транспортные модели. «В США, например, эту проблему решили законодательно: если застройщик хочет получить субсидии на сооружение дорог или зданий, он должен представить технико-экономическое обоснование, в котором по определенным методикам будут просчитаны все параметры строительства. В итоге на муниципальных уровнях появилось множество транспортно-аналитических отделов, которые готовят всю нужную информацию. Это создало мощный заказ на специалистов-транспортников, и сейчас практически в каждом крупном американском университете есть транспортно-исследовательское подразделение», — рассказывает Нурминский.

МЕХАНИЗМ

Все логично

Часто кажется, что пробка образовалась без причины. Но возникновению загадочных заторов есть объяснение.

ПРОБКА ИЗ НИЧЕГО

Как правило, на этом участке пути произошло ДТП, которое давно растащили. Пока автомобили были на месте, пропускная способность дороги упала, скажем, с 1500 до 1000 машин в час. После того как виновники аварии покинут место происшествия, пробка сохраняется, пока не проедут все скопившиеся машины. Если за час собралось 500 машин, то они будут выезжать из пробки «без причины» еще 20 минут, и все это время в хвост затора будут вставать новые автомобили.

ПРОБКИ В ПЛОХУЮ ПОГОДУ

Даже в отсутствие аварий загруженность дорог вырастает: водители стремятся держать безопасную дистанцию, плотность машин и пропускная способность дороги падают.

ПРОБКИ НА ДРУГОЙ СТОРОНЕ ОТ ДТП
Подобные заторы образуются из-за любопытства автомобилистов. Даже если водитель затормозил чуть-чуть, все едущие за ним машины тоже вынуждены снизить скорость. Пропускная способность падает, и эта волна замедления распространяется по потоку. Тот же эффект дают машины, перестраивающиеся из ряда в ряд: они заставляют притормаживать сразу несколько полос.

МЕНЯТЬ МЫШЛЕНИЕ

Уничтожить пробки в российских городах невозможно, не изменив социальные стереотипы. «Решать проблему, как людям каждый день добираться в центр и обратно, бесперспективно. Нужно мотивировать людей выбирать другие места, куда ехать», — говорит Дорн. Но пока рабочие места, особенно в Москве, сконцентрированы в центре, где чудовищно дорогое жилье, а «белого» арендного рынка практически не существует, реальных инструментов, которые могли бы повысить мобильность горожан, нет.

«Чтобы решить проблему с пробками и сделать жизнь приемлемой для всех, необходим долгосрочный план развития города, учитывающий не только транспортную ситуацию, — говорит Дорн. — Логика этого плана продиктует, как строить транспортную систему. А бесконечно подстраиваясь к текущим потребностям автомобилистов, через 10 лет можно усугубить проблему, и решить ее станет нереально».

Фото: ISTOCK, ALAMY, DREAMSFOTO / LEGION-MEDIA, GETTY IMAGES, ALAMY / LEGION-MEDIA, ISTOCK, AP / IMAGINECHINA / EAST NEWS, ISTOCK, GETTY IMAGES