Физика на задръстването

София, България, е много задръстен град. В момента заема 53-то място сред наблюдаваните от специализираната холандска компания Tom Tom 416 града в 57 страни. Други български градове не влизат в тази световна статистика, но това съвсем не означава, че е единственият с кошмарен трафик у нас.

И ще става по-лошо: Тенденция е броят на автомобилите да се увеличава. По груби сметки колите в движение по света през миналата година са били около 1,4 млрд., пада се по една на всеки 5,6 души от населението на планетата, включително децата. Ако се запазят темповете на производство и продажби, през 2035 г. по пътищата ще има 1,8 млрд., а към 2100-ата – 8 млрд. коли. Тенденция е и увеличаването на градското население. Няма достоверни данни как е у нас, но и с просто око се вижда, че градската инфраструктура все по-трудно издържа на потоците коли. И по магистралите се вижда.

Теоретичната физика обяснява как се ражда, развива и разсейва едно задръстване – в частност теориите на флуидите и теорията на хаоса обясняват как една сложна система може да премине (брутално) от едно състояние в друго. Науката е в състояние да предвиди в кой момент може да се получи ефектът на доминото и в кой - ефектът на пеперудата и да използва това знание срещу задръстванията.

Ефектът на доминото предизвиква поредица от събития, които са свързани с причинно-следствени връзки помежду си. Когато плочка от играта домино падне, тя повлича след себе си другите, които се намират наблизо, а те пък други… Ефектът на пеперудата, от своя страна, не е предизвикан от толкова явно свързани събития – пеперудата, която с едно движение на крилете си може да предизвика ураган в другия край на света, е метафора за незабележимата промяна, която при подходящи условия може да предизвика огромни промени.

Та, така. Науката изучава задръстванията. По света.

Има различни типове тапи. Някои са предизвикани от „механична“ причина –  катастрофа, затворен за ремонт участък, развален или неадекватен светофар, пункт за тол такса, това е сигурен начин да се струпат нервни шофьори в спрели коли.

Всъщност трафикът се държи като течност в тръба. Трябва да знаеш какъв е капацитетът на тръбата да пропусне течността, така че „мивката да не се запуши“ и колите да не спрат. Максималният капацитет за стандартна магистрала с три ленти е около 6600 автомобила на час. След тази граница трафикът спира да е флуиден, понеже надхвърля капацитета на „тръбата“. Теория на флуидите и собствен опит на твърдите тела на пътя.

Понякога обаче няма явна причина за задръстването, но пак има късаща-нервите-тапа. Няма катастрофа, няма стеснение на пътя, просто в един момент, след като си пълзял в продължение на километри, изведнъж потокът тръгва нормално.

Учените откриват, че в дъното на тези задръствания стои един-единствен шофьор, който по някаква причина забавя скоростта под нормалното. Това може да е предизвикано от гъстотата на трафика, но в крайна сметка опира до индивидуалното поведение.

Ако един шофьор внезапно намали скоростта, той задейства след себе си верижна реакция. Емпирично установено е, че всеки шофьор натиска спирачката една идея по-силно от този пред него. Създава се вълна, която се разпространява с около 20 км/час след първия шофьор. Тя завършва няколко километра по-назад със силно намаляване на скоростта и накрая със спиране на колите.

Честата смяна на лентите има същия ефект, понеже и тогава спирачките се използват внезапно и не винаги логично.

Разсейването на задръстването от своя страна се разгръща неравномерно като акордеон, понеже поведението на колите не е хомогенно. Някои ускоряват по-чевръсто от други, някои натискат повече спирачките от други.

И какво от това, че познаваме природата на задръстванията?

Властите в някои държави използват това знание, за да управляват и облекчават трафика по магистралите и в градовете, чиято инфраструктура е сред неизменните причини за автомобилното струпване. Така се е появила зелената вълна на светофарите. Така е създаден и принципът на изтегляне на колите от лентата, която в определен участък е затворена за ремонт: шофьорите от съседната, отворена лента са задължени да пропускат тези, които са принудени да се престроят. И това трябва да става непосредствено преди стеснението.  Задължението върви с глоба за неспазването му.

Така са определени разстоянието, на което се поставят предупредителните табели за стеснение на пътя, и ограниченията на скоростта…

Така следващия път, когато попаднем в тапа, можем да се сетим, че ние самите можем да си го причиним. Ако на някой му звънне телефонът. Или ако се заплеснем на светофара и не потеглим веднага щом светне зелено.

А можем и напълно научно да изискваме улиците да нямат неравности и дупки – защото всяко натискане на спирачка и криволичене са предпоставка за задръстване и за катастрофа.

И за финал изпробвайте трафик симулатора на Мартин Трибер от Дрезденския технически университет. Създайте си собствено онлайн задръстване и за секунди ще разберете как е възможно да се запуши бързо дори магистралата. Можете да моделирате факторите, които създават тапите, да променяте скоростта, трасетата, знаците и да наблюдавате ефекта върху потока. В крайна сметка, кой е казал, че изучаването и намирането на решения срещу задръстванията не трябва да е забавно?