Comment nous sommes harcelés par les voitures, provoquant des embouteillages et des effondrements

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

La construction d'autoroutes aggrave la situation sur les routes. De nouvelles routes entraînent un effondrement du trafic. Les navigateurs accélèrent la congestion. Pourquoi apparemment les bonnes mesures aggravent le problème des embouteillages ?

Les autorités rapportent joyeusement ce qui a été fait pour améliorer la situation sur les routes, et se déplacer dans la ville prend de plus en plus de temps. Les automobilistes considèrent les embouteillages comme le résultat d'un complot corrompu ou de l'incompétence totale des fonctionnaires, car tous ceux qui possèdent une voiture sont sûrs de connaître les réponses aux éternelles questions russes.

QUI EST COUPABLE ?

ROUTES

Une caractéristique fondamentale d'une route qui détermine si des embouteillages se produiront sur elle est le débit. Et sa limite est d'environ 1 500 voitures par heure et par piste. Ni la qualité de l'asphalte, ni les pare-chocs, ni les marquages ne sont capables d'augmenter cet indicateur, car les voitures doivent garder une distance de plusieurs secondes et elles ont une taille physique. « De plus, le débit d'une route est généralement déterminé par le débit de son point le plus étroit », note le mathématicien, maître de conférences au département des technologies de modélisation des systèmes complexes de la Higher School of Economics Yuri Dorn. - Disons que si une belle autoroute à cinq voies de 1000 km de long en un seul endroit se rétrécit à deux voies, sa capacité totale sera comme une route à deux voies. Et pire encore: du fait que les voitures ralentissent, passant de cinq rangées à deux, le débit final sera plus faible. »

Les routes ont d'autres caractéristiques qui semblent contredire le bon sens. Ainsi, avec une augmentation de la vitesse de déplacement, la capacité de la route peut diminuer. "Le nombre de voitures traversant la section transversale de la rue par unité de temps, la vitesse des voitures et la densité du trafic dans la mécanique des transports sont liés par une formule simple N = vq", explique Evgeny Nurminsky, un expert en modélisation mathématique de circulation, professeur au Département de méthodes mathématiques en économie de la Faculté des sciences naturelles de l'Université fédérale d'Extrême-Orient. … - N est l'intensité du trafic, auto/h; v - vitesse du véhicule, km / h; q - densité d'écoulement, auto / km. En changeant un paramètre, nous tirons le reste avec nous. Si les voitures roulent à une vitesse de 200 km/h, la densité du trafic sera très faible, car les conducteurs devront maintenir une longue distance. En conséquence, le flux de voitures, qui est égal au produit de la densité et de la vitesse, sera inférieur à ce qu'il serait à une vitesse de 60 km/h. »

LE LIÈGE VOUS-MÊME

Alors qu'une augmentation de la vitesse peut entraîner une baisse du trafic sur la route, le même effet est obtenu par une diminution de la vitesse. Le trafic automobile diminue considérablement lorsque les voitures roulent à moins de 20 km/h. « À une vitesse aussi basse, le maximum possible de 1 500 voitures par heure ne sortira pas du pétrin: elles roulent trop lentement pour cela. Si seulement 1000 voitures partent, 500 voitures seront rassemblées dans un embouteillage en une heure. Compte tenu de la taille physique de la voiture (environ cinq mètres) et de la distance aux voitures voisines, un embouteillage fait 2,5 km de long », a déclaré un analyste de premier plan de Yandex. Embouteillages Leonid Mednikov. Et les nouvelles voitures roulent constamment jusqu'au lieu de la congestion, de sorte qu'elle peut ne pas se dissoudre pendant très longtemps.

TECHNIQUE

Quel Yandex. Embouteillages"

Le service le plus populaire en Russie qui affiche la congestion en temps réel est Yandex. Embouteillages . Les chauffeurs l'accusent de « déformer » les données et de déformer la situation. Analyste principal du service Leonid Mednikov a répondu aux principales plaintes des utilisateurs.

La charge de travail de la ville est déterminée en fonction de l'évaluation de la situation sur les rues principales et les autoroutes, dont la liste change peu. Ces routes forment une « trame de transport » qui permet de circuler dans toute la ville. Le service maintient une échelle de notation de sorte que 10 points reflètent un trafic vraiment "mort". Si les notes restent inchangées, alors avec une dégradation générale de la situation en ville (hélas !), le service donnera toujours 10 points et les chauffeurs ne pourront pas prévoir adéquatement la durée du trajet.

Auparavant, les routes dont la vitesse était supérieure à 30 km/h étaient représentées en vert, les moins de 15 km/h en rouge, tout ce qui se trouvait au milieu était représenté en jaune. Mais maintenant, le service utilise un dégradé de couleurs relatif: il reflète la congestion du trafic non pas en général, mais en comparaison avec la situation habituelle pour cet endroit. Par conséquent, la circulation sur la section « jaune » de la rocade de Moscou peut en fait être plus rapide que sur la section « verte » d'une rue latérale avec des feux de circulation et des passages à niveau.

Le service affiche la situation prévue sur la base des données passées sur un site spécifique. Mais l'itinéraire est encore en construction sans tenir compte de cette information. Par conséquent, étant parti juste avant l'heure de pointe du soir, au milieu du chemin, vous pouvez vous retrouver dans un embouteillage dense, qui s'est formé en quelques minutes. "La prise en compte de la prévision de l'évolution de la situation est jusqu'à présent la seule chose dans laquelle les gens sont en avance sur le navigateur", explique Leonid Mednikov.

STRUCTURE DE LA VILLE

L'une des structures les plus efficaces de la ville, qui permet la meilleure répartition des flux de circulation, est la structure à emboîtement carré. Mais la plupart des villes de Russie ont une structure en anneau avec des routes de rayon. De telles villes se sont formées sur le site de forteresses, se développant progressivement. Une telle structure était idéale pour se protéger des voisins belligérants, mais les flux de circulation dans les villes périphériques sont aussi mal répartis que possible: aussi bien les autoroutes centrales que les autoroutes de sortie, le long desquelles les gens se rendent au centre le matin et le quittent le soir., s'avèrent surchargés. « De plus, dans les mégalopoles à structure en anneau, les conducteurs subissent des dépassements colossaux, parfois des dizaines de kilomètres par trajet », ajoute Yuri Dorn.

Les scientifiques disent que les villes en forme d'anneau ont souvent une faible connectivité. C'est-à-dire qu'il existe peu de moyens de se rendre d'un endroit à un autre et que les voitures s'accumulent sur les routes clés qui ne peuvent pas passer autrement.

En essayant de décharger les autoroutes toujours debout reliant les différents quartiers de la ville, les autorités agrandissent les routes, mais cela n'est pas efficace. Par exemple, de nombreuses autoroutes sortantes de Moscou se heurtent à un centre encombré à une extrémité et à l'autre extrémité dans des sacs de couchage densément peuplés. « La sortie/l'entrée de telles autoroutes crée des points de congestion du trafic qui, avec la croissance de la ville, se retrouvent profondément à l'intérieur.

De plus, ces autoroutes coupent les voies de transport existantes, note Nurminsky. "Pour neutraliser l'effet néfaste, il faut construire de nombreux échangeurs et détours, ce qui réfute l'idée de départ et est très coûteux."

PAIEMENT

Angle de vision

Les flux de trafic peuvent être décrits avec divers degrés d'"approximation", et pour cela, un appareil mathématique de différents domaines scientifiques est utilisé. Les décisions locales des conducteurs sont modélisées en utilisant la théorie des automates cellulaires. Pour décrire le comportement des flux de circulation au niveau des routes individuelles, l'appareil de l'hydrodynamique est utilisé - la science du comportement des fluides. La théorie des jeux et la théorie de l'optimisation sont utilisées pour prédire la charge sur le réseau de transport et la répartition des flux le long des routes.

CONDUCTEURS

Quiconque conduit une voiture sait qu'une nanoseconde est le temps après lequel le conducteur de derrière commence à klaxonner après avoir allumé le feu vert. Les automobilistes qui se considèrent raisonnables sont très agacés à de tels moments, estimant qu'un court retard n'affectera pas la situation de la circulation. Et ils ont tort.« La lenteur de la conduite peut provoquer des embouteillages », explique Nurminsky. - L'embouteillage est un système non linéaire avec une forte rétroaction positive, c'est-à-dire qu'en réponse aux signaux entrants, il se comporte complètement différemment de ce à quoi vous vous attendez. Par exemple, vous étiez au téléphone en conduisant et vous avez ralenti. Cela semble aller, mais tous les conducteurs derrière vous sont obligés de ralentir - et il y a un embouteillage qui peut se dissoudre pendant une heure. »

Mais la principale raison de l'augmentation des embouteillages est précisément la rationalité accrue des conducteurs. Même si pour simplifier l'automobiliste a le choix entre deux routes - bien sûr, il penchera vers la route la plus rapide. Les autres conducteurs qui ont l'intention de rouler dans le même sens feront de même. En conséquence, une route plus rapide est plus susceptible de se remplir de voitures, sa capacité n'est plus suffisante - et un embouteillage se forme. Les automobilistes partis plus tard, voyant qu'il y avait un embouteillage sur leur itinéraire préféré, empruntent une route plus longue, mais plus facile, car désormais les temps de trajet sur les deux itinéraires sont égaux. Si certains conducteurs préféraient initialement un trajet plus long, il n'y aurait pas d'embouteillage sur le trajet court.

La situation dans laquelle le temps de trajet sur toutes les routes réellement utilisées devient le même est appelée l'équilibre de Nash - Wardrop dans la modélisation des transports. Dans cet état, aucune tentative du conducteur de modifier l'itinéraire ne peut réduire le temps de trajet. De plus, comme l'ont montré récemment des scientifiques coréens et américains, jeter des automobilistes sur des routes de contournement afin de gagner quelques minutes aggrave sensiblement la situation générale. Lorsqu'il y a beaucoup de voitures, la situation routière aboutit inévitablement à un équilibre Nash-Wardrop. Avec la multiplication des navigateurs qui affichent les embouteillages, la « rampe » s'est accélérée: les conducteurs qui partent plus tard font désormais immédiatement un détour. Mais, comme l'explique Yuri Dorn, les navigateurs n'aggravent pas la situation. Ils accélèrent la formation d'embouteillages, mais il y a moins de voitures dans chacun - après tout, certains conducteurs empruntent immédiatement un itinéraire alternatif. De plus, certains automobilistes décalent les heures de départ pour lisser les pointes de charge. Enfin, grâce aux navigateurs, de nombreuses personnes s'initient aux routes de contournement. Bien sûr, pour les conducteurs qui roulaient auparavant librement sur des routes difficiles, la situation s'est aggravée, mais le temps de trajet total sur toutes les routes a diminué. Cependant, les temps de trajet totaux et même individuels peuvent souvent augmenter », conclut Dorn.

MOSCOU

En Russie, il y a des embouteillages dans toutes les grandes villes, mais la capitale en souffre le plus. « Un très grand nombre d'activités sont concentrées à Moscou, y compris des activités assez spécifiques: le secteur financier, la science et les affaires. Une personne qui travaille, disons, dans un institut, doit y aller. Et pour un vendeur ou une personne exerçant un autre métier non spécialisé, le lien vers un lieu n'est pas si pertinent », précise Dorn. De plus, l'écrasante part des emplois est concentrée dans le centre, tandis que les gens vivent plus près de la périphérie. En conséquence, des écoulements pendulaires se forment, occupant les mêmes routes, sur lesquelles il y a des embouteillages la majeure partie de la journée.

Le coût élevé du logement dans le centre et l'habitude russe de considérer leur propre appartement comme une grande valeur empêchent les gens de se rapprocher du travail. L'idée des autorités de la capitale de "délocaliser" les fonctionnaires en périphérie s'est aussi discrètement évanouie. Cependant, le transfert ne résoudra pas le problème: si le bureau où travaille le fonctionnaire est transféré du centre, disons, à Mitino, mais que le fonctionnaire vit à Chertanovo, il ira toujours travailler dans la moitié de Moscou.

QUE FAIRE?

N'ESSAYEZ PAS DE RETIRER DES FICHES SÉPARÉES

Le postulat principal de la science des transports est le même qu'en médecine: les embouteillages doivent être traités avant qu'ils n'apparaissent. Les actions qui empêchent la formation de congestions seront fructueuses, plutôt que les tentatives pour éliminer les embouteillages les plus nocifs point par point.«Il est possible de corriger la situation à des endroits localement inefficaces, il suffit parfois de prendre des mesures simples - par exemple, supprimer le virage à gauche et faire demi-tour 500 mètres après l'intersection. L'embouteillage partira d'ici, mais il ne disparaîtra pas du tout, mais se déplacera simplement vers un autre endroit », explique Nurminsky.

MATHÉMATIQUES

PARADOXE DE BRESA

La construction d'une nouvelle route reliant les routes existantes pourrait aggraver la situation de l'ensemble du réseau de transport. Les routes étant interconnectées, l'apparition d'un autre tronçon de voie, sur lequel il y a toujours des voitures désormais, augmente le temps de parcours sur tous les itinéraires. La situation peut être améliorée en fermant cette "route de Braesov". Cependant, il est impossible de le détecter: les embouteillages ne s'accumulent pas sur celui-ci, mais sur d'autres itinéraires.

POSTULAT LEWIS-MOHRIDGE

Plus les routes sont construites, plus les voitures apparaissent. Certaines personnes préfèrent passer des transports en commun aux personnels.

PARADOXE DOWNS-THOMSON

La vitesse moyenne d'un véhicule privé dépend de la vitesse à laquelle les usagers publics arrivent à destination. Moins les transports en commun sont développés, plus les gens préfèrent une voiture particulière.

PARADOXE DE PIGU-NIGHT-DOWN

L'ajout de routes alternatives, où les gens choisissent l'itinéraire de manière rationnelle (« égoïstement »), conduit à un équilibre stable: chacun conduit son propre véhicule et les bus restent vides. De plus, le temps de trajet est le même.

NE CONSTRUISEZ PAS DE ROUTES ET N'INTRODUISEZ PAS DE NOUVELLES ROUTES

La décision apparemment évidente de construire autant de routes que possible afin d'augmenter la capacité du réseau de transport ne fonctionne pas non plus. « Voyant qu'il y a beaucoup de routes libres, plusieurs millions de personnes supplémentaires passeront à la voiture et tous les nouveaux itinéraires s'arrêteront également », a déclaré Dorn. Si la demande croissante de routes est sans cesse satisfaite, tôt ou tard, tout l'espace libre de la ville sera construit avec des autoroutes, où les voitures sont garées 24 heures sur 24.

L'introduction de nouveaux itinéraires de transport public au hasard est également inutile. « Un exemple typique est l'introduction de nouvelles stations de métro à la périphérie », explique Dorn. « Considérant que la capacité des principaux carrefours du centre et le nombre de trains pouvant circuler sur une ligne sont limités, de telles mesures conduisent simplement à « jeter » des embouteillages dans le métro."

INSÉRER LES LUMIÈRES

Les autoroutes sans circulation, appréciées de nombreux automobilistes, aggravent également l'effondrement de la circulation. « Les feux de circulation fluidifient le flux et ne lui permettent pas de s'épaissir », explique Nurminsky. - Idéalement, la tâche d'un feu de circulation est de maintenir une densité de trafic optimale à laquelle le flux de trafic est maximal. En ville, cela se fait à une vitesse d'environ 60 km/h. »

FAIRE DES ROUTES PAYANTES

Dans des conditions typiques de la plupart des grandes villes, lorsqu'il y a plus de personnes qui souhaitent circuler sur les routes qu'elles ne peuvent en accueillir, le routage devient la mesure la plus efficace, c'est-à-dire en réduisant artificiellement l'attractivité de certains chemins. Par exemple, en introduisant un tarif. « Lorsque la limite de bande passante est dépassée, vous gaspillez certainement des ressources pour compenser la différence entre la route la plus efficace et la moins efficace. Habituellement, ces ressources sont du temps et des nerfs perdus dans le trafic. Les routes à péage permettent à ceux qui le souhaitent de compenser cette différence non pas avec du temps, mais avec de l'argent », explique Yuri Dorn.

Les prix mordants obligent les gens à changer leurs habitudes: par exemple, chercher un emploi qui leur permette de travailler partiellement à domicile ou de reporter l'heure du départ. « Bien sûr, les gens sont moins à l'aise qu'ils ne le seraient avec des routes désertes. Mais il n'y a pas longtemps de routes vides dans les villes: vous devez comparer la situation actuelle avec la situation lorsque la ville est dans un embouteillage. Pour ceux qui ont fait un détour ou qui sont partis plus tard, rien n'a changé: les coûts restent les mêmes. Mais pour ceux qui ont décidé de payer, la situation s'est améliorée. Dans le même temps, l'efficacité des routes en général augmente, car elle ne se mesure pas par l'absence d'embouteillages, mais par le temps total que tous les voyageurs ont passé sur la route », note Dorn.

APPRENDRE SUR LA SCIENCE

"Les problèmes de congestion routière ne peuvent être résolus de manière globale, en calculant les effets à long terme de toutes les mesures introduites à l'aide de modèles mathématiques complexes", explique Yevgeny Nurminsky. "La science est une dame réfléchie, pour donner la bonne réponse, il faut du temps, et les responsables veulent que tout soit fait hier." De ce fait, des sommes colossales sont souvent dépensées pour des projets qui n'ont aucun effet, voire aggravent la situation sur les routes.

Le problème est encore compliqué par le fait que la Russie manque cruellement de données sur la base desquelles il est possible de créer des modèles de transport adéquats. « Aux États-Unis, par exemple, ce problème a été résolu par la loi: si un développeur souhaite recevoir des subventions pour la construction de routes ou de bâtiments, il doit soumettre une étude de faisabilité, dans laquelle tous les paramètres de construction seront calculés selon certaines méthodes. En conséquence, de nombreux services de transport et d'analyse sont apparus au niveau municipal, qui préparent toutes les informations nécessaires. Cela a créé un ordre puissant pour les spécialistes des transports, et maintenant presque toutes les grandes universités américaines ont une division de recherche sur les transports », explique Nurminsky.

MÉCANISME

Tout est logique

Il semble souvent que le bouchon s'est formé sans raison. Mais il y a une explication à la mystérieuse congestion.

LE LIÈGE À PARTIR DE RIEN

En règle générale, un accident s'est produit sur cette section du chemin, qui a été emportée il y a longtemps. Pendant que les voitures étaient en place, la capacité de la route est passée, disons, de 1 500 à 1 000 véhicules par heure. Après que les auteurs de l'accident ont quitté les lieux, l'embouteillage persiste jusqu'à ce que toutes les voitures accumulées soient passées. Si 500 voitures se sont rassemblées en une heure, elles quitteront les embouteillages "sans raison" pendant encore 20 minutes, et pendant tout ce temps, de nouvelles voitures se lèveront à la queue de l'embouteillage.

CONFLITS PAR MAUVAIS TEMPS

Même en l'absence d'accidents, la congestion routière augmente: les conducteurs ont tendance à garder une distance de sécurité, la densité des véhicules et la capacité des routes diminuent.

Brouilleurs de l'autre côté d'un accident

De tels embouteillages se forment grâce à la curiosité des automobilistes. Même si le conducteur freine légèrement, toutes les voitures qui roulent derrière lui sont également obligées de ralentir. La capacité chute et cette onde de décélération se propage vers l'aval. Les voitures qui passent d'une rangée à l'autre donnent le même effet: elles obligent plusieurs voies à ralentir à la fois.

CHANGER DE PENSÉE

Il est impossible de détruire les embouteillages dans les villes russes sans changer les stéréotypes sociaux. «Résoudre le problème de la façon dont les gens se rendent au centre et en reviennent chaque jour est futile. Vous devez motiver les gens à choisir d'autres endroits où aller », explique Dorn. Mais alors que les emplois, notamment à Moscou, sont concentrés dans le centre, où les logements sont monstrueusement chers, et qu'il n'y a pratiquement pas de marché locatif « blanc », il n'y a pas de véritables outils qui pourraient augmenter la mobilité des citoyens.

« Résoudre le problème des embouteillages et rendre la vie acceptable pour tout le monde nécessite un plan de ville à long terme qui ne tienne pas uniquement compte de la situation de la circulation », explique Dorn. - La logique de ce plan dictera comment construire un système de transport. Et en s'adaptant sans cesse aux besoins actuels des automobilistes, dans 10 ans le problème peut s'aggraver, et il deviendra irréaliste de le résoudre."