Математики СПбГУ выяснили, как избавить мегаполисы от пробок — Naked Science
11 минут
СПбГУ
11

Математики СПбГУ выяснили, как избавить мегаполисы от пробок

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета Александр Крылатов и Виктор Захаров предложили бороться с пробками с помощью математических алгоритмов. Их исследования утверждают, что улучшить транспортную ситуацию в большом городе помогут сбалансированное изменение инфраструктуры и единая навигационная система.

Дорожная пробка / ©www.32cars.ru

Монография математиков вышла в международном издательстве Springer.

Из-за того, что личные автомобили во всем мире становятся все более доступными, в больших городах часто возникает проблема — машины не могут беспрепятственно перемещаться. Поиском ее решения ученые занимаются уже давно: еще с конца 1950-х годов теория транспортных потоков превратилась в самостоятельный раздел прикладной математики. Но именно в последние десятилетия актуальность подобных исследований выросла в несколько раз.

«В России задача организации дорожного движения исторически лежит на плечах транспортных инженеров. При этом они в большей степени специализируются на решениях, связанных с конструктивными изменениями отдельных участков сети, и не обладают компетенциями в области системного увеличения ее пропускной способности.

Таким образом, в условиях все возрастающих транспортных потоков, даже если инженерам удается добиться локальных улучшений, через некоторое время потоки перестраиваются и те же пробки возникают в других местах», — рассказал профессор кафедры математического моделирования энергетических систем СПбГУ доктор физико-математических наук Александр Крылатов.

В монографии, написанной ученым вместе с профессором кафедры математического моделирования энергетических систем СПбГУ доктором физико-математических наук Виктором Захаровым, представлены новые математические подходы к оптимизации трафика, а также возможные способы их реализации.

Принципы, которыми предлагают руководствоваться ученые, еще в 1952 году сформулировал английский математик и транспортный аналитик Джон Глен Вардроп. Первый из них — принцип равновесия — это математический конструкт, позволяющий моделировать системы, в частности трафик, предполагая, что каждый водитель преследует исключительно личные цели. Именно поэтому созданные с его помощью модели базируются на том, что в основе любых изменений транспортных потоков должно лежать эгоистическое поведение автовладельцев.

Второй принцип — системный оптимум Вардропа — утверждает, что существует возможность директивного управления всеми транспортными средствами. Однако авторы монографии делают упор именно на первый принцип: они считают, что на поведение водителей можно повлиять опосредованно — через изменение дорожной инфраструктуры. Спрогнозировать, как благодаря этому изменится трафик на каждом локальном участке сети, позволяют математические модели.

Авторы отмечают, что большое влияние на управление транспортными потоками оказывают навигационные системы водителей. По их мнению, самая эффективная ситуация сложится в том случае, если все водители будут использовать одну и ту же систему и получать информацию о целесообразных маршрутах из единого центра. Иначе, если один из крупных навигаторов внезапно объявит, что перенаправит своих пользователей так, что дорожная ситуация в городе улучшится, а другие навигаторы его не поддержат, изменения все равно останутся на уровне локальных — система перестроится, и проблема не будет решена.

Оптимизация трафика возможна также за счет расширения или сужения дорожного полотна, что особенно важно в условиях городов, обладающих уже сложившейся сетью. В таких случаях часто невозможно удлинить дорогу от перекрестка до перекрестка, а строительство развязок не всегда бывает целесообразно.

«Используя математический подход, мы доказали, что оптимальный способ улучшения топологии улично-дорожной сети заключается в максимально возможном расширении дорожного полотна кратчайших маршрутов следования между выявленными пунктами отправления и прибытия водителей. При этом необходимо расширять весь маршрут, а не только одну или несколько из входящих в него улиц, иначе может возникнуть «бутылочное горлышко». После этого можно переходить к следующему по значимости у автомобилистов маршруту. Это гарантировано приведет к уменьшению среднего времени движения в сети в целом», — объяснил Александр Крылатов.

В тех случаях, когда дорожное полотно сложно увеличить физически, целесообразно использовать другие методы: например, запретить парковку на протяжении всего маршрута. Кроме того, наука может помочь в создании выделенных дорог для электротранспорта, если администрация города захочет таким образом мотивировать водителей переходить на «зеленые» автомобили. Специально для них можно создать отдельные маршруты, добираться по которым станет значительно проще.

«Каждый год на улучшение дорог выделяется немалый бюджет. Математическая теория распределения транспортных потоков предлагает набор решений для эффективного управления этими денежными средствами, — сказал ученый. — При этом математический подход в данном случае выигрывает у инженерно-экономического, так как позволяет анализировать транспортную сеть целиком, учитывая сложные законы взаимного влияния отдельных ее элементов друг на друга. Мы проделали большую работу в области моделирования транспортных потоков и сетей. Теперь мы хотим перейти к этапу реализации наших идей на практике».

Одним из способов применения математических моделей может быть разработка на их основе цифровых двойников транспортных систем. Эти симуляции, реализованные в виде компьютерных программ, станут крайне полезным интеллектуальным инструментом в руках транспортных инженеров.

«За счет построения цифровых двойников транспортной системы и их использования для оптимизации потоков может быть достигнут баланс между спросом на пользование системой и возможностями инфраструктуры. В условиях цифровизации экономики без этого вряд ли удастся обойтись», — добавил Виктор Захаров.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
СПбГУ
10 статей
Один из старейших, крупнейших и ведущих классических университетов и один из важнейших центров науки, образования и культуры в России.
Сегодня, 09:31
5 минут
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

9 часов назад
6 минут
Мария Кривоченко

Это крупнейшее исследование ДНК людей, живущих в Северной и Южной Америке. Оно показывает, откуда в США появились рабы, и раскрывает детали жестокого обращения с ними.

Сегодня, 09:34
3 минуты
Сергей Васильев

Новый метод позволил сделать немагнитный пирит ферромагнетиком, подходящим для использования в электронике и солнечных батареях.

Сегодня, 09:31
5 минут
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

Вчера, 11:27
35 минут
Александр Березин

На планете разворачивается новая лунная гонка. Российская космическая отрасль пытается обозначить участие в ней, патентуя многопусковой полет к спутнику Земли. Очевидно, что это лишь суррогат сверхтяжелых ракет, которых мы пока не строим. США, напротив, активно разрабатывают сразу два сверхтяжа – но и там не все гладко. Их лунная программа может испытать сильнейший удар в ближайший год. Скептики считают, что усилия всех участников гонки бесполезны. Мол, пилотируемые полеты к другим небесным телам не нужны, ибо дороги. Автоматы смогут все сделать намного дешевле. На деле лунная программа, как мы покажем ниже, не дороже полетов к МКС. Да и автоматы не дадут нам ничего подобного результатам пилотируемой лунной экспедиции. Попробуем разобраться почему.

29 июля
7 минут
Мария Азарова

По мнению авторов новой работы, вертикальное сельское хозяйство позволит удовлетворить спрос на продукты питания, который значительно возрастет к середине-концу столетия. Благодаря вертикальным установкам можно будет повысить урожайность пшеницы в сотни раз, использовать повторно воду для полива и не зависеть от погоды.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

[miniorange_social_login]

Комментарии

11 Комментариев

Andriuha
29.12.2019
-
-1
+
Бессветофорное движение, 🚦🚫 и только оно, спасёт городские часы. Но, увы, оставит не при делах многочисленный персонал неумех в профильной службе; хотя, это в перспективе, до тех пор могли бы и расстараться, наконец-то сделать хоть что-то для города, за шанс блеснуть в естественном отборе, перед полной заменой чиновников сервером😄
Ulogin
28.12.2019
-
0
+
Математики поиграли в SimCity)
Andriuha
28.12.2019
-
0
+
Математики... Захватить, отжать, запретить 😜⁉️ "Прочитайте статью, а не... статью" Перевести... Купить эту книгу электронная книга 117,69 € "Городская администрация захочет" - она не хочет лишать себя дохода, нет проблем, пробок - не нужны многочисленные места персонала администрации.
Rincewind Discworld
28.12.2019
-
0
+
Самый надежный способ уменьшить пробки - запретить к черту личный автотранспорт и увеличить количество общественного.
Andrei Filimonov
26.12.2019
-
2
+
Язык университетской курсовой, текста много, слова сложные, а смысл какой? Что делать? Дороги шире? Так делают? Навигатор единый, так у всех Яндекс Навигатор
    Вячеслав Батов
    27.12.2019
    -
    0
    +
    Прочитайте статью, а не новость
Александр Сафронов
26.12.2019
-
3
+
"...то оптимальный способ улучшения топологии улично-дорожной сети заключается в максимально возможном расширении дорожного полотна кратчайших маршрутов " У меня после этой фразы, возникла уверенность, что это какие то лжеученые проводили исследование. Частое чередование и контак широких скоростных участков с участками с низкой скоростью, а в городе не обойтись без последних никак, влечет наоборот риск возникновения больших пробок из-за перепадов скорости и торможения. Пробки не образуются там, где плавный без резких перепадов скоростной режим, европейцы это уже давно поняли и перестраивают свою дорожную сеть, в том числе и искусственно успокаивая трафик, сужая дорогу, так где объективно необходимо снижение скорости как по соображениям безопасности, так и поддержания пропускной способности сети.
    Вячеслав Батов
    27.12.2019
    -
    0
    +
    Прежде чем критиковать, ознакомьтесь с монографией, а не делайте выводы об исследовании на основе статьи.
      Александр Сафронов
      27.12.2019
      -
      1
      +
      У меня критика, конкретного предложения из статьи, если вы уверены, что в монографии этого нет, а это придумал автор статьи, то приношу извинения, но если точно такое же утверждение содержится и в монографии, то не вижу причин менять выводы.
Al Chernikov
26.12.2019
-
3
+
В заголовке ошибка: они не "выяснили", а "выяснЯли". Но не учли простого факта: любое улучшение дорог приводит к увеличению пользования автомобилями. Я бы предложил такой заголовок: "Математики предложили способ, как вывести на дорогу ещё больше машин под предлогом борьбы с пробками"
Артем Баранков
26.12.2019
-
1
+
Видимо я ору

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: