Nikt nie lubi stać w korkach. Marnuje paliwo, zabija cierpliwość i wydłuża wakacyjną podróż o wiele godzin. Ale oto brzydka prawda o tym, dlaczego utknąłeś. Najprawdopodobniej sam to spowodowałeś. A przynajmniej Twój styl jazdy odegrał decydującą rolę.
Lubimy zrzucać winę za zatory na wypadki lub roboty drogowe. Wydaje się to sprawiedliwe: istnieje widoczny powód. Ale najbardziej irytujące korki często nie mają obiektywnych podstaw. Są to zatory „duchowe”. Fale „przyspieszenia-hamowania”, które rozprzestrzeniają się wstecz wzdłuż toru, nawet gdy wszystkie samochody jadą do przodu.
Matematyka dokładnie wyjaśnia, jak to się dzieje. I proponuje proste rozwiązanie: przestań przełączać się między pasami.
Dlaczego korki powstają bez wypadków?
W 2008 roku japońscy badacze umieścili 22 kierowców na torze okrężnym. Żadnych przeszkód. Żadnych konwencji. Tylko zamknięty tor asfaltowy. Kierowcom polecono zachować stałą prędkość i bezpieczną odległość od poprzedzającego pojazdu.
Wynik? Całkowity paraliż ruchu w ciągu kilku minut.
Co się stało? Jeden z kierowców zahamował nieco mocniej, niż wymagała tego sytuacja. Być może odwrócił wzrok. Być może był zmęczony. Kierowca jadący z tyłu zareagował z sekundowym opóźnieniem i dla zachowania bezpieczeństwa zahamował jeszcze mocniej. Następny kierowca zrobił to samo. Początkowe minimalne zaburzenie nasiliło się i rozprzestrzeniło wstecz.
Zanim fala dotarła do końca kolumny, samochody całkowicie się zatrzymały. Dlaczego? Bo lekkie niezdecydowanie na czele kolumny przerodziło się w mocne hamowanie na jej ogonie. Nikt nie rozumiał, dlaczego mieliby zwolnić. Po prostu reagowali na światła stopu samochodów poprzedzających.
Na tym polega „upiorna” istota tego zjawiska. Korek powstaje ze względu na czas reakcji człowieka, a nie z powodu barier fizycznych.
Wyjaśnienie jest zaskakująco proste: jeden kierowca hamuje nieco częściej niż to konieczne, a reakcja łańcuchowa narasta, aż kierowcy znajdujący się setki metrów dalej całkowicie się zatrzymują.
Hydrodynamika ruchu samochodowego
Matematycy nie modelują zachowań poszczególnych kierowców. To zbyt chaotyczne. Zamiast tego postrzegają przepływ ruchu jako wodę przepływającą przez rurę. Jest to zastosowanie dynamiki płynów do żelaznych skrzynek.
Kluczowe równanie wygląda następująco: $q = \rho v$.
- $q$ — natężenie ruchu (liczba samochodów przejeżdżających przez dany punkt w ciągu godziny).
- $\rho$ (ro) — natężenie ruchu (ile samochodów jest na drodze).
- $v$ — średnia prędkość.
Formuła ta ujawnia sprzeczny z intuicją fakt. Zwiększanie liczby maszyn zwiększa przepustowość… do pewnego limitu. Gdy tylko droga stanie się zbyt zatłoczona, gęstość ($\rho$) wzrasta, ale prędkość ($v$) gwałtownie spada. Produkt ($q$) maleje. Samochodów jest więcej, ale mniej przejeżdża przez punkt kontrolny na godzinę.
Istnieje optymalna gęstość strumienia. Po tym momencie dodanie choćby jednej maszyny zmniejsza wydajność systemu dla wszystkich. Zwalniasz, aby dopasować się do przepływu. Samochód jadący za tobą zwalnia. Rozpoczyna się reakcja łańcuchowa.
Czy zmiana pasa pomaga Ci szybciej dotrzeć na miejsce?
Większość z nas uważa, że pas obok nas porusza się szybciej. To iluzja. I kłamstwo, które matematyka obala.
Każda zmiana pasa powoduje zakłócenia. Przyspieszasz, aby zająć wolne miejsce. Samochód z przodu zwalnia nieco, aby Cię dostosować. Samochód jadący za tym kierowcą reaguje na światła stopu. Właśnie utworzyłeś mikrowtyczkę.
Jeśli wszyscy zrobią to samo, zakłócenia te będą się kumulować. Tworzą fale opisane powyżej. Twój „sztuczny” manewr mający na celu zaoszczędzenie 30 sekund prawdopodobnie wydłuży Twoją podróż o 2 minuty i spowolni cały ruch.
Dlaczego ciągle to robimy? Ponieważ sprzężenie zwrotne jest zepsute. Czujesz, że wygrywasz. System twierdzi, że przegrywasz.
Jak autonomiczne samochody mogą powstrzymać chaos
Czy matematyka może to naprawić? Tak. Nie przez to, że staniesz się mądrzejszy, ale przez wyeliminowanie cię z równania.
W 2018 roku naukowcy powtórzyli eksperyment na torze okrężnym. Ale tym razem zastąpili pojedynczego ludzkiego kierowcę autonomicznym samochodem. Robot został zaprogramowany tak, aby płynnie przyspieszał i zwalniał. Nie wpadł w panikę. Nie zareagował przesadnie.
Wynik był imponujący.
Ten pojedynczy samochód-robot, który stanowił mniej niż 5% całego ruchu, gasił falę „przyspieszania i zwalniania”. Wtyczka Ghost zniknęła. Zużycie paliwa spadło w przypadku każdego kierowcy na autostradzie.
To działa, ponieważ autonomiczny samochód działa jak amortyzator przepływu. Przerywa łańcuch wzmocnionych reakcji. Utrzymuje optymalną gęstość lokalną, co stabilizuje system globalny.
Wskazówki dotyczące jazdy w korkach
W pełni autonomiczne samochody będziemy mieć wszędzie dopiero w przyszłym roku. Do tego czasu możesz używać tych samych zasad matematycznych, aby ulepszyć swoje przejazdy.
Celem nie jest wyprzedzanie innych kierowców. Celem jest stabilizacja systemu.
- Zachowaj większy dystans. Daj sobie bufor, abyś nie musiał gwałtownie hamować, gdy samochód z przodu zwalnia.
- Przyspieszaj i hamuj płynnie. Nagłe ruchy powodują „hałas” w systemie. Płynna kontrola utrzymuje przepływ laminarny (płynny).
- Trzymaj się swojego pasa. Powstrzymaj chęć zmiany pasa dla drobnego zysku. Rzadko ci to pomaga, a prawie zawsze szkodzi innym.
Ruch to złożony system. Jesteś tego częścią. Kiedy jedziesz agresywnie, degradujesz sieć. Kiedy jedziesz płynnie, utrzymujesz go.
To może nie wydawać się oczywiste. Ale najszybszym sposobem dotarcia do celu jest jazda nie jak bohater, ale jak robot.
