Wie wir von Autos belästigt werden, Staus und Zusammenbrüche verursachen

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Der Bau von Autobahnen verschärft die Situation auf den Straßen. Neue Strecken führen zum Verkehrskollaps. Navigatoren beschleunigen Staus. Warum verschärfen scheinbar die richtigen Maßnahmen das Stauproblem?

Fröhlich berichten die Behörden darüber, was getan wurde, um die Situation auf den Straßen zu verbessern, und die Fortbewegung in der Stadt dauert immer länger. Autofahrer halten Staus für das Ergebnis einer korrupten Verschwörung oder der totalen Inkompetenz der Beamten, denn jeder, der ein Auto besitzt, ist sich sicher, die Antworten auf ewige russische Fragen zu kennen.

WER IST SCHULDIG?

STRASSEN

Ein grundlegendes Merkmal einer Straße, das bestimmt, ob es auf ihr zu Staus kommt, ist der Durchsatz. Und seine Grenze liegt bei etwa 1.500 Autos pro Stunde und Streifen. Weder die Qualität des Asphalts, noch die Stoßstangen, noch die Markierungen können diesen Indikator erhöhen, da die Autos mehrere Sekunden Abstand halten müssen und eine physikalische Größe haben. „Außerdem wird der Durchsatz einer Straße im Allgemeinen durch den Durchsatz ihrer engsten Stelle bestimmt“, sagt der Mathematiker, Oberdozent am Lehrstuhl für Modellierungstechnologien komplexer Systeme an der Wirtschaftshochschule Yuri Dorn. - Sagen wir, wenn sich eine schöne fünfspurige Autobahn von 1000 km Länge an einer Stelle auf zwei Spuren verengt, wird ihre Gesamtkapazität wie eine zweispurige Straße sein. Und noch schlimmer: Aufgrund der Tatsache, dass die Autos langsamer werden und von fünf auf zwei Reihen wechseln, wird der Enddurchsatz geringer sein.“

Straßen haben andere Merkmale, die dem gesunden Menschenverstand zu widersprechen scheinen. Mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit kann die Kapazität der Straße also abnehmen. „Die Anzahl der Autos, die pro Zeiteinheit den Straßenquerschnitt passieren, die Geschwindigkeit der Autos und die Verkehrsdichte in der Verkehrsmechanik sind durch eine einfache Formel N = vq verbunden“, erklärt Evgeny Nurminsky, Experte für mathematische Modellierung von Verkehrsströme, Professor am Lehrstuhl für Mathematische Methoden der Wirtschaftswissenschaften an der Fakultät für Naturwissenschaften der Fernöstlichen Bundesuniversität. … - N ist die Verkehrsintensität, Auto / h; v - Fahrzeuggeschwindigkeit, km / h; q - Flussdichte, Auto / km. Indem wir einen Parameter ändern, ziehen wir den Rest mit uns. Wenn sich Autos mit einer Geschwindigkeit von 200 km / h bewegen, wird die Verkehrsdichte sehr gering sein, weil die Fahrer einen langen Abstand einhalten müssen. Dementsprechend wird der Autostrom, der gleich dem Produkt aus Dichte und Geschwindigkeit ist, geringer sein als bei einer Geschwindigkeit von 60 km/h."

DER KORK SELBST

Während eine Erhöhung der Geschwindigkeit zu einem Rückgang des Verkehrs auf der Straße führen kann, wird der gleiche Effekt durch eine Verringerung der Geschwindigkeit erreicht. Der Autoverkehr nimmt dramatisch ab, wenn Autos langsamer als 20 km / h fahren. „Bei so geringer Geschwindigkeit kommen die maximal möglichen 1.500 Autos pro Stunde nicht aus dem Stau, dafür sind sie zu langsam unterwegs. Wenn nur 1000 Autos abfahren, stehen in einer Stunde 500 Autos im Stau. Unter Berücksichtigung der physischen Größe des Autos (etwa fünf Meter) und der Entfernung zu benachbarten Autos ist ein Stau 2,5 km lang“, sagte ein führender Analyst von Yandex. Staus Leonid Mednikov. Und ständig fahren neue Autos an die Stelle des Staus, sodass er sich möglicherweise sehr lange nicht auflöst.

TECHNIK

Was für Yandex. Staus"

Der beliebteste Dienst in Russland, der Staus in Echtzeit anzeigt, ist Yandex. Staus". Die Fahrer werfen ihm vor, die Daten "verdreht" und die Situation falsch dargestellt zu haben. Der führende Analyst des Dienstes Leonid Mednikov beantwortete die wichtigsten Beschwerden der Benutzer.

Die Arbeitsbelastung der Stadt wird anhand der Lagebeurteilung auf den Hauptstraßen und Autobahnen ermittelt, deren Liste sich wenig ändert. Diese Straßen bilden einen "Transportrahmen", mit dem Sie durch die ganze Stadt reisen können. Der Dienst unterhält eine Bewertungsskala, so dass 10 Punkte wirklich "toten" Verkehr widerspiegeln. Wenn die Bewertungen unverändert bleiben, wird der Dienst bei einer allgemeinen Verschlechterung der Situation in der Stadt (leider!) immer 10 Punkte vergeben und die Fahrer können die Dauer der Fahrt nicht angemessen vorhersagen.

Bisher wurden Straßen mit einer Geschwindigkeit über 30 km/h grün, unter 15 km/h rot, alles in der Mitte gelb dargestellt. Aber jetzt verwendet der Dienst eine relative Farbabstufung: Er spiegelt den Verkehrsstau nicht allgemein, sondern im Vergleich zur üblichen Situation für diesen Ort wider. Daher kann der Verkehr auf dem „gelben“Abschnitt der Moskauer Ringstraße tatsächlich schneller sein als auf dem „grünen“Abschnitt einer Nebenstraße mit Ampeln und Kreuzungen.

Der Dienst zeigt die prognostizierte Situation basierend auf vergangenen Daten zu einer bestimmten Site an. Aber die Route wird noch ohne Berücksichtigung dieser Informationen gebaut. Wenn Sie also kurz vor der abendlichen Rushhour abgefahren sind, können Sie mitten auf der Strecke in einen dichten Stau geraten, der sich in wenigen Minuten gebildet hat. „Die Berücksichtigung der Prognose der Lageentwicklung ist bislang das Einzige, wo die Menschen dem Navigator voraus sind“, sagt Leonid Mednikov.

STRUKTUR DER STADT

Eine der effizientesten Strukturen der Stadt, die eine optimale Verteilung der Verkehrsströme ermöglicht, ist die Quadrat-Nest-Struktur. Aber die meisten Städte in Russland haben eine Ringstruktur mit Radiusstraßen. Solche Städte wurden auf dem Gelände von Festungen gebildet und wuchsen allmählich. Ein solches Bauwerk war ideal zum Schutz vor kriegerischen Nachbarn, aber Verkehrsströme in Ringstädten sind so schlecht wie möglich verteilt: sowohl die zentralen Ringautobahnen als auch die Ausfahrtsautobahnen, über die man morgens ins Zentrum kommt und abends wieder verlässt, erweisen sich als überlastet. „Außerdem erleben die Fahrer in Megalopolen mit Ringstruktur kolossale Überschreitungen, manchmal zig Kilometer pro Fahrt“, ergänzt Yuri Dorn.

Wissenschaftler sagen, dass ringförmige Städte oft eine geringe Konnektivität aufweisen. Das heißt, es gibt nur wenige Möglichkeiten, von einem Ort zum anderen zu gelangen, und Autos sammeln sich auf wichtigen Straßen an, die sonst nicht passieren können.

Beim Versuch, die ständig stehenden Autobahnen, die verschiedene Bezirke der Stadt verbinden, zu entladen, bauen die Behörden die Straßen aus, aber dies ist nicht effektiv. Viele der abgehenden Autobahnen Moskaus münden beispielsweise an einem Ende in ein verstopftes Zentrum und am anderen Ende in dicht besiedelte Schlafsäcke. „Die Ausfahrt/Einfahrt solcher Autobahnen schafft Staupunkte, die sich mit dem Wachstum der Stadt tief im Inneren befinden.

Darüber hinaus unterbrechen solche Autobahnen die bestehenden Verkehrswege, stellt Nurminsky fest. "Um die schädliche Wirkung zu neutralisieren, müssen viele Anschluss- und Umwege gebaut werden, was die ursprüngliche Idee widerlegt und sehr kostspielig ist."

ZAHLUNG

Sichtwinkel

Verkehrsströme lassen sich mit unterschiedlicher "Annäherung" beschreiben, dazu wird ein mathematischer Apparat aus unterschiedlichen Wissenschaftsgebieten verwendet. Lokale Entscheidungen von Fahrern werden mit der Theorie der zellularen Automaten modelliert. Um das Verhalten von Verkehrsströmen auf der Ebene einzelner Straßen zu beschreiben, wird der Apparat der Hydrodynamik verwendet - die Wissenschaft vom Verhalten von Flüssigkeiten. Spieltheorie und Optimierungstheorie werden verwendet, um die Belastung des Transportnetzes und die Verteilung der Ströme entlang der Routen vorherzusagen.

FAHRER

Jeder Autofahrer weiß, dass eine Nanosekunde die Zeit ist, nach der der Fahrer von hinten nach dem Einschalten der grünen Ampel zu hupen beginnt. Autofahrer, die sich für vernünftig halten, sind in solchen Momenten sehr verärgert, weil sie glauben, dass eine kurze Verzögerung die Verkehrssituation nicht beeinträchtigt. Und sie liegen falsch.„Das Fahren mit Langsamkeit kann Staus provozieren“, sagt Nurminsky. - Stau ist ein nichtlineares System mit starker positiver Rückkopplung, dh es verhält sich bei eingehenden Signalen ganz anders als erwartet. Sie haben beispielsweise während der Fahrt telefoniert und sind langsamer geworden. Es scheint in Ordnung zu sein, aber alle Fahrer hinter Ihnen sind gezwungen, langsamer zu fahren - und es entsteht ein Stau, der sich für eine Stunde auflösen kann."

Der Hauptgrund für die Zunahme der Staus ist aber gerade die gesteigerte Rationalität der Autofahrer. Auch wenn der Autofahrer der Einfachheit halber die Wahl zwischen zwei Straßen hat – er wird natürlich die schnellste Route bevorzugen. Andere Fahrer, die in die gleiche Richtung fahren möchten, werden dasselbe tun. Dadurch füllt sich eine schnellere Straße eher mit Autos, ihre Kapazität reicht nicht mehr aus – und es bildet sich ein Stau. Autofahrer, die später abfahren, weil auf ihrer Lieblingsstrecke ein Stau war, nehmen einen längeren, aber einfacheren Weg, denn jetzt sind die Fahrzeiten auf beiden Strecken gleich. Bevorzugen einige Autofahrer zunächst eine längere Strecke, gäbe es auf der kurzen Strecke keinen Stau.

Die Situation, in der die Reisezeit auf allen tatsächlich genutzten Routen gleich wird, wird in der Transportmodellierung als Nash-Wardrop-Gleichgewicht bezeichnet. In diesem Zustand kann kein Versuch des Fahrers, die Route zu ändern, die Fahrzeit verkürzen. Darüber hinaus verschlechtern, wie kürzlich Wissenschaftler aus Korea und den USA gezeigt haben, Autofahrer auf Umgehungsstraßen zu werfen, um ein paar Minuten zu sparen, die Gesamtsituation merklich. Bei vielen Autos kommt die Straßensituation unweigerlich in ein Nash-Wardrop-Gleichgewicht. Mit der Verbreitung von Navigatoren, die Staus anzeigen, hat sich das „Einschleichen“beschleunigt: Später abreisende Fahrer nehmen jetzt sofort einen Umweg. Navigatoren verschlimmern die Situation jedoch nicht, wie Yuri Dorn erklärt. Sie beschleunigen die Staubildung, aber in jedem sitzen weniger Autos – schließlich fahren manche Fahrer sofort eine Alternativroute. Darüber hinaus verschieben einige Autofahrer die Abfahrtszeiten, um Lastspitzen auszugleichen. Schließlich lernen viele Menschen dank Navigatoren von Umgehungsstraßen. „Für diejenigen Fahrer, die zuvor auf kniffligen Strecken frei gefahren sind, hat sich die Situation natürlich verschlechtert, aber die Gesamtfahrzeit auf allen Straßen ist gesunken. Allerdings können sich die Gesamt- und sogar einzelne Reisezeiten oft erhöhen“, fasst Dorn zusammen.

MOSKAU

In Russland gibt es in jeder Großstadt Staus, aber die Hauptstadt leidet am meisten darunter. „In Moskau konzentrieren sich eine Vielzahl von Aktivitäten, darunter auch ganz spezifische: der Finanzsektor, die Wissenschaft und die Wirtschaft. Eine Person, die beispielsweise in einem Institut arbeitet, muss dorthin gehen. Und für einen Verkäufer oder eine Person mit einem anderen nicht spezialisierten Beruf ist der Link zu einem Ort nicht so relevant“, sagt Dorn. Zudem konzentriert sich der überwiegende Anteil der Arbeitsplätze im Zentrum, während die Menschen näher am Stadtrand wohnen. Infolgedessen bilden sich Pendelströmungen, die dieselben Straßen besetzen, auf denen die meiste Zeit des Tages Staus herrscht.

Die hohen Wohnkosten im Zentrum und die russische Gewohnheit, die eigene Wohnung als großen Wert zu betrachten, hindern die Menschen daran, näher an die Arbeit zu ziehen. Auch die Idee der Behörden der Hauptstadt, Beamte in die Außenbezirke zu „verlegen“, ist leise verklungen. Die Versetzung wird das Problem jedoch nicht lösen: Wenn das Büro, in dem der Beamte arbeitet, vom Zentrum beispielsweise nach Mitino verlegt wird, der Beamte jedoch in Chertanovo lebt, wird er immer noch durch halb Moskau arbeiten.

WAS ZU TUN IST?

VERSUCHEN SIE NICHT, SEPARATE STECKER ZU ENTFERNEN

Das Hauptpostulat der Verkehrswissenschaft ist das gleiche wie in der Medizin: Staus müssen beseitigt werden, bevor sie auftreten. Maßnahmen, die die Bildung von Staus verhindern, sind erfolgreicher als Versuche, die schädlichsten Staus Punkt für Punkt zu beseitigen.„An lokal unwirksamen Stellen kann die Situation korrigiert werden, manchmal reichen einfache Maßnahmen aus – zum Beispiel die Linkskurve entfernen und 500 Meter nach der Kreuzung eine Kehrtwende machen. Der Stau wird von hier weggehen, aber er wird überhaupt nicht verschwinden, sondern einfach an einen anderen Ort verlagern “, erklärt Nurminsky.

MATHEMATIK

PARADOX VON BRESA

Der Bau einer neuen Straße, die bestehende verbindet, könnte die Situation im gesamten Verkehrsnetz verschlechtern. Da die Straßen miteinander verbunden sind, erhöht das Erscheinen eines weiteren Streckenabschnitts, auf dem jetzt immer Autos fahren, die Fahrzeit auf allen Strecken. Die Situation kann durch die Sperrung dieser "Braesov-Straße" verbessert werden. Es ist jedoch unmöglich, es zu erkennen: Staus sammeln sich nicht darauf, sondern auf anderen Routen.

POSTULAT LEWIS-MOHRIDGE

Je mehr Straßen gebaut werden, desto mehr Autos erscheinen. Manche Leute ziehen es vor, von öffentlichen Verkehrsmitteln auf Individualverkehr umzusteigen.

DOWNS-THOMSON-PARADOX

Die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Privatfahrzeugs hängt davon ab, mit welcher Geschwindigkeit öffentliche Nutzer ihr Ziel erreichen. Je weniger der öffentliche Verkehr ausgebaut ist, desto mehr Menschen bevorzugen ein privates Auto.

PARADOX DER PIGU-NACHT-DOWNS

Das Hinzufügen von Alternativstraßen, bei denen die Menschen die Route rational („egoistisch“) wählen, führt zu einer stabilen Balance: Jeder fährt sein eigenes Fahrzeug, und die Busse bleiben leer. Außerdem ist die Reisezeit gleich.

KEINE STRASSEN BAUEN UND KEINE NEUEN ROUTEN EINFÜHREN

Auch die scheinbar naheliegende Entscheidung, möglichst viele Straßen zu bauen, um die Kapazität des Verkehrsnetzes zu erhöhen, funktioniert nicht. „Da es viele freie Straßen gibt, werden mehrere Millionen Menschen mehr aufs Auto umsteigen und alle neuen Strecken werden auch stehen bleiben“, sagt Dorn. Wenn der wachsende Bedarf an Straßen endlos befriedigt wird, werden früher oder später alle freien Flächen in der Stadt mit Autobahnen aufgebaut, auf denen rund um die Uhr Autos geparkt werden.

Auch die willkürliche Einführung neuer ÖPNV-Strecken ist sinnlos. „Ein typisches Beispiel ist die Einführung neuer U-Bahn-Stationen am Stadtrand“, sagt Dorn. „Wenn man bedenkt, dass die Kapazität wichtiger Knotenpunkte im Zentrum und die Anzahl der Züge, die auf einer Linie verkehren können, begrenzt sind, führen solche Maßnahmen einfach dazu, Staus in die U-Bahn zu „werfen“.

LEUCHTEN EINSETZEN

Auch die von vielen Autofahrern geliebten autofreien Autobahnen verschärfen den Verkehrskollaps. „Ampeln verdünnen den Strom und lassen ihn nicht eindicken“, erklärt Nurminsky. - Die Aufgabe einer Ampel besteht im Idealfall darin, eine optimale Verkehrsdichte aufrechtzuerhalten, bei der der Verkehrsfluss maximal ist. In der Stadt wird dies bei einer Geschwindigkeit von etwa 60 km/h erreicht.“

MACHEN SIE BEZAHLTE STRASSEN

Unter den für die meisten Großstädte typischen Bedingungen, wenn mehr Menschen auf den Straßen unterwegs sind, als sie aufnehmen können, wird Routing zur effektivsten Maßnahme, d. h. die Attraktivität bestimmter Wege künstlich zu reduzieren. Zum Beispiel durch die Einführung eines Tarifs. „Wenn das Bandbreitenlimit überschritten wird, werden Sie definitiv Ressourcen verschwenden, um den Unterschied zwischen der mehr und der weniger effizienten Route auszugleichen. Normalerweise sind diese Ressourcen Zeit und Nerven, die im Verkehr verloren gehen. Mautstraßen ermöglichen es denen, die diese Differenz nicht mit Zeit, sondern mit Geld ausgleichen wollen“, erklärt Yuri Dorn.

Beißende Preise zwingen die Menschen, ihre Gewohnheiten zu ändern: Zum Beispiel, sich einen Job zu suchen, der es ihnen ermöglicht, teilweise zu Hause zu arbeiten, oder den Zeitpunkt der Abreise zu verschieben. „Natürlich fühlen sich die Leute weniger wohl als auf leeren Straßen. Doch leere Straßen gibt es in den Städten schon lange nicht mehr: Man muss die aktuelle Situation mit der Stausituation in der Stadt vergleichen. Für diejenigen, die einen Umweg gemacht oder später abgereist sind, hat sich nichts geändert: Die Kosten bleiben gleich. Aber für diejenigen, die sich entschieden haben zu zahlen, hat sich die Situation verbessert. Gleichzeitig steigt die Effizienz der Straßen generell, da sie nicht an der Staufreiheit gemessen wird, sondern an der Gesamtzeit, die alle Reisenden auf der Straße verbracht haben“, stellt Dorn fest.

WISSENSCHAFT LERNEN

„Die Probleme der Straßenüberlastung können nur umfassend gelöst werden, indem die langfristigen Auswirkungen aller eingeleiteten Maßnahmen mit komplexen mathematischen Modellen berechnet werden“, sagt Yevgeny Nurminsky. "Die Wissenschaft ist eine nachdenkliche Dame. Um die richtige Antwort zu geben, braucht es Zeit, und die Beamten wollen, dass alles gestern erledigt wird." Aus diesem Grund wird oft kolossales Geld für Projekte ausgegeben, die keine Wirkung zeigen oder die Situation auf den Straßen sogar verschlimmern.

Erschwerend kommt hinzu, dass es in Russland schmerzlich an Daten mangelt, auf deren Grundlage adäquate Verkehrsmodelle erstellt werden können. „In den USA beispielsweise wurde dieses Problem per Gesetz gelöst: Will ein Bauherr Subventionen für den Bau von Straßen oder Gebäuden erhalten, muss er eine Machbarkeitsstudie vorlegen, in der alle Bauparameter nach bestimmten Methoden berechnet werden. Infolgedessen sind auf kommunaler Ebene viele Verkehrs- und Analyseabteilungen entstanden, die alle notwendigen Informationen aufbereiten. Dadurch entstand ein mächtiger Auftrag für Transportspezialisten, und mittlerweile hat fast jede große amerikanische Universität eine Verkehrsforschungsabteilung“, sagt Nurminsky.

MECHANISMUS

Alles ist logisch

Es sieht oft so aus, als ob sich der Stecker ohne Grund gebildet hat. Aber es gibt eine Erklärung für den mysteriösen Stau.

KORK AUS NICHTS

In der Regel ereignete sich auf diesem längst abgebauten Wegabschnitt ein Unfall. Während die Autos standen, sank die Kapazität der Straße von beispielsweise 1.500 auf 1.000 Fahrzeuge pro Stunde. Nachdem die Unfallverursacher die Unfallstelle verlassen haben, bleibt der Stau, bis alle angesammelten Autos vorbeigefahren sind. Wenn sich in einer Stunde 500 Autos versammelt haben, verlassen sie den Stau für weitere 20 Minuten "ohne Grund", und die ganze Zeit werden neue Autos am Ende des Staus aufstehen.

KONFLIKTE BEI SCHLECHTEM WETTER

Auch ohne Unfälle nehmen die Verkehrsstaus zu: Autofahrer neigen dazu, Sicherheitsabstand einzuhalten, Fahrzeugdichte und Straßenkapazität sinken.

Störsender auf der anderen Seite eines Unfalls

Solche Staus entstehen aufgrund der Neugier der Autofahrer. Selbst wenn der Fahrer leicht bremst, werden auch alle hinter ihm fahrenden Autos zum Abbremsen gezwungen. Die Kapazität sinkt und diese Verzögerungswelle breitet sich stromabwärts aus. Den gleichen Effekt haben Autos, die von einer Reihe in die andere wechseln: Sie zwingen mehrere Fahrspuren gleichzeitig zu verlangsamen.

DENKEN ÄNDERN

Es ist unmöglich, Staus in russischen Städten zu zerstören, ohne soziale Stereotypen zu ändern. „Das Problem zu lösen, wie die Leute jeden Tag ins Zentrum und zurück kommen, ist zwecklos. Man muss die Leute motivieren, sich für andere Orte zu entscheiden“, sagt Dorn. Doch während sich die Arbeitsplätze, insbesondere in Moskau, im Zentrum konzentrieren, wo Wohnraum monströs teuer ist und es praktisch keinen „weißen“Mietmarkt gibt, gibt es keine wirklichen Instrumente, die die Mobilität der Bürger erhöhen könnten.

„Um das Stauproblem zu lösen und das Leben für alle akzeptabel zu machen, bedarf es einer langfristigen Stadtplanung, die mehr als nur die Verkehrssituation berücksichtigt“, sagt Dorn. - Die Logik dieses Plans bestimmt, wie ein Transportsystem aufgebaut wird. Und durch die endlose Anpassung an die aktuellen Bedürfnisse der Autofahrer kann sich das Problem in 10 Jahren verschlimmern und es wird unrealistisch sein, es zu lösen.