Александр Буслаев
16 декабря 2009

Александр Буслаев

заведующий кафедрой высшей математики МАДИ

«Формула пробок - Водитель + автомобиль = частица с мотивированным поведением»

Ответы на многие из подобных вопросов может дать доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой высшей математики МАДИ, профессор Александр Буслаев. Уже два десятка лет Александр Павлович и его коллеги работают – ни много ни мало – над формулой автомобильных пробок.

Только не подумайте, что профессор в начале нашей беседы взял мелок и изобразил на доске уравнение вроде “(a + 2b)/c = уличный затор”. Не все так просто. Слово “формула” надо понимать в более широком смысле. В общих чертах это знание того, как формируются транспортные потоки, что с ними происходит на дорогах и как на них влиять. Тогда можно оптимальным образом организовать движение, например, в каком­то отдельно взятом городе. Да хоть в столице с ее миллионами автомобилей.

– ГЛЯДЯ на столпотворение машин на наших улицах, не верится, что его можно привести к “общему знаменателю” даже с помощью математики…

Александр Буслаев

– На самом деле – можно. Транспортные потоки подобны перемещению воды или гранулированных веществ. Вообразите, что на улицы хлынули не автомобили, а вода. Где-то она течет быстро, где-то закручивается водоворотом, где-то замирает. А когда возникает пробка, это очень похоже на замерзание реки. Сначала появляются крупинки льда, затем они слипаются, возникают льдины – и вот уже весь поток стоит… Автомобили – словно капельки в общем потоке. Или песчинки в струе песка, если угодно. И их движение подчиняется неким закономерностям, правда, не до конца еще изученным. Например, есть потоки связные, когда машины идут с тесными интервалами и свобода действий у водителя ограничена. Есть частично связные. Есть свободные – когда у вас большие возможности для маневра. Все эти взаимодействия вполне поддаются анализу. И можно, например, определить оптимальную скорость машин на том или ином участке трассы. Или рассчитать “критическую массу” автомобилей, которая приведет к коллапсу на данной дороге.

– А как насчет поведения самих “песчинок”? Любопытно, в животном мире есть порядок: муравьи бегут цепочкой, сохраняя безопасный интервал, птицы в стае одна другую не “подрезают”, рыбы в косяке действуют как единое целое. А вот многие люди стремятся любыми способами проехать раньше других…

– Да, водитель и автомобиль – это частица с мотивированным поведением. Этот термин я заимствовал у моего коллеги физика Игоря Лубашевского. Вопрос в создании адекватной модели мотивации, которая далеко не всегда бывает позитивной. Естественно, это вносит момент неопределенности в расчеты. Тем не менее и здесь есть свои закономерности. Например, можно с достаточно высокой точностью подсчитать, какой вред сотне других автомобилистов наносит нарушитель, обгоняющий их по встречной полосе или обочине, проскакивающий на красный свет, перекрывающий проезд на перекрестке. То есть затрудняющий движение остальным.

А чтобы теоретически оценить концентрации транспортных потоков в целом, надо иметь матрицу корреспонденции, проще говоря, знать – кто, когда, откуда и куда ездит по конкретной дороге. Тогда можно получить математическую модель движения в мегаполисе. Ведь у каждого города своя структура дорожной сети, и одно и то же число машин может распределиться в ней по-разному. Идеальная модель – когда в каждом конкретном месте транспортной сети машин столько, что все они едут свободно, не мешая друг другу. Это означает и удобство передвижения, и безопасность, и отсутствие экономических потерь. Но в жизни, увы, происходит иначе.

– Идеальный вариант в принципе достижим?

– Когда-нибудь мы к нему придем. Но не завтра, конечно. Кстати, за рубежом этой темой начали заниматься раньше, чем в России, но тоже пока не слишком преуспели. Мы участвуем в работе международной конференции “Trafic and Granular Flow” – встречаемся с физиками, инженерами, математиками из других стран. И могу сказать, что готового решения еще нет нигде в мире.

– Для Москвы модель движения существует?

– Да, и давно, и не только наша. Вообще первые расчеты мы проводили еще в середине 90-х годов, после того как стали доступны персональные компьютеры. Дело тогда остановилось из-за дефицита натурных данных.

– Но ведь с тех пор обстановка на наших улицах сильно изменилась. Ваша модель не устарела?

– Есть вещи неизменные. Вы сами можете элементарно смоделировать, что если один ряд из двух перекроют столкнувшиеся машины, то пропускная способность дороги снизится в два раза, как минимум. Если автомобили паркуются на проезжей части в узком переулке – здесь неизбежно будут возникать заторы.

Конечно, ситуация постоянно меняется. Это касается и дорожной структуры, и количества автомобилей, и существующей организации движения. Чтобы составлять достоверные прогнозы, необходима система мониторинга. Сегодня с помощью веб-сервиса “Яндекс-пробки”, дай бог ему здоровья и развития, мониторинг трафика становится общедоступным.

Информация – это главное

По мнению нашего собеседника, информация – едва ли не главный инструмент для наведения порядка на дорогах. Что для этого требуется? Системы видеонаблюдения на трассах. Плюс “черные ящики” в каждом автомобиле, отслеживающие их маршруты и поведение водителей. Плюс возможность моментального оповещения о затруднениях и заторах. Чтобы, с одной стороны, те, кто занимается организацией движения, видели полную картину, а с другой – мы, автомобилисты, знали, что происходит на дорогах, где можно проехать, а где нельзя.

– ЕСТЬ и другое мнение: больше дорог надо строить, а не информационных табло.

– Одно другому не мешает. Разумеется, совет “искать объездные пути” звучит издевательски там, где таких путей нет. Но, согласитесь, гораздо лучше заранее знать, что на маршруте вас поджидает пробка, чем угодить в нее неожиданно. В конце концов мы же не отправляемся наобум, допустим, в театр – сначала узнаем, есть ли билеты на спектакль. И прежде чем выезжать на дорогу, нелишне знать, можно ли по ней проехать. Хорошо, что сейчас это стало более-менее доступно. Радиостанции дают своим слушателям сведения о пробках, в Интернете информация все время обновляется. Конечно, о стопроцентном охвате всех дорог говорить не приходится, но “что-то” в любом случае лучше, чем “ничего”.

В будущем, полагаю, у каждого водителя будет не только электронный штурман, предупреждающий о заторах на маршруте, но и возможность прямо из автомобиля передать информацию – с фотографиями – о проблемах в пути, а главное – о нарушителях ПДД. Технически это и сейчас возможно, в частности, с помощью смартфонов.

– Куда передать? Гаишникам?

– Зачем же. Я не верю, что только штрафами можно навести порядок на дорогах. На мой взгляд, публичные меры воздействия могут оказаться эффективнее наказаний. Представьте себе, в Интернете появится общественный сайт – своеобразная “доска позора”, на котором каждый нарушитель Правил рискует увидеть себя за рулем в момент нарушения. Неудобно будет перед родными и знакомыми, и в следующий раз он подумает, стоит ли небольшой выигрыш во времени такой популярности. Знаю, многие сейчас вспомнят оруэлловское: “Большой брат смотрит на тебя”. Или Павлика Морозова, который “стучит” на своего брата-водителя. Но убежден – если нормальные автомобилисты станут фиксировать чужие нарушения, то порядка на дорогах будет больше. Иначе постепенно дойдем до стрельбы друг в друга – собственно, уже дошли: все чаще слышно о разборках между водителями с помощью травматического оружия. Лично мне такая “альтернатива” не нравится. Лучше быть “Павликами Морозовыми”.

– У вас пистолет есть?

– Есть, резиновыми пулями стреляет. Но я его с собой не вожу – предпочитаю выяснять отношения мирным путем. Разумнее всего вообще не вступать в конфликты.

– Сами нарушаете Правила?

– Стараюсь не нарушать. Но это не всегда помогает избежать недоразумений на дороге. Скажем, знак “100 км/ч”, и я еду по левой полосе с этой скоростью. А сзади “висит” конкурент, гудит и мигает фарами, чтобы я его пропустил. Формально он не прав – явно превышает скоростной лимит. Но он считает, что я должен уступить, поскольку еду медленнее. У обоих повод для недовольства…

– Что вас в других водителях больше всего раздражает?

– Меня “сырые” автомобилисты раздражают, которые толком не умеют ездить и ведут себя неадекватно – суетятся, подрезают, внезапно останавливаются. Я замечал: на десять километров пути хотя бы пару таких встретишь обязательно. Они способны создавать проблемы окружающим буквально на пустом месте. Знаете, что такое “динамическая пробка”? Это, например, когда несколько уборочных машин ползут, занимая всю ширину трассы, а за ними скапливается все больше автомобилей. Но часто бывает, что во главе динамической пробки едет обычная легковушка. Вы попадаете в затор, возникший без всяких видимых причин, и гадаете – то ли ремонт дороги впереди, то ли крупная авария? А на самом деле там кто-то просто снизил скорость и еле плетется – по мобильнику болтает или губы накрашивает.

– А если затор из-за того, что возле трассы построили торговый центр, а приличный съезд к нему не сделали?

– Это тоже динамическая пробка. Подобных мест у нас хватает. Например, станция метро, рядом – автомагистраль. Переплетение потоков – автомобили, общественный транспорт, пешеходы. Возле таких сложных узлов не должно быть больших магазинов, крупных учреждений, то есть источников для создания новых потоков. Иначе заторы становятся обычным явлением. Однако именно здесь нередко универсамы и появляются. В таких местах пробки, можно сказать, изначально запланированы.

Дороги и наука

Среди множества “Газелей”, бегающих по российским дорогам, есть одна уникальная. Единственная в своем роде. Обычный с виду фургон напичкан электроникой. Это МУДРЕЦ – Мобильный Улично­Дорожный РЕЦептор. О его существовании я узнал, когда задал Александру Буслаеву следующий вопрос:

– Видеонаблюдение у нас еще в зародыше, показания датчиков в асфальте – нечто из области фантастики. Откуда же данные для построения ваших моделей?

– Сами учимся получать информацию. Начинали вообще на пустом месте. Как вам картинка: студенты МАДИ стояли на улице и буквально на пальцах считали проезжающие мимо автомобили. Такой был “мониторинг”. Потом появилась аппаратура – с помощью грантов от Российской академии наук закупали приборы, кое-какое “железо” сами придумывали и делали. Сейчас у нас, а мы – это совместная лаборатория интеллектуальных систем на транспорте МАДИ-МТУСИ, – пара внедорожников с датчиками, видеокамерами и компьютерами. Автомобили китайские, но для наших исследований вполне подходят. А еще этот самый МУДРЕЦ.

– На ходу ведете наблюдение за машинами?

– Не только. Еще оцениваем дорожную обстановку, в том числе состояние обочины и проезжей части, разрабатываем алгоритмы автоматической фиксации ПДД и др. Так, на бамперах МУДРЕЦа “рентген” установлен – георадар просвечивает дорожное полотно на приличную глубину. Можно наблюдать “дорожный пирог” – в порядке он или скоро потребует ремонта.

– Я не заметил у вас в коридоре дорожников, умоляющих одолжить чертежи этой машины. Да и чиновники за данными о транспортных потоках в очереди не стоят…

– Да, я бы не сказал, что наши наработки сильно востребованны. Почему – вопрос не только ко мне. Кстати, постепенно такое положение дел начинает меняться, но медленно. Вообще дорожными делами у нас занимается немало представителей фундаментальной науки. Уже лет пять под руководством вице-президента РАН, академика Валерия Козлова работает семинар, в котором участвуют ученые из разных институтов. Проводятся, в частности, исследования по улучшению транспортной обстановки. Но пока мы больше материалов публикуем, чем сотрудничаем с специалистами по внедрению разработок.

– Что-то вроде хобби получается. Работаете над “формулой пробок” ради собственного удовольствия?

– Скорее работаем на будущее. Когда появятся системы мониторинга, о которых мы с вами говорили, – а они появятся обязательно, – будут готовы и математические модели, и методики наблюдений, и специалисты, которые смогут этим заниматься, – сегодняшние наши студенты. Это во-первых. Во-вторых, меня всегда интересовала не только чистая наука, но и ее практическое применение. Ну а в­третьих, из-за пробок все автомобилисты страдают, и я – водитель с тридцатилетним стажем – не исключение. Меня проблема заторов “поджаривает”, как испортившийся нагрев кресла в автомобиле. Так что есть здесь и личный интерес.

Вадим ХУДЯКОВ
Автор
Вадим ХУДЯКОВ
Фото
Алексей БАРАШКОВ

Вас заинтересует:

Вам понравилось интервью?


Расскажите друзьям:
Рассказать во ВКонтакте Рассказать в Facebook Рассказать в Twitter Рассказать в Одноклассниках

Обзоров машин на сайте:

4 2 7 3