Едете вы себе по автомагистрали
и вдруг видите перед собой бесконечные ряды тормозных огней.
Впереди нет ни аварии, ни красного сигнала светофора,
ни дополнительных ограничений скорости или сужения дороги.
Так с какой же радости там образовалась такая большая пробка?
Ситуация, когда движение автомобилей замедляется без каких-либо видимых причин,
называется фантомный затор.
Фантомный затор — это стихийное явление,
образующееся само по себе и превосходящее по масштабу
совокупность действий его участников.
При этом фантомные заторы можно смоделировать,
и мы знаем, почему они возникают.
Более того, человечество сегодня оказалось намного ближе
к предотвращению фантомных заторов, чем раньше.
Фантомный затор образуется, когда на дороге оказывается много автомобилей.
Но случается он не потому, что поток автомобилей начинает превосходить
пропускную способность определённого участка дороги —
даже при большом скоплении машин пробки не возникали бы,
если бы водители поддерживали одинаковую скорость и дистанцию.
В плотной, но тем не менее движущейся колонне автомобилей
достаточно малейшей помехи, чтобы запустить цепь событий,
которые приведут к образованию затора.
Предположим, кто-то из водителей немного притормозит.
Тогда каждый следующий за ним водитель затормозит чуть сильнее,
и в результате на дороге образуется целая волна торможений.
Такие стоп-волны могут растянуться на много километров.
Если плотность движения низкая,
поток движется плавно, поскольку водители успевают подстроиться
под незначительные помехи, созданные другими автомобилистами,
например смену полосы движения или притормаживание на изгибах дорог.
Но как только число автомобилей превышает критическую плотность, —
как правило, это происходит,
когда расстояние между автомобилями становится меньше 35 метров,—
движение транспорта в корне меняется.
При этом создаётся динамическая неустойчивость,
а именно усиливается воздействие даже самых незначительных помех.
Динамическая неустойчивость характерна не только для фантомных пробок,
она наблюдается также при формировании дождевых капель,
песчаных дюн, облаков и других явлений.
Неустойчивость представляет собой положительную обратную связь.
При превышении критической плотности
с каждым дополнительным автомобилем снижается число транспортных средств,
способных за одну секунду проехать конкретный участок дороги.
Это, в свою очередь, затрудняет прохождение проблемного участка,
отчего плотность потока только увеличивается,
что в конечном итоге приводит к образованию ещё бóльших заторов.
Водители не всегда осознают,
что при плотном движении снижать скорость следует заранее,
до того, как автомобиль оказался в зоне затора.
И в результате, чтобы избежать столкновения,
им приходится резко тормозить.
Это усиливает волну торможений от автомобиля к автомобилю.
Более того, выехав из пробки, водители, как правило, начинают резко ускоряться,
то есть едут быстрее, чем средняя скорость потока впереди них.
И затем им снова приходится тормозить,
из-за чего снова возникает цепь обратной связи и образуются новые заторы.
В обоих случаях дорожную ситуацию ухудшают сами водители просто потому,
что у них нет чёткого представления о движении впереди идущего транспорта.
А вот беспилотники, оборудованные системой коммуникаций
с другими автомобилями и датчиками дорожного движения,
смогут получать информацию об обстановке на дорогах
в режиме реального времени
и таким образом предупреждать образование фантомных пробок.
Беспилотники будут поддерживать постоянную и безопасную скорость,
равную средней скорости потока,
предотвращая тем самым образование тормозных волн.
Если же на пути беспилотника всё же образовалась стоп-волна,
полностью автоматизированный автомобиль сможет её предвидеть
и снизит скорость быстрее и более плавно, нежели человек,
тем самым уменьшив интенсивность волны.
Для достижения результата не обязательно участие многих беспилотников.
Согласно недавнему эксперименту,
на 20 водителей достаточно всего одного беспилотника,
чтобы сдержать и предупредить образование стоп-волны.
Пробки не только создают неудобства в повседневной жизни —
они являются главной причиной смертности на дорогах,
ведут к нерациональному использованию ресурсов и угрожают экологии планеты.
Но новые технологии способны уменьшить негативные последствия пробок,
сделав наши дороги безопаснее,
ежедневные поездки — эффективнее, а воздух вокруг нас — чище.
И когда вы в следующий раз попадёте в пробку,
вспомните, что другие водители, возможно, едут медленно вовсе не назло вам, —
они всего лишь подстраиваются под ситуацию на дороге,
не имея полного представления о движении впереди идущего транспорта.