Дорожные заторы описываются динамикой жидкостей

Это случается повсюду. Вы можете нестись по автотрассе (конечно, в пределах разрешенного скоростного режима) и внезапно обнаружить, что дорожное движение уплотняется и замедляется до полной остановки. Когда движение возобновляется, вы видите, что для остановки не было явной причины – ни дорожно-транспортного происшествия, ни объезда или строительных работ.
Этот феномен стал темой для бессчетного множества диссертаций и докладов – почему останавливается дорожное движение? Можно ли избежать пробок на дороге?

Профессор Массачусетского технологического института считает, что знает ответ на эти вопросы.
Мы проводим часы жизни в таких таинственных транспортных заторах, хотя все, что в этом плане пережили мы, даже приблизительно нельзя сравнить с происшествием в Китае в сентябре 2010 года. Тогда трасса между Пекином и Тибетом была забита и полностью остановилась на две недели, что, наверное, стало наибольшей пробкой в истории человечества.
Большинство заторов – это обыденное явление, но, тем не менее, они не могут не раздражать.
Проблему случайных транспортных заторов на большинстве дорог иногда можно объяснить динамикой жидкостей, рассказывает Бертольд Хорн, инженер-электромеханик и специалист по компьютерным наукам института. В поисках ответа другие ученые обращаются к теории хаоса и к фракталам.
В качестве аналогии Хорн использует дилатантную жидкость, у которой с ростом нагрузки увеличивается вязкость. Например, если в бассейн насыпать достаточно кукурузного крахмала, то по его поверхности можно будет пройтись пешком. Содержимое бассейна останется жидким, но под давлением ваших шагов оно станет более вязким. На YouTube полно примеров.
Вода в бассейне называется ньютоновской жидкостью, так как неважно, что вы с ней будете делать – трясти или взбалтывать, она остается жидкостью. Как только вы добавите кукурузный крахмал, вода превращается в неньютоновскую жидкость и под давлением становится вязкой.
Подобным примером является кетчуп. В бутылке он по большей мере пребывает в твердом состоянии, пока вы не станете его взбалтывать или выжимать; тогда кетчуп становится жидким. Неньютоновские свойства этого соуса являются причиной, почему его так сложно добыть из стеклянной бутылки.
Теперь давайте предположим, что поток транспортных средств – это жидкость. Если достичь определенного количества автомобилей в какой-либо зоне, дорожное движение становится «вязким», говорит Бертольд. Каждому приходится снижать скорость, реагируя на движение идущей впереди машины.
Хорн считает, что он обнаружил решение в автомобилях класса люкс – адаптивный круиз-контроль, использующий радар для отслеживания движения автомобилей впереди. Если они замедляются, то же делает и ваша машина в прямо пропорциональной зависимости от действий других авто.
Бертольд предлагает наблюдать также и за движением сзади, называя это двусторонним управлением – чтобы продолжать движение, вы должны также отслеживать, что происходит сзади. Его замысел был недавно представлен в ходе конференции по вопросам интеллектуальных транспортных систем, что проходила в Нидерландах.
«Эта идея никогда не использовалась в ходе разработки усовершенствованных круиз-контролей или самоуправляемых автомобилей, - подчеркивает ученый. – И причина не в отсутствии стимула к поиску решения».
Хорн считает, что если добавить радар заднего вида для наблюдения за расстоянием и скоростью идущих позади автомобилей, круиз-контроль сможет гарантировать, что ваш автомобиль всегда будет находиться на полпути между двумя другими машинами. Если оснастить все машины такой системой, то эти самые раздражающие пробки отойдут в прошлое.
Это превратило бы дилатантную жидкость в нечто похожее на более плотную и вязкую жидкость, такую как мед, что повысило бы эффективность транспортного потока. Ваш автомобиль никогда не затормозил бы резко перед замедляющейся впереди машиной, а авто позади вело бы себя аналогично вашим действиям. Вариации скорости, подобно давлению в бассейне – вот что вызывает необъяснимые остановки.
Конечно, это сработало бы только в том случае, когда все машины на дороге оснащены радаром переднего и заднего вида, а также адаптивным круиз-контролем, чего нет в настоящее время. Эти устройства все еще слишком дорогие.
Хорн исследует возможности цифровых фотоаппаратов в качестве дешевой альтернативы радарам. Их использование имеет недостатки – для измерения расстояния, как правило, необходимо стерео изображение.
«Сложно уловить расстояние и скорость, - отмечает ученый. – А расстояние, деленное на скорость, равняется времени контакта».
Из серии фотографий можно получить соотношение между этими двумя величинами, и именно это и есть задачей дальнейших изысканий Бертольда.
Предложенная идея не так уж и проста, отмечает Хани Мамассини, директор транспортного центра при Северо-Западном университета в городе Эванстон, США. Нет нужды использовать это устройство в каждом автомобиле на дороге, ведь водители и так наблюдают в зеркала заднего вида, опасаясь удара сзади при слишком резком торможении, отмечает Хани.
Кроме того, замысел Хорна может сработать только в том случае, если никто не станет перестраиваться и обгонять друг друга.
«Логика управления, учитывающая автомобили спереди и сзади, уравновесит транспортный поток, - рассказывает ученый. – Но к сожалению, она не решит проблемы дорожных пробок, так как не готова к обгонам и сменам полосы движения».

Facepla.net по материалам Livescience

• < Автомобили с емкими аккумуляторами – вполне реальная перспектива
• Новый водородный концепт от Toyota >

Комментарии: