Исследователи из Московского физико-технического института и Института проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН опубликовали научную работу, в которой продемонстрировали расчет последствий ремонта, при котором внимание уделяется только полностью вышедшим из строя дорогам.
Предложенные улучшения дают возможность проводить восстановительные работы ритмично, с меньшим количеством заторов, пробок и зон затрудненного движения. Это, в свою очередь, минимизирует неудобства для жителей и повышает уровень доверия между городскими властями и населением. Также новый подход улучшает экологию города за счет снижения токсичных выбросов в атмосферу, уменьшения уровня шума и выделения тепла в окружающую среду.
Свои расчеты ученые проводили на основе реальной транспортной сети в современных городах с численностью жителей порядка 80-150 тысяч человек. Рабочими моделями послужили, например, г. Петергоф в Ленинградской области и г. Коломна в Подмосковье.
В качестве математической базы специалисты применили теорию графов, для чего городские транспортные артерии были представлены в виде вершин (перекрестов) и ребер (улицы между ними).
«Теория графов хорошо проработана и позволяет использовать математические формулы для расчета интенсивности транспортных потоков. Если объяснить просто, мы берем пару точек и изучаем, какие есть кратчайшие пути между ними. Потом определяем, насколько важны эти две точки для соединения друг с другом прочих вершин. Таким образом мы выявляем магистрали, которые играют ключевую роль для связности всей сети городских дорог», — пояснил один из авторов научной работы, преподаватель МФТИ и научный сотрудник ИПУ РАН Денис Федянин.
Далее, рассказал ученый, специалисты моделируют изменения транспортных потоков, связанные с ограничением движения по дорогам по причине ремонта. Каждый ремонт любой из дорог увеличивает износ других дорог так же, как уход одного из сотрудников в отпуск увеличивает нагрузку на весь отдел в целом.
На основе результатов моделирования специалисты вычисляют наиболее подходящий режим проведения ремонта городских дорог. Как отмечает Дарья Карпухина, соавтор работы, студентка МФТИ и сотрудница ИПУ РАН, в моделях можно учитывать дополнительные факторы, которые оказывают влияние на восстановительные работы. Например, климатические условия, технические ограничения и или дефицит ресурсов.
Разработанная методика позволяет управлять ремонтами таким образом, чтобы, с одной стороны, своевременно проводить ремонт дорог, а с другой, — не допустить одновременного перекрытия всех жизненно важных магистралей.
Вместе с тем, как объяснили ученые, предложенная модель демонстрирует неэффективность подхода, при котором к ремонту дорог приступают только по мере их полного износа. В таких случаях, во-первых, велика вероятность совпадения сроков перекрытия проезда сразу по нескольким узловым направлениям.
Во-вторых, магистрали, которые становятся новыми ключевыми путями, испытывают повышенную нагрузку и быстрее изнашиваются. В результате их придется восстанавливать раньше, чем планировалось. В итоге неупорядоченный ремонт одних дорог может спровоцировать необходимость в авральном режиме восстанавливать другие дороги. В конечном счете, такой эффект домино может привести к коллапсу городской транспортной системы.
«Вместе с тем расчеты показывают, что если найти правильное расписание восстановительных мероприятий, то развития подобных сценариев легко избежать, а целом, затраты на поддержание исправности городской транспортной системы значительно снизятся. Это предположение подтверждают и численные исследования, согласно которым при улучшении расписания ремонтов в г. Коломна затраты могут снизиться на 15% по сравнению с наивным алгоритмом», — подчеркнул Денис Федянин.
По словам ученого, предложенный метод хорошо тиражируется. В ходе дальнейших исследований он будет опробован в приложении к другим типам мегаполисов. Также его можно применять в иных отраслях промышленности.
