Автонавигация: иллюзия информированности как фактор хаоса

Бессиcтемное расширение дорожной сети мегаполисов и особенно массовое распространение GPS или Глонасс навигаторов с функцией предупреждения о пробках способны не только не повысить совокупную пропускную способность дорожной сети, но и резко ее ухудшить, обострив транспортную ситуацию в крупных городах до предела.

Дороги: иногда меньше – лучше

Таков вывод исследования, проведенного группой корейских и американских ученых и базирующегося на давно известном, в том числе и отечественным ученым, парадоксе Браеса, или Браесса (Braess's paradox).

Суть этого парадокса – в том, что расширение транспортной сети при «эгоистическом» распределении нагрузки способно в отдельных случаях не повышать, но снижать ее совокупную пропускную способность.

Под «эгоистическим» распределением нагрузки понимается возможность произвольного выбора маршрута движения каждым его участником самостоятельно.

Появление новых участков общей дорожной сети, даже с исключительной пропускной способностью, может резко увеличить время прохождения машиной маршрута от начальной до конечной точки.

В этой ситуации система переходит в состояние равновесия Нэша, или Нэша-Курно. В теории игр этим термином обозначается тип решений игр с участием двух или более играющих, в котором ни один участник не может увеличить выигрыш, изменив своё решение в одностороннем порядке, в то время как остальные играющие своих решений не меняют.

Дорожный трафик в ситуации равновесия Нэша позволяет (теоретически) каждому участнику движения рано или поздно добраться до цели.

Однако затраченное каждым из них на это время (и, естественно горючее) окажется заведомо большим, чем было бы в ситуации "социального оптимума" – централизации и кодификации не только правил дорожного движения, но и правил выбора маршрутов движения водителями.

Это означает, что оптимума для всех и для каждого можно достичь лишь в том случае, если каждый водитель будет придерживаться строго определенного маршрута движения – даже если, на первый взгляд, есть и более привлекательные маршруты.

Трафик: иллюзия информированности ценой анархии

Информация о текущем трафике не улучшит ситуацию – необходимо именно закрытие определенных «проблемных» участков дорожной сети вместо строительства новых, и отказ от произвольности в выборе маршрутов движения водителями с реализацией централизованного планирования маршрутов каждым из них.

Hyejin Youn и Hawoong Jeong из Корейского института науки и технологий (Korea Advanced Institute of Science and Technology) в г. Тэджон и Майкл Гастнер (Michael Gastner) из университета Нью-Мексико (США) наглядно продемонстрировали, какую цену платит каждый член общества – и общество в целом – за отсутствие координации в действиях водителей.

В работе "The Price of Anarchy in Transportation Networks: Efficiency and Optimality Control" была проанализирована (с помощью данных геоинтерфейса Google Maps) транспортная сеть ряда крупных американских мегаполисов с децентрализованной маршрутизацией, каковой она и является в реальности. Фактором, определяющим выбор маршрута была выбрана продолжительность движения.

В качестве меры была выбрана так называемая "цена анархии" (Price of Anarchy, POA) – количественный показатель, определяющий бессмысленную потерю времени вследствие утраты координации в действиях водителей и их попыток выбрать наилучший для себя, и только для себя маршрут – вместо маршрута оптимального для общества в целом.

POA определялась как отношение длительности маршрута реального к длительности маршрута оптимального – и достижимого в случае кооперированного, регламентированного внешним образом выбора маршрутов.

Название термина, видимо, не случайно – аббревиатура POA (Point Of Aim, или Point Of Arrival) широко используется в системах автомобильной навигации.

Анализ показал, что в Нью-Йорке, Бостоне и Лондоне водители могут тратить абсолютно бессмысленно, стоя в пробках, соответственно до 28%, 30% и 24% своего времени. Это – плата лишь за то, что каждый из них вовсю пользуется правом самостоятельно прокладывать свой маршрут.

При проведении исследования предполагалось, что водители знают не только общую топологию дорожной сети и способны адекватно проложить маршрут, но и владеют информацией о текущих пробках на дорогах. Избыточная, пусть даже достоверная информация о дорогах лишь загоняет ситуацию в тупик.

Было показано также, что во всех трех мегаполисах имеются дороги, удаление которых из дорожной сети (запрет проезда по ним) благотворно скажется на ситуации в целом.

Информация как фактор хаоса: выводы

Достоверная, точная, оперативная и самое главное – общедоступная информация о дорожной обстановке не только не улучшает пропускную способность дорог, но и самым негативным образом сказывается на ней, способствуя произвольному выбору водителями маршрутов. Со все более широким распространением сервисов, предоставляющих информацию о текущем трафике, значимость этого фактора лишь возрастает.

Строительство все новых и новых дорог, вопреки распространенному среди градоначальников мнению, способно не только не улучшить, но и ухудшить дорожную ситуацию в мегаполисе в целом.

Более подробно странные парадоксы автомобильной навигации будут разобраны в публикациях на портале Исследования и разработки – R&D.CNews.

Экспертная группа / R&D.CNews