Gli scienziati dell’Università statale di San Pietroburgo hanno proposto una soluzione alla congestione del traffico utilizzando algoritmi matematici. La ricerca di Alexander Krylatov e Viktor Zakharov mostra che per migliorare i trasporti in una grande città, un cambiamento equilibrato nelle infrastrutture e un sistema di navigazione unificato possono aiutare. Una monografia dei matematici è stata pubblicata da Springer.
Gli scienziati hanno lavorato su una risposta a questa domanda dagli anni ’50:
“La tecnologia può ridurre la congestione del traffico?”
Il fatto che le autovetture siano sempre più accessibili in tutto il mondo causa un problema di traffico per le grandi città. Gli scienziati stanno cercando una soluzione per molto tempo. Dalla fine degli anni Cinquanta, la teoria dei flussi di traffico si è trasformata in una sezione indipendente di matematica applicata. E negli ultimi decenni il numero delle opere si è moltiplicato.
Alexander Krylatov, Professore del Dipartimento di Modellazione Matematica dei Sistemi Energetici presso l’Università statale di San Pietroburgo, ha affermato: “In Russia, il compito di organizzare storicamente il traffico spetta storicamente alle spalle degli ingegneri dei trasporti. Allo stesso tempo, sono più specializzati nelle soluzioni relative ai cambiamenti strutturali delle singole sezioni della rete e non hanno competenze nel campo dell’aumento sistemico della sua produttività. Pertanto, in condizioni di flussi di traffico sempre maggiori, anche se gli ingegneri riescono a ottenere miglioramenti locali, dopo un po ‘il flusso di traffico torna ai livelli precedenti e la stessa congestione si verifica in altri luoghi “.
La monografia, scritta da due scienziati insieme, Krylatov, professore presso il Dipartimento di modellazione matematica dei sistemi energetici dell’Università statale di San Pietroburgo, e Viktor Zakharov, dottore in fisica e matematica, presenta anche nuovi approcci matematici all’ottimizzazione del traffico come possibili modi per implementarli.
Le teorie del matematico britannico li guidarono
I principi suggeriti dagli scienziati sono guidati dalle formulazioni di un matematico e analista dei trasporti inglese John Glen Wardrop. Nel 1952, Wardrop offrì due principi. Il primo di essi – il principio di equilibrio – è un costrutto matematico che consente di simulare sistemi, nel caso di traffico, assumendo che ogni guidatore persegua esclusivamente obiettivi personali. Questo è il motivo per cui i modelli creati si basano sul fatto che qualsiasi cambiamento nei flussi di traffico dovrebbe essere basato sul comportamento egoistico dei conducenti.
Il secondo principio – il sistema Wardrop ottimale – afferma che esiste la possibilità di gestire tutti i veicoli. Tuttavia, gli autori della monografia hanno sottolineato precisamente nel primo principio che credono che il comportamento dei conducenti possa essere influenzato indirettamente – attraverso i cambiamenti nelle infrastrutture stradali. I modelli matematici ci consentono di prevedere come questo cambierà il traffico su ciascuna sezione locale della rete.
I sistemi di navigazione devono essere sincronizzati
Gli autori fanno notare che i sistemi di navigazione che utilizziamo oggi hanno una grande influenza sulla gestione dei flussi di traffico. Secondo loro, la situazione più efficace sarebbe se tutti i conducenti utilizzassero lo stesso sistema e ricevessero informazioni su percorsi adeguati da un unico centro. Altrimenti, se uno dei principali navigatori annuncia improvvisamente che reindirizzerà i suoi utenti in modo che la situazione del traffico in città migliori e gli altri navigatori non lo supportino, le modifiche rimarranno comunque a livello locale: il sistema verrà ricostruito e il il problema non verrà risolto.
L’ottimizzazione del traffico è possibile anche grazie all’espansione o al restringimento della carreggiata, che è particolarmente importante nelle città con una rete già esistente. In questi casi, è spesso impossibile estendere la strada da un incrocio all’altro e la costruzione di nuovi incroci non è sempre consigliabile.
Automobilisti, auto elettriche e forse nuove strade
Krylatov ha spiegato: “Utilizzando un approccio matematico, abbiamo dimostrato che il modo migliore per migliorare la topologia della rete stradale è massimizzare la possibile espansione del fondo stradale dei percorsi più brevi tra i punti di partenza identificati e di arrivo dei conducenti. Allo stesso tempo, è necessario espandere l’intero percorso, e non solo una o più strade, altrimenti potrebbe sorgere un “collo di bottiglia”. Successivamente, puoi procedere al prossimo percorso più importante per gli automobilisti. Ciò garantisce una diminuzione del tempo medio di movimento della rete nel suo complesso ”.
Nei casi in cui non è possibile costruire strade, si consiglia di utilizzare altri metodi: ad esempio, vietare il parcheggio lungo il percorso. Inoltre, la scienza può aiutare a creare strade dedicate per i veicoli elettrici se l’amministrazione comunale vuole motivare i conducenti a passare alle auto verdi in questo modo. Soprattutto per loro, possono essere pianificati percorsi separati.
I gemelli digitali possono aiutarci a prevedere l’effetto dei cambiamenti
“Ogni anno viene stanziato un budget considerevole per il miglioramento delle strade. La teoria matematica della distribuzione dei flussi di traffico offre una serie di soluzioni per la gestione efficace di questo denaro “, ha detto lo scienziato. “In questo caso, l’approccio matematico in questo caso è superiore a quello ingegneristico ed economico, in quanto permette di analizzare l’intera rete di trasporto, date le complesse leggi di reciproca influenza dei suoi singoli elementi l’uno sull’altro. Abbiamo svolto un ottimo lavoro nel campo della modellazione dei flussi di traffico e delle reti. Adesso vogliamo passare alla fase di mettere in pratica le nostre idee ”.
Uno dei modi per utilizzare i modelli matematici può essere lo sviluppo sulla base di gemelli digitali dei sistemi di trasporto. Queste simulazioni, implementate sotto forma di programmi per computer, diventeranno uno strumento intellettuale estremamente utile nelle mani degli ingegneri dei trasporti.
“Costruendo gemelli digitali del sistema di trasporto e utilizzandoli per ottimizzare i flussi, è possibile raggiungere un equilibrio tra la domanda di utilizzo del sistema e le capacità dell’infrastruttura. Nel contesto della digitalizzazione dell’economia, è improbabile che questo venga eliminato “, ha aggiunto Viktor Zakharov.
