Hvordan vejnettet bestemmer trafikkapaciteten

ETH -forskere har vist, at vi kan bruge strukturen i bynettet til at forudsige deres trafikkapacitet. Disse oplysninger gør det muligt for by- og transportplanlæggere at kvantificere, hvordan ændringer vil påvirke trafikmængderne.

Folk, der pendler i bil, vil have en idé om, hvad "trafikkapacitet" betyder, hentet fra deres egen erfaring:som en strøm af biler leder ind i en by tidligt om morgenen, trafikstrømmen stiger i første omgang - indtil et kritisk punkt er nået med hensyn til antallet af køretøjer på vejene. Fra dette tidspunkt, hver ekstra bil reducerer trafikstrømmen, og køretøjer går i stå eller danner en trafikprop. Dette kritiske punkt repræsenterer en bys trafikkapacitet, eller dens mulige maksimale trafikmængde.

Antallet af køretøjer, et vejnet kan understøtte, er forskelligt fra by til by, og de faktorer, der påvirker disse forskellige trafikkapaciteter, var tidligere ukvalificerede. ETH -forskere under ledelse af Kay Axhausen, Professor i trafik- og transportplanlægning, og professor Monica Menendez (nu ved New York University Abu Dhabi) har nu brugt milliarder af trafikmålinger til at afsløre et sæt regler, der sætter os i stand til nemt at estimere det kritiske antal køretøjer, og i forlængelse heraf, trafikkapaciteten i en bys vejnet.

Analyse af trafikdata fra 41 byer

Til deres undersøgelse i journalen Videnskabelige rapporter , forskerne kiggede på milliarder af køretøjsobservationer fra stationære trafikdetektorer i 41 byer rundt om i verden, herunder Tokyo og Los Angeles, samt talrige europæiske knudepunkter som Paris, London, Zürich, Basel, Bern og Lucerne. Når forskerne havde forenklet de enorme datasæt og sat dem i en brugbar form, de startede med at beregne hver bys individuelle trafikkapacitet. De fokuserede på biler, eksplicit ekskluderer andre transportformer.

De sammenlignede efterfølgende byernes trafikkapacitet og ledte efter egenskaber, der kunne forklare forskellene mellem dem. Som resultat, de opdagede, at visse topologiske funktioner i forbindelse med vejsystemet og busnetværket kunne forklare omkring 90 procent af forskellene i trafikkapacitet, som de observerede mellem de forskellige byer.

Fire karakteristiske netværksvariabler

Forskerne ledet af Axhausen og Menendez identificerede fire faktorer, der former en bys vejnet og i sidste ende definerer dens trafikkapacitet:vejnetets tæthed (målt i kilometer baner pr. Overfladeareal), og redundansen af ​​netværket ved at tilvejebringe alternative ruter til at komme til en bestemt destination. Frekvensen af ​​lyskryds havde også indflydelse, det samme gjorde tætheden af ​​bus- og sporvognslinjer, der konkurrerer med biltrafik om både plads og færdselsrettigheder (såsom signalprioritet eller busbaner, et almindeligt syn i Zürich).

"Disse fire faktorer, alle afledt af bus-/sporvognsnet og vejsystemet, er forbavsende nøjagtige til at forklare de forskelle i kapacitet, vi ser fra by til by, "forklarer Axhausen. Disse fund gjorde dem i stand til at fastslå en teori, som de længe havde tænkt over, hentet fra tidligere simuleringer og en lille mængde empiriske data:at, afhængig af køretøjstætheden i forskellige byer, trafikmængder opfører sig på samme måde og følger de samme mønstre.

"Det betyder, at vi kan bruge en bys infrastruktur til at forudsige det kritiske punkt, og i forlængelse heraf, netværkets trafikkapacitet, "forklarer Lukas Ambühl, en doktorand i gruppen Traffic Engineering og en af ​​undersøgelsens første forfattere.

Beregning af den ideelle infrastruktur

En lægmand synes måske, at det er ret indlysende, at et netværks form er knyttet til dets trafikkapacitet. Imidlertid, transporteksperterne på ETH ser det som alt andet end selvindlysende, at et så kaotisk system som et bytransportnetværk, med tusinder af deltagere, der alle handler uafhængigt, virkelig ville følge de samme mønstre i alle de undersøgte byer. Derfor er de især fascineret af denne simple model.

Resultaterne er også af praktisk relevans:byplanlæggere kan nu kvantificere deres forventninger til, hvordan planlagte investeringer eller anlægsarbejde vil forbedre eller begrænse deres netværks trafikkapacitet. For eksempel, konstruktion (eller fjernelse) af vejbaner ændrer netværkets tæthed, mens en nøglebro, der gøres ubrugelig på grund af renoveringsarbejde, reducerer dens redundans. Og hvis transportvirksomheder sørger for, at offentlig transport kører oftere, der kommer flere busser på vejene.

Imidlertid, forfatterne noterer sig også undersøgelsens begrænsninger. De forklarer, at prøven, dækker 41 byer, var lille, og at de fleste af disse byer var i Europa. Ud over, de foretog ikke en detaljeret undersøgelse af, hvordan lyskryds blev kontrolleret i kryds. Endelig, undersøgelsen fokuserede kun på infrastruktur, ser bort fra spørgsmål om efterspørgsel, såsom hvordan pendlere reagerer på en ændret trafiksituation.

På trods af dette, resultaterne kunne hjælpe byer med at skabe deres ideelle infrastruktur. "Vores nye forståelse af trafikkapacitet inden for bynetværk gør muligvis ikke op med trafikpropper for godt. Men det vil sandsynligvis spille en central rolle i forbedringen af ​​transportsituationen, "Forklarer Axhausen.