Cientistas da St. Petersburg State University propuseram uma solução para o congestionamento do tráfego usando algoritmos matemáticos. A pesquisa de Alexander Krylatov e Viktor Zakharov mostra que, para melhorar o transporte em uma cidade grande, uma mudança equilibrada na infraestrutura e um sistema de navegação unificado podem ajudar. Uma monografia dos matemáticos foi publicada pela Springer.
Os cientistas têm trabalhado em uma resposta a esta pergunta desde os anos 50:
“A tecnologia pode reduzir o congestionamento do tráfego?”
Com os automóveis de passageiros cada vez mais acessíveis em todo o mundo, causa um problema de tráfego nas grandes cidades. Há muito tempo que os cientistas procuram uma solução. Desde o final da década de 1950, a teoria dos fluxos de tráfego se transformou em uma seção independente da matemática aplicada. E nas últimas décadas, o número de obras se multiplicou.
Alexander Krylatov, Professor do Departamento de Modelagem Matemática de Sistemas de Energia da Universidade Estadual de São Petersburgo, disse: “Na Rússia, a tarefa de organizar o tráfego historicamente recai sobre os ombros dos engenheiros de transporte. Ao mesmo tempo, eles são mais especializados em soluções relacionadas às mudanças estruturais de trechos individuais da rede, e não possuem competências no campo do aumento sistêmico em seu throughput. Assim, em condições de fluxos de tráfego cada vez maiores, mesmo que os engenheiros consigam obter melhorias locais, depois de um tempo o fluxo de tráfego volta aos níveis antigos e o mesmo congestionamento ocorre em outros lugares. ”
A monografia, escrita por dois cientistas juntos, Krylatov, que é professor do Departamento de Modelagem Matemática de Sistemas de Energia na Universidade Estadual de São Petersburgo, e Viktor Zakharov, Doutor em Física e Matemática, também apresenta novas abordagens matemáticas para otimização de tráfego possíveis formas de implementá-los.
As teorias do matemático britânico os guiaram
Os princípios sugeridos pelos cientistas são guiados pelas formulações de um matemático e analista de transportes inglês John Glen Wardrop. Em 1952, Wardrop ofereceu dois princípios. O primeiro deles – o princípio do equilíbrio – é uma construção matemática que permite simular sistemas, no caso do trânsito, pressupondo que cada motorista busque objetivos exclusivamente pessoais. É por isso que os modelos criados baseiam-se no fato de que qualquer mudança nos fluxos de tráfego deve ser baseada no comportamento egoísta dos motoristas.
O segundo princípio – o ótimo do sistema Wardrop – afirma que existe a possibilidade de gerenciar todos os veículos. No entanto, os autores da monografia enfatizaram precisamente no primeiro princípio que acreditam que o comportamento dos motoristas pode ser influenciado indiretamente – por meio de mudanças na infraestrutura rodoviária. Os modelos matemáticos nos permitem prever como isso mudará o tráfego em cada seção local da rede.
Os sistemas de navegação precisam ser sincronizados
Os autores observam que os sistemas de navegação que usamos hoje têm grande influência na gestão dos fluxos de tráfego. Em sua opinião, a situação mais eficaz seria se todos os motoristas usassem o mesmo sistema e recebessem informações sobre os percursos adequados de um único centro. Caso contrário, se um dos principais navegadores anunciar repentinamente que redirecionará seus usuários para que a situação do tráfego na cidade melhore e os outros navegadores não o suportem, as mudanças ainda permanecerão no nível local – o sistema será reconstruído e o problema não será resolvido.
A otimização do tráfego também é possível devido à expansão ou estreitamento da via, o que é especialmente importante em cidades com uma rede já existente. Nesses casos, muitas vezes é impossível estender a estrada de uma interseção a outra, e a construção de novas interseções nem sempre é aconselhável.
Motoristas, carros elétricos e talvez novas estradas
Krylatov explicou: “Usando uma abordagem matemática, provamos que a melhor maneira de melhorar a topologia da rede viária é maximizar a possível expansão do leito das rotas mais curtas entre os pontos de partida e chegada dos motoristas identificados. Ao mesmo tempo, é necessário expandir todo o percurso e não apenas uma ou várias ruas, caso contrário pode surgir um ‘gargalo’. Depois disso, você pode prosseguir para a próxima rota mais importante para os motoristas. Isso com certeza levará a uma diminuição do tempo médio de movimentação da rede como um todo ”.
Nos casos em que não é possível construir estradas, é aconselhável usar outros métodos: por exemplo, proibir o estacionamento no percurso. Além disso, a ciência pode ajudar a criar estradas dedicadas para veículos elétricos se a administração da cidade quiser motivar os motoristas a mudar para carros verdes dessa forma. Especialmente para eles, pode haver rotas separadas planejadas.
Os gêmeos digitais podem nos ajudar a prever o efeito das mudanças
“Todos os anos, um orçamento considerável é alocado para a melhoria das estradas. A teoria matemática da distribuição dos fluxos de tráfego oferece um conjunto de soluções para a gestão eficaz desse dinheiro ”, disse o cientista. “Neste caso, a abordagem matemática neste caso é superior à engenharia e à económica, pois permite analisar toda a rede de transportes, dadas as leis complexas da influência mútua dos seus elementos individuais uns sobre os outros. Fizemos um excelente trabalho na área de modelagem de redes e fluxos de tráfego. Agora queremos passar à fase de colocar as nossas ideias em prática ”.
Uma das maneiras de usar modelos matemáticos pode ser o desenvolvimento com base em gêmeos digitais de sistemas de transporte. Essas simulações, implementadas na forma de programas de computador, se tornarão uma ferramenta intelectual extremamente útil nas mãos dos engenheiros de transporte.
“Ao construir gêmeos digitais do sistema de transporte e usá-los para otimizar os fluxos, pode-se obter um equilíbrio entre a demanda de uso do sistema e as capacidades de infraestrutura. No contexto da digitalização da economia, é improvável que isso seja dispensado ”, acrescentou Viktor Zakharov.