Stedenbouwkundigen hebben binnenkort misschien een nieuwe manier om verkeersopstoppingen te meten. Door de verschillende routes vast te leggen waarop voertuigen tussen locaties kunnen reizen, onderzoekers hebben een nieuw computeralgoritme ontwikkeld dat helpt bij het kwantificeren van congestiegebieden in stedelijke gebieden en het voorstellen van manieren om deze te omzeilen.

De studie, gepubliceerd in de Journal of Physics:Complexiteit , gebruikte verkeerssnelheden van taxi's in New York City om aan te tonen hoe wegeninfrastructuur en rijgedrag complexe wegennetwerken kunnen creëren die verschillen tussen steden.

"Ride-hailing en ride-sharing diensten, en uiteindelijk autonome voertuigen, verstoren verkeerspatronen in steden, " zei Richard Zaaiers, een professor in de wiskunde en van industriële en bedrijfssysteemtechniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en hoofdauteur van de studie. "We hebben vastgesteld dat er behoefte is aan een tool die stadsplanners kan helpen begrijpen hoe en waarom dit gebeurt."

Het team benaderde het probleem door een computeralgoritme te ontwerpen om de topologie - of relatie tussen de verschillende routes tussen locaties - van wegennetwerken vast te leggen.

"Wegen vormen complexe netwerken, en het gebied van topologische data-analyse leek de juiste tools te bieden om reispaden te bestuderen die pendelaars kiezen, ' zei Zaaiers.

"We ontdekten dat de belangrijkste verkeersknelpunten in Manhattan lijken te ontstaan ​​als gevolg van de structurele lay-out van de stad, " zei co-auteur van de studie Daniel Carmody, die onlangs een Ph.D. in wiskunde aan de U. of I. "Bijvoorbeeld, het feit dat een brug Manhattan binnenkomt op een breedtegraad waar het verkeer al beperkt is vanwege Central Park, vertraagt ​​het verkeer in het gebied aanzienlijk."

De onderzoekers voerden een vergelijkende analyse uit met verkeerspatronen in Chengdu, China, om te testen of het algoritme even goed werkt in gebieden met verschillende lay-outs. Manhattan heeft een lange en dunne structuur, terwijl Chengdu rond is. Er zijn aanzienlijke verschillen in de manier waarop het verkeer tussen deze twee verschillende opstellingen beweegt, aldus de onderzoekers.

"De knelpunten in Chengdu lijken te ontstaan ​​door de functie van de gebouwen in een bepaald gebied, ' zei Carmody. 'Bijvoorbeeld, het is moeilijk om het centrale zakendistrict in Chengdu in en uit te reizen vanwege het enorme verkeersvolume. ringwegen, of snellere straten rond drukke gebieden, zijn in kringen rond dit gebied ontstaan, wat niet verwonderlijk is omdat deze functie opzettelijk in de stad is ingebouwd."

In Manhatten, de bruggen en tunnels die de in- en uitgangen vormen, zorgen voor verkeersopstoppingen. Echter, in lager Manhattan, waar automobilisten de lagere snelheidslimieten lijken te gehoorzamen, het verkeer verloopt vlotter, het vormen van een nieuwe verkeersring waarbij het zuidelijke uiteinde van Central Park fungeert als een barrière tussen lager en centraal Manhattan.

"Het verbaasde ons dat er een ringweg in opkomst is in zo'n druk gebied van Manhattan, " zei Carmody. "Dit geeft aan dat, in tegenstelling tot Chengdu, ringwegen lijken voort te komen uit het gedrag van chauffeurs, zelfs als ze geen deel uitmaken van het structurele plan van een verkeersnetwerk."

Klik hier om een ​​video te zien van hoe het algoritme verbonden routes definieert, vindt paden rond drukke gebieden en vergelijkt het verkeer in verschillende steden.

De onderzoekers stellen zich voor dat deze technologie stadsplanners een middel geeft om verkeerspatronen te kwantificeren, leidt tot een betere mitigatie, zei Zaaiers. "Naarmate de transportmethoden evolueren, nieuwe problemen zullen ontstaan, en we hopen dat onze tools planners nieuwe manieren zullen bieden om te meten wat er met het stadsverkeer gebeurt."