Prizor, ki ga verjetno poznamo vsi v prometu, še posebej v teh poletnih mesecih, ko je prometa na cestah več kot običajno. Vožnja po avtocesti, promet gost, vendar še vedno tekoč. Vsi vozijo približno enako hitro, pred vami ni nesreče, semaforja, zapore ali delovišča. Potem nenadoma avtomobili pred vami začnejo zavirati. Zaviranje postaja vse močnejše, hitrost pade, čez nekaj trenutkov pa stojite. Nekaj minut pozneje se kolona spet začne premikati. Ko se pripeljete do mesta, kjer se je zastoj začel, ni tam ničesar. Kam je torej izginila ovira? Pravzaprav je sploh ni bilo.
Takšen zastoj ima nekoliko nenavadno ime – fantomski zastoj. Nastane brez očitnega fizičnega razloga in je posledica načina, kako se majhne spremembe hitrosti posameznih voznikov prenašajo po prometni koloni. Pojav so že dolgo opisovali matematični modeli, leta 2008 pa so ga japonski raziskovalci prvič uspešno poustvarili tudi v resničnem eksperimentu.
Dovolj je že en voznik
Poskus je bil na prvi pogled precej preprost. Raziskovalci z japonske univerze v Nagoji so na 230 metrov dolgi krožni stezi razporedili 22 avtomobilov. Vozniki so dobili navodilo, naj vozijo s stalno hitrostjo približno 30 kilometrov na uro.
Na začetku je šlo vse gladko. Avtomobili so vozili v enakomerni koloni in med njimi so bile približno enake razdalje. Toda popolnoma enakomerno vožnjo je v resničnem svetu težko doseči. Eden od voznikov je nekoliko upočasnil. Voznik za njim se je moral odzvati z nekoliko močnejšim zaviranjem, naslednji še nekoliko močneje in tako naprej. Majhna motnja se je tako začela širiti po koloni.
Po določenem času se je na stezi oblikovala skupina vozil, ki je morala skoraj povsem ustaviti. Zastoj pa se ni širil v smeri vožnje avtomobilov, ampak nazaj proti vozilom, ki so se mu šele približevala. Raziskovalci so tako v praksi dobili tisto, kar so matematični modeli napovedovali že leta.
To je bistvo fantomskega zastoja: avtomobili se lahko še naprej premikajo naprej, medtem ko se motnja v prometnem toku pomika v nasprotni smeri.
Kako iz nekaj centimetrov nastane večkilometrski zastoj?
Predstavljajmo si gosto kolono vozil, ki vozijo s približno enako hitrostjo. Prvi voznik za trenutek zmanjša hitrost. Morda zato, ker se je avtomobil pred njim nekoliko približal, ker je za trenutek pogledal na drugo stran ali ker je preprosto nekoliko popustil stopalko za plin.
Če je med vozili dovolj prostora, se ne zgodi skoraj nič. Težava nastane, ko so avtomobili zelo blizu skupaj.Drugi voznik mora zavirati nekoliko bolj. Tretji še bolj. Četrti še bolj. Majhna sprememba hitrosti se tako iz vozila v vozilo povečuje, dokler nekdo ni prisiljen močno zavirati ali celo ustaviti. In prav tu nastane navidezni paradoks: nihče ni povzročil klasične prometne ovire, vendar je ovira vseeno nastala.
Ustvaril jo je prometni tok sam. Matematični modeli so pokazali, da se takšni zastoji najlažje pojavijo na cestah, ki so blizu svoje največje pretočnosti. Ko je vozil malo manj, bi lahko vsi vozili tekoče. Ko jih je veliko, pa že majhna motnja lahko sproži verižno reakcijo.
Na slovenskih avtocestah je pojav še posebej pomemben
Da ne gre zgolj za zanimivost iz prometne teorije, opozarja tudi Agencija za varnost prometa. Ta je avgusta letos posebej opozorila na fantomske zastoje, ki so v poletnih mesecih zaradi povečanega prometa še verjetnejši.
Na slovenskih avtocestah so razmere za njihov nastanek še posebej ugodne takrat, ko je promet zelo gost, ko potekajo dela na cesti in so prometni pasovi zoženi. V takšnih razmerah je že manjša napaka ali sunkovit manever lahko dovolj, da se začne prometni tok sesuvati.
Po oceni AVP je eden ključnih problemov premajhna oziroma neustrezna varnostna razdalja. Če se vozilo pred nami nenadoma približa oviri ali nekoliko zmanjša hitrost, imamo pri večji razdalji čas, da hitrost zmanjšamo postopoma. Če vozimo tik za njim, smo prisiljeni zavirati sunkovito. In prav to je "gorivo" za prometni val.
Zakaj je zaviranje enega avtomobila lahko problem za stotine drugih?
Predstavljajmo si, da prvi voznik samo nekoliko zmanjša hitrost. Voznik za njim tega ne more ponoviti popolnoma enako, saj potrebuje nekaj časa za reakcijo. Zato zavira nekoliko močneje. Tretji voznik ima še manj časa in zavira še močneje. Po nekaj deset avtomobilih je lahko prvotna majhna sprememba hitrosti postala popolna ustavitev.
Zanimivo je, da voznik, ki se mu približuje zadnji del takšnega zastoja, pogosto nima pojma, kaj se dogaja. Vidi samo avtomobile, ki nenadoma zavirajo. Ko se čez nekaj časa spet začne premikati, se lahko izkaže, da pred njim ni bilo prav ničesar.
Zastoj je medtem že "odpotoval" naprej oziroma, natančneje, njegov val se je pomaknil nazaj po prometnem toku.
Pri 130 kilometrih na uro je 72 metrov veliko?
AVP zato poudarja pomen pravila dveh sekund. Pri hitrosti 100 kilometrov na uro naj bi bila varnostna razdalja najmanj 56 metrov, pri 130 kilometrih na uro pa najmanj 72 metrov. Ob slabem vremenu mora biti še večja.
To se marsikateremu vozniku zdi pretirano. Toda fizika je precej neusmiljena: zavorna pot se s hitrostjo ne povečuje linearno, temveč približno s kvadratom hitrosti. Že majhno povečanje hitrosti zato pomeni občutno daljšo pot ustavljanja.
Lahko fantomske zastoje preprečimo?
Dobra novica je, da fantomski zastoj ni neizogibna posledica gostega prometa. V veliki meri ga lahko preprečimo – vendar morajo pri tem sodelovati vozniki.
Najpomembnejša je dovolj velika varnostna razdalja. Če je med avtomobili dovolj prostora, vozniku ni treba ob vsaki manjši spremembi hitrosti vozila pred njim sunkovito zavirati. Hitrost lahko zmanjša postopoma in s tem prepreči, da bi se njegova reakcija še povečala pri naslednjem vozniku.
Pomembno je tudi, da voznik spremlja promet daleč pred seboj in hitrost prilagaja prometnemu toku, namesto da se odzove šele na avtomobil neposredno pred njim.
Pomaga tudi nekaj, kar je voznikom pogosto precej težje: ne delati ničesar po nepotrebnem. Ni treba vsakič, ko se odpre nekaj deset metrov prostora, pospešiti do največje dovoljene hitrosti in nato ponovno zavirati. Prav tako ni smiselno brez potrebe menjavati pasov in se vrivati v kolono. Vsak takšen manever je lahko nova motnja, ki jo bodo morali popravljati vozniki za nami.
Pri tem ima pomembno vlogo tudi reakcijski čas. Če voznik zaradi utrujenosti, telefona, pogovora ali katerega drugega razloga reagira samo del sekunde pozneje, lahko v tem času prevozi več dodatnih metrov, preden sploh začne zavirati. AVP opozarja, da lahko že pol sekunde daljši reakcijski čas pri 60 kilometrih na uro pomeni približno osem metrov daljšo celotno pot ustavljanja.
Tudi prehitevanje lahko sproži val
Še en pogost problem je menjava prometnih pasov. V zelo gostem prometu voznik, ki se nenadoma vrine na drug pas, prisili drugega voznika, da zmanjša hitrost. Ta lahko zaradi premajhne razdalje zavira precej močneje, kot bi bilo treba, če bi bila kolona bolj razmaknjena.
Z avtonomnimi vozili slovo fantomskih zastojev?
Pri preprečevanju fantomskih zastojev pa se odpira še precej bolj zanimiva možnost, ki jo prinašajo avtomatizirana in povezana vozila. Človek za volanom ima reakcijski čas. Poleg tega vsak voznik pospešuje in zavira nekoliko drugače. Eden zavira nežno, drugi sunkovito, tretji se na spremembo hitrosti odzove šele čez trenutek. Prav te razlike omogočajo, da se majhna motnja v prometu začne povečevati.
Računalnik je pri tem lahko precej bolj predvidljiv. Raziskave kažejo, da lahko ustrezno zasnovana povezana in avtomatizirana vozila pomagajo stabilizirati prometni tok in zmanjšati oziroma celo odpraviti fantomske zastoje. Nekatere raziskave so pokazale, da lahko pomemben učinek doseže že razmeroma majhen delež avtomatiziranih vozil, če njihovi sistemi pravilno uravnavajo hitrost in razdaljo do drugih vozil.
To pa ne pomeni, da bo vsak avtomobil z aktivnim tempomatom samodejno rešil problem. Raziskave komercialnih sistemov za prilagodljivi tempomat so namreč pokazale, da nekateri sistemi še vedno lahko ojačajo določene motnje v prometnem toku. Ključna torej ni samo avtomatizacija, ampak način, kako je sistem programiran, da pospešuje, zavira in vzdržuje razdaljo.
Za zdaj je zato najbolj učinkovita tehnologija še vedno precej preprosta: voznik, ki gleda daleč predse, drži dovolj veliko razdaljo in ne zavira po nepotrebnem.
Takšen manever sam po sebi morda ni videti nič posebnega. Toda v prometnem toku se njegova posledica lahko prenaša naprej oziroma nazaj skozi več deset ali celo sto vozil.
AVP zato opozarja tudi na pravilno uporabo prometnih pasov: desni pas je namenjen običajni vožnji, levi pa prehitevanju. Po končanem prehitevanju mora voznik levi pas zapustiti. Za neupravičeno vožnjo po levem pasu je predpisana tudi globa 150 evrov.
Najbolj nenavadno pa je, da zastoja pogosto ne moremo videti
Ko se voznik pripelje do konca fantomskega zastoja, se pogosto sprašuje, kaj se je sploh zgodilo. Ni bilo nesreče. Ni bilo delovišča. Noben tovornjak se ni pokvaril. Toda promet ni mehanski sistem, v katerem bi se vsi avtomobili premikali popolnoma enako. Je sistem, sestavljen iz ljudi, ki se na spremembe odzivajo z različnimi zakasnitvami in različnimi intenzivnostmi.
Zato je lahko že majhna motnja dovolj, da iz tekočega prometa nastane zastoj. In prav zato ima voznik pri preprečevanju takšnih zastojev precej večjo vlogo, kot se morda zdi. Ustrezna varnostna razdalja, enakomerna hitrost, čim manj sunkovitih zaviranj in nepotrebnih menjav pasov ter zbranost za volanom ne pomenijo le večje varnosti. Pomagajo tudi ohranjati pretočnost celotnega prometa.
Naslednjič, ko se boste na avtocesti brez očitnega razloga znašli v koloni, zato morda ne bo krivca pred vami. Morda je bil dovolj že en voznik nekaj kilometrov prej, ki je za trenutek pritisnil na zavoro. In nato so to storili še vsi za njim.
