Stadsplanerare kan snart få ett nytt sätt att mäta trafikstockningar. Genom att fånga de olika rutter som fordon kan färdas mellan platser, forskare har utvecklat en ny datoralgoritm som hjälper till att kvantifiera trängselregioner i stadsområden och föreslår sätt att kringgå dem.

Studien, publicerad i Journal of Physics:Complexity , använde trafikhastigheter från taxibilar i New York för att demonstrera hur väginfrastruktur och förares beteende kan skapa komplexa vägnät som skiljer sig åt mellan städer.

"Tjänster med hyllning och åkning, och så småningom autonoma fordon, stör trafikmönster i städer, "sa Richard Sowers, professor i matematik och industri- och företagsteknik vid University of Illinois i Urbana-Champaign och huvudförfattare till studien. "Vi identifierade ett behov av ett verktyg som kan hjälpa stadsplanerare att förstå hur och varför detta händer."

Teamet tog sig an frågan genom att utforma en datoralgoritm för att fånga topologin - eller sambandet mellan de olika vägarna mellan platser - för vägnät.

"Vägar bildar komplexa nätverk, och området topologisk dataanalys tycktes erbjuda rätt verktyg för att studera resvägar som pendlare väljer, "Sa såmännen.

"Vi fann att de viktigaste trafikflaskhalsarna på Manhattan tycks uppstå som ett resultat av stadens strukturella upplägg, "säger studieförfattaren Daniel Carmody, som nyligen avslutade en doktorsexamen i matematik vid U. av I. "Till exempel, det faktum att en bro kommer in på Manhattan på en breddgrad där trafiken redan är begränsad på grund av Central Park bromsar trafiken i området avsevärt. "

Forskarna utförde en jämförande analys med hjälp av trafikmönster i Chengdu, Kina, för att testa om algoritmen fungerar lika bra i områden med olika layouter. Manhattan har en lång och tunn struktur, medan Chengdu är rund. Det finns betydande skillnader i hur trafiken rör sig mellan dessa två olika inställningar, sa forskarna.

"Flaskhalsarna i Chengdu verkar uppstå på grund av byggnadernas funktion i ett visst område, "Carmody sa." Till exempel, Det är svårt att resa in och ut från det centrala affärsdistriktet i Chengdu på grund av den stora trafikmängden ensam. Beltways, eller snabbare gator runt trånga platser, har dykt upp i cirklar runt detta område, vilket inte är förvånande eftersom denna funktion avsiktligt byggdes in i staden. "

På Manhattan, broarna och tunnlarna som utgör in- och utgångspunkterna orsakar trafikavmattning. Dock, på nedre Manhattan, där förare verkar följa de lägre hastighetsgränserna, trafiken går smidigare, bilda en ny trafikbälte med södra änden av Central Park som fungerar som en barriär mellan nedre och centrala Manhattan.

"Det förvånade oss att det finns en framväxande bälte i ett så trångt område på Manhattan, "Carmody sa." Detta indikerar att, till skillnad från i Chengdu, bälten verkar uppstå från förarens beteende även om de inte ingår i strukturplanen för ett trafiknät. "

Klicka här för att se en video om hur algoritmen definierar anslutna rutter, hittar vägar runt trånga områden och jämför trafik i olika städer.

Forskarna föreställer sig denna teknik som ger stadsplanerare ett sätt att kvantifiera trafikmönster, vilket leder till bättre lindring, Såde sa. "När transportmetoder utvecklas, nya problem kommer att dyka upp, och vi hoppas att våra verktyg kommer att ge planerare nya sätt att mäta vad som händer med stadstrafik. "