تُعد الطرق السريعة أنظمة معقدة حيث يتحد سلوك آلاف السائقين الأفراد لخلق تدفق حركة المرور. وعندما تحاول سيارات كثيرة جداً استخدام طريق ما في وقت واحد، يمكن للنظام أن يختنق، مما يسبب تأخيرات تمتد إلى الخلف لأميال. ولعقود من الزمن، اعتمدت وكالات النقل على قياسات بسيطة لتقدير مدى سوء هذه الاختناقات، مثل حساب إجمالي الدقائق الضائعة من قبل جميع السائقين أو قياس مدى تباطؤ حركة المرور خلال ساعات الذروة. تخبر هذه الأرقام قصة عن الماضي: فهي تصف مدى ازدحام الطريق بالأمس أو العام الماضي. ومع ذلك، فهي لا تقدم سوى القليل من التوجيه للمستقبل. فقد يعني العدد المرتفع من الدقائق الضائعة أن الطريق مثقل ببساطة بسبب عدد كبير جداً من السيارات، وهو وضع لا يمكن لأي قدر من التعديلات إصلاحه. وبدلاً من ذلك، قد يعني نفس العدد المرتفع أن الطريق مسدود لأن السائقين يتفاعلون بشكل سيئ مع بعضهم البعض، وهو وضع يمكن معالجته بالإدارة الصحيحة. ودون معرفة أي سيناريو هو الصحيح، يخاطر مخططو المدن بإهدار الأموال في مشاريع مكلفة مثل إضافة حارات جديدة، بينما قد يكون الحل الأرخص والأكثر ذكاءً كافياً.

هذا اليقين هو المشكلة المركزية التي تعالجها دراسة جديدة من باحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة نوتنغهام. فقد سعى الفريق إلى ابتكار طريقة جديدة للنظر إلى حركة المرور تتجاوز مجرد قياس مدى سوء الأمور. فبدلاً من السؤال: "كم مقدار التأخير الموجود؟"، سألوا سؤالاً مختلفاً: "كم من هذا التأخير يمكننا إصلاحه فعلياً؟". وللإجابة على ذلك، طوروا مفهوماً أطلقوا عليه اسم "الازدحام القابل للتحكم". هذا ليس مقياساً لظروف حركة المرور الحالية، بل هو مقياس للإمكانات. فهو يحسب أقصى قدر من التأخير الذي يمكن نظرياً إزالته من طريق سريع إذا أدار نظام ذكي حدود السرعة بشكل مثالي. وباستخدام محاكاة حاسوبية متقدمة تحاكي كيفية تدفق حركة المرور، اختبر الباحثون هذه الفكرة على كل من سيناريو طريق سريع افتراضي وبيانات حقيقية من جزء من الطريق السريع (Interstate 24) في تينيسي. ويكشف عملهم أن مقدار التأخير الذي يعاني منه الطريق غالباً ما يكون غير مرتبط بمدى إمكانية إصلاح ذلك التأخير. ففي بعض الحالات، يكون الطريق الذي يشهد حركة مرور كثيفة مستحيلاً تقريباً من حيث التحسين، بينما في حالات أخرى، يمكن لطريق بمستويات حركة مرور مماثلة أن يشهد خفض تأخيراته بأكثر من النصف إذا تمت إدارته بشكل صحيح.

بنى الباحثون تحليلهم على نموذج حاسوبي راسخ لتدفق حركة المرور يُعرف باسم METANET. يقسم هذا النموذج الطريق السريع إلى أجزاء صغيرة ويتتبع كيفية تغير كثافة السيارات وسرعتها بمرور الوقت. وهو يأخذ في الاعتبار كيفية دخول السيارات إلى الطريق وخروجها، وكيف تتباطأ عندما تقترب من بعضها البعض، وكيف يمكن لـ "عنق الزجاجة"، مثل تقليص عدد الحارات، أن يسبب ازدحاماً خلفياً. استخدم الفريق هذا النموذج لتشغيل عملية تحسين هائلة؛ حيث طلبوا من الحاسوب إيجاد التسلسل المثالي لحدود السرعة لكل جزء من الطريق السريع عبر فترة زمنية محددة. وكان الهدف هو تقليل إجمالي الوقت الذي تقضيه جميع المركبات على الطريق. وقد سُمح للحاسوب بتغيير حدود السرعة قدرما يشاء ضمن الحدود الفيزيائية للطريق، لمعرفة أفضل نتيجة ممكنة على الإطلاق. والفرق بين التأخير الفعلي المرصود في البيانات وبين هذا السيناريو الأفضل نظرياً هو ما يعرّفه الباحثون بـ "الازدحام القابل للتحكم".

عندما طبق الفريق هذه الطريقة على طريق سريع اصطناعي يحتوي على عنق زجاجة، اكتشفوا نمطاً مفاجئاً. فمع زيادة عدد السيارات الداخلة إلى الطريق، نما إجمالي التأخير بشكل مطرد، وهو أمر متوقع. ومع ذلك، فإن مقدار ذلك التأخير الذي يمكن إزالته من خلال التحكم في حدود السرعة لم ينمُ بشكل مطرد؛ بل ارتفع بسرعة في البداية، ووصل إلى ذروة حيث يمكن إزالة حوالي 56 في المائة من التأخير، ثم انخفض بشكل حاد مع ازدياد ازدحام الطريق. وهذا يعني أنه بمجرد وصول حركة المرور إلى مستوى معين من الكثافة القصوى، يصبح إبطاء السيارات باستخدام حدود السرعة غير فعال. يصبح النظام مشبعاً للغاية بحيث لا يمكن لأي إدارة للسرعة منع الاختناق. وتتحدى هذه النتيجة الافتراض القائل بأن زيادة حركة المرور تعني دائماً فرصة أكبر للتحسين، فهي تشير إلى وجود نقطة تحول حيث يصبح الطريق مزدحماً جداً بحيث لا يمكن إدارته بحدود السرعة وحدها، وقد يكون إضافة سعة مادية، مثل حارة جديدة، هو الحل الوحيد.

اختبر الباحثون بعد ذلك طريقتهم على بيانات واقعية من ممر (I-24 SMART) في تينيسي، وهو جزء بطول 5.6 كيلومتر من الطريق السريع المجهز بمستشعرات ولوحات حدود سرعة متغيرة. وحللوا عشرة أيام عمل متتالية، بما في ذلك يومي عطلة، لمعرفة كيف تتغير إمكانية التحسين من يوم لآخر. كانت النتائج مذهلة؛ ففي صباح يومين مختلفين، كان إجمالي وقت السفر ومتوسط التأخير لكل سيارة متطابقين تقريباً. وبالقياسات التقليدية، بدا هذان اليومان متماثلين تماماً. ومع ذلك، عندما حسب الباحثون "الازدحام القابل للتحكم"، كان الفرق هائلاً. ففي أحد الأيام، كان النظام شديد الاستجابة، وكان بإمكان استراتيجية حدود السرعة المثلى إزالة 80 في المائ de التأخير. وفي اليوم الآخر، مع نفس كمية حركة المرور، كان النظام أقل استجابة بكثير، وكان بإمكان أفضل استراتيجية ممكنة إزالة 31 في المائة فقط من التأخير. وكمن في طبيعة الاختناق المروري نفسه؛ ففي اليوم ذي الإمكانات العالية، كان الاختناق مؤقتاً ويمكن إزالته عن طريق إبطاء السيارات بما يكفي فقط لمنع تكون ازدحام خلفي. أما في اليوم ذي الإمكانات المنخفضة، فقد كان الاختناق مستمراً وهيكلياً، مما يعني أنه حتى مع الإدارة المثالية، لا يمكن إزالة الاختناق بسرعة.

إن هذا الانفصال بين إجمالي التأخير والازدحام القابل للتحكم هو أهم نتائج الدراسة. فهو يوضح أن النظر إلى التأخير وحده يشبه النظر إلى حمى المريض دون معرفة السبب؛ فقد تكون الحمى العالية عدوى بسيطة ستزول بسرعة، أو قد تكون علامة على مرض خطير يتطلب علاجاً جذرياً. وبالمثل، قد يكون التأخير المرتفع في طريق سريع علامة على أن الطريق مزدحم جداً بحيث لا تنفع معه أي استراتيجية إدارة، أو قد يكون علامة على أن الطريق يُدار بشكل سيء ويمكن تحسينه بشكل كبير بالأدوات المناسبة. وتثبت الدراسة أن طريقين بنفس مستوى الازدحام يمكن أن يمتلكا إمكانات تحسين مختلفة تماماً. وهذا يعني أن وكالات النقل لا يمكنها الاعتماد على إحصائيات التأخير وحدها لتقرير أين تستثمر في التكنولوجيا الجديدة؛ بل يجب أن يعرفوا ليس فقط مدى سوء حركة المرور، بل كم من تلك الحركة السيئة يمكن إصلاحها فعلياً.

استكشف الباحثون أيضاً كيف تؤثر القيود العملية على هذه الإمكانات. ففي العالم الحقيقي، لا يمكن تغيير حدود السرعة فورياً أو ضبطها على أي قيمة؛ إذ يحتاج السائقون وقتاً للاستجابة، وهناك حدود دنيا قانونية لأقل سرعة يمكن فرضها. واختبر الفريق كيف ستغير هذه القيود النتائج، ووجدوا أن وتيرة التحديثات كانت أمراً حاسماً؛ فإذا كان لا يمكن تغيير حدود السرعة إلا مرة كل دقيقتين، فإن مقدار التأخير الذي يمكن إزالته ينخفض بشكل كبير مقارنة بنظام يمكنه التحديث كل بضع ثوانٍ. ومع ذلك، وجدوا أن الحد الأدنى لسرعة الطريق لم يؤثر كثيراً؛ فحتى لو لم يكن من الممكن ضبط حد السرعة لأقل من 90 كيلومتراً في الساعة، فلا يزال بإمكان النظام إزالة نصف التأخير تقريباً. وهذا يشير إلى أن القدرة على إجراء تعديلات صغيرة ومتكررة هي أكثر أهمية من القدرة على إجبار حركة المرور على التوقف شبه الكامل، كما يسلط الضوء على أن تباعد اللوحات يهم؛ فوجود لوحات قريبة من بعضها يسمح بتحكم أفضل مما لو كانت متباعدة.

تخلص الدراسة إلى أن "الازدحام القابل للتحكم" هو أداة حيوية جديدة لاتخاذ القرار. فهو يسم يسمح للمخططين بالتمييز بين الازدحام الذي لا يمكن تجنبه هيكلياً، والازدحام الذي يستجيب بقوة للإدارة. فبالنسب بالنسبة لطريق سريع تكون فيه إمكانية التحسين منخفضة، سيكون إنفاق ملايين الدولارات على لوحات حدود السرعة المتغيرة هدراً للموارد؛ وفي تلك الحالات، قد يكون الحل هو توسيع الطريق أو قبول الازدحام كحد من حدود البنية التحتية. أما بالنسبة لطريق سريع تكون فيه الإمكانات عالية، فإن الاستثمار ذاته قد يحقق فوائد هائلة، مما يقلل أوقات السفر والانبعاثات بشكل كبير. ومن خلال تحديد هذه الإمكانات كمياً، يمكن للوكالات التوقف عن التخمين والبدء في الاستثمار في الأماكن التي ستعمل فيها أموالهم فعلياً. ولا يقتصر هذا الإطار على قياس التأخير فحسب، بل يمكن تطبيق نفس المنطق لقياس مقدار التلوث أو الحوادث التي يمكن منعها من خلال إدارة أفضل. وبينما تعتمد الدراسة الحالية على عمليات المحاكاة الحاسوبية وبيانات محددة من ممر واحد، فإن الجوهر واضح: معرفة مقدار ما يمكن تحسينه في نظام ما لا يقل أهمية عن معرفة مدى سوء هذا النظام حالياً.