Как мы непорядочных пешеходов считали

Значения основных параметров алгоритма, лежащего в основе AntRoadPlanner подобраны эмпирически, что давало почву для некоторой неуверенности в их адекватности. Ведь значения подбирались вручную совершенно нехитрым способом — были выбраны несколько характерных территорий с вытоптанными стихийными тропами, затем работа алгоритма тестировалась на них с разным значениями параметров до тех пор, пока результат моделирования не стал максимально похож на реальную картину расположения троп. В целом, подбор получился достаточно точным, в чем вы можете убедиться сами, протестировав наш алгоритм на знакомой территории.

Однако в результате такого эмпирического подбора параметров в алгоритм все же могли закрасться ошибки, да и скептики могут сказать: «почему мы должны доверять таким результатам?». Поэтому для повышения точности моделирования, а значит и доверия к результатам работы алгоритма, мы решили проверить правильность подобранных значений параметров с помощью проведения экспериментов и скрупулезного изучения научной литературы. Будем рассказывать, что у нас получилось.

Начнём с параметра, который называется «доля непорядочных пешеходов». Если вы читали нашу статью о работе алгоритма, то вам будет понятно, что это такое. Если нет — почитайте:) Вкратце, в работе алгоритма мы предполагаем, что пешеходы бывают двух типов — «порядочные» и «непорядочные». Это слово здесь не несёт никакой моральной оценки, оно лишь означает, что «непорядочные» пешеходы готовы всегда идти напрямик, даже через невытоптанный газон (свежий грунт или целину), тогда как «порядочные» стараются беречь газоны и готовы ходить по ним только когда их уже начали вытаптывать. Таким образом, именно непорядочные пешеходы отвечают за формирование троп на начальном этапе. В алгоритме значение доли таких пешеходов от общего числа людей принято равным 5-10%, что обеспечивает достаточную скорость работы алгоритма.

Итак, было решено пронаблюдать, как же в реальности формируется тропа и посчитать ту самую долю «непорядочных» пешеходов.

Выбор территории

Собственно, это было самым сложным этапом эксперимента, ведь на момент начала наблюдений на территории не должно быть тропы (мы ведь хотим проследить за процессом ее формирования с нуля), и все же нужно было наверняка знать, что тропа здесь появится. И наконец, случай представился.

На наше счастье, каждую весну коммунальщики выходят на войну со стихийными тропами, засыпая их свежим грунтом и высеивая семена. Остальное было делом техники — найти свежезасыпанную тропу и наблюдать. Нужное место нашлось на Марсовом поле. Про него стоить чуть-чуть сказать отдельно.

Регулярная планировка Марсова поля, архитектор Фомин.

Это может показаться неожиданным, но та планировка, что здесь существует сейчас — совсем новая, ей еще нет и ста лет. Территория Марсова поля была реконструирована в 20-х годах прошлого века, когда и превратилась в мемориальный парк с регулярной планировкой, какой мы ее и знаем. И, как и подобает настоящему регулярному парку, здесь мы видим геометрически строгую структуру, дорожки симметричны и соединяются во многих местах под прямыми углами — лакмусова бумажка неоптимальной сети дорожек, где вероятно возникнут тропы. К чести архитектора можно отметить, что тот наверняка понимал перспективы регулярной планировки на проходной территории, и предусмотрительно спроектировал кусты в местах соединения троп. Однако все продумать ему не удалось.

Дело в том, что через Марсово поле в реальности ходят большие потоки людей — например, через нее проходит кратчайший маршрут от Института Культуры и Троицкого моста к станции метро Невский проспект.

Маршрут от Института Культуры до метро Невский проспект, предлагаемый Яндекс-картами.

В общем, Маросово поле — идеальный пример сети дорожек, где монументальная фантазия архитектора разбивается о суровую транзитную реальность, отлично подходящий под условия нашего эксперимента. Для наблюдения был выбран участок с пересекающимися под прямым градусом дорожками, где раньше существовала тропа.

Место наблюдения на Марсовом поле.

Здесь А — направление по главной аллее в сторону Невского проспекта и Спаса-на-Крови, В — пешеходный переход к Институту Культуры и Троицкому мосту, С — трамвайная остановка, словом, значимые точки притяжения. Невооруженным глазом видна тропа между дорожками, примыкающими здесь под прямым углом. На момент начала наблюдений однако тропа была ликвидирована — на нее был насыпан свежий рыхлый грунт. То, что в этом месте появится тропа, предсказал и AntRoadPlanner.

Результаты моделирования пешеходного движения в AntRoadPlanner Марсова поля.

Сверху хороша видна та самая тропа.

Подсчет пешеходов

К счастью, нам удалось получить доступ к одной из многочисленных камер видеонаблюдения, развешанных на каждом столбе по всему городу, за что большое спасибо Городскому Мониторинговому Центру.

Скриншот с камеры видеонаблюдения.

Оставалось только посчитать пешеходов. На следующей картинке показаны траектории движения подсчитываемых пешеходов. Тех, кто шел по существующим дорожкам (красная траектория) мы относили к порядочным, тех, кто срезал через газон (голубая траектория) — к непорядочным.

Траектории движения подсчитываемых пешеходов.

Наблюдения за формированием тропы проводились в течении трех недель. На момент начала наблюдений тропа по-сути не существовала, газон не был вытоптан, на месте старой тропы был насыпан свежий рыхлый грунт без каких-либо следов вытоптанности, на момент окончания наблюдений между дорожками на наблюдаемом участке была вытоптана широкая ярко выраженная тропа с полностью вытоптанным грунтом, газон по краям тропы также был вытоптан. Подсчет проводился в течении часа в дневное время суток при сухой погоде на протяжении 16 дней – подряд с 3 по 14 мая, затем 18 мая, и с 22 по 24 мая. Считались «порядочные» и «непорядочные» пешеходы, затем была посчитана процентная доля «непорядочных» от общего числа пешеходов, прошедших по наблюдаемому участку территории.

Состояние газона на исследуемом участке сети
дорожек: а) 3 мая на момент начала наблюдений и b) 24 мая на момент окончания
наблюдений.

Что получилось?

Получился следующий график, показывающий изменение процента людей, которые срезали через газон (т.е. «непорядочных» пешеходов) от общего числа пешеходов, прошедших по территории.

График изменения доли «непорядочных» пешеходов от общего числа со временем.

По графику четко видно три этапа формирования тропы — начальная стадия, резкий рост и завершающий этап. Наблюдения подтвердили нашу гипотезу — на начальной стадии за целую неделю (с 3 по 9 мая) доля непорядочных пешеходов от общего числа была близка к постоянной, колебалась в районе 0% — 4.4%, среднее значение — 2.7%. Это и были те самые «непорядочные» пешеходы, действия которых моделирует алгоритм — им было плевать на то, что перед ними свежий взрыхленный грунт, они торопились, втыкали в телефон или просто уверенно шли вперед — и срезали угол. Интересно, что большинство из них было, судя по виду, студентами (кто бы мог подумать). Именно они начали снова вытаптывать уничтоженную тропу.

Дни шли, и, по мере того, как эти редкие «непорядочные» пешеходы наступали на грунт, вытоптанность на нем постепенно увеличивалась, и тропа начала чуть-чуть проглядывать. И с 10 мая начинается новый этап — взрывной рост доли пешеходов, срезающий угол через газон. Всего за пять дней с 10 по 14 мая это значение увеличилось с 29.6% до 82.7% (это при том, что 7 предыдущих дней оно не превышало 4.4%). Дело в том, что пешеходы, которые ранее относились к «порядочным» и не были готовы вытаптывать свежий грунт, предпочитая более длинный путь по официальным дорожкам, с появлением на нем следов вытоптанности стали также все чаще срезать здесь путь. В течении этого этапа каждый день вытоптанность значительно увеличивалась, и все большее число пешеходов видело для себя возможность сокращения пути по тропе. За этот период тропа сформировалась окончательно.

И на завершающем этапе наступает «насыщение», рост доли пешеходов, идущих напрямик, замедляется и практически прекращается, график приобретает форму «плато». Так, за 10 дней с 14 мая по 24 мая значение увеличилось лишь с 82.7% до 91.5%. Этот этап характеризует уже сформированную тропу, по которой по итогам наблюдений ходят 91.5% пешеходов от общего числа, таким образом подавляющее большинство людей предпочитают короткую вытоптанную на газоне тропу более длинному пути по дорожкам.

Заключение

Эксперимент вышел весьма полезным — он подтвердил гипотезу, используемую в алгоритме о делении пешеходов на «порядочных» и «непорядочных». Нам удалось посчитать, что на территории Маросва поля всего в среднем 2.7% людей готовы ходить напрямик даже через свежий, рыхлый, невытоптанный грунт, остальные же двигаются по дорожкам до тех пор, пока на грунте не начнет формироваться тропа. Это значение сильно меньше того, что использовалось в алгоритме (5-10%). Интересным также оказалось наблюдение, что аж 91.5% — абсолютное большинство пешеходов предпочитают сформировавшуюся тропу официальным дорожкам. Возможно, это связано с тем, что дорожки на Марсовом поле имеют песчаное покрытие, поэтому сформировавшаяся тропа визуально и по удобству перемещения практически не отличается от них.

Однако, конечно, одного эксперимента недостаточно, чтобы точно судить о значении параметра «доли «непорядочных» пешеходов». Поэтому сейчас мы продолжаем эксперимент уже на другой территории, в Московском районе, в типичных условиях микрорайона. Посмотрим, что там выйдет. В будущем мы расскажем вам о других интересных экспериментах и расчетах, не переключайтесь.