Je leest:

File!

File!

Auteur: | 10 maart 2005

Elke werkdag staan meer dan twee miljoen Nederlanders in de file. En elk jaar worden het er meer. Eigenlijk moeten we meer wegen hebben. Maar meer asfalt trekt ook weer nieuwe files aan.

Iedere weggebruiker komt wel eens vast te zitten in een file. Meestal heeft filevorming een duidelijke oorzaak. Een tunnel of een oprit naar een snelweg vormen ware flessehalzen. Maar soms doet zich ook een file voor terwijl er helemaal geen sprake is van verkeershinder. Nergens zie je de gevolgen van een botsing. Nergens staat een auto op de vluchtstrook. Wat is er dan nú weer aan de hand?

“Zo’n file zonder duidelijke oorzaak is een spookfile, ofwel een file uit het niets,” zeggen dr. Boris Kerner en dr. Peter Konhäuser, verkeerskundigen bij Daimler-Benz in Stuttgart. "Iedereen kent de situatie. Je rijdt gewoon achter elkaar in een verkeersstroom. Plotseling zie je remlichten voor je opflitsen. Na een paar honderd meter staat al het verkeer muurvast. Pas na geruime tijd kun je weer verder.

De spookfile in beeld…

De computertekening geeft het verloop weer van de verkeersdichtheid voor verschillende plaats en tijd. Aanvankelijk is er spake van homogeen verkeer met 31 voertuigen per kilometer. Bij 6,1 km is er een kleine verdichting. Die verplaatst zich met het verkeer vooruit en verandert in het begin maar weinig. Na 7,5 mintuten moet een voertuig bij positie 10 kilometer plotseling remmen. Binnen drie à vier minuten ontwikkelt zich een file met een dichtheid van 155 auto’s per kilometer. Doordat nieuwe auto’s toestromen, verplaatst de schokgolf van de file zich naar achteren. Auto’s die zich losmaken uit de file kunnen vaart maken. Direct vóór de file uit is de verkeersdichtheid slechts 22 auto’s per kilometer (rood). Na verloop van tijd wordt de verkeerssiuatie weer homogeen (blauw). bron: Boris Kerner en Peter Kornhäuser / Daimler Benz AG Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

“Wat er gebeurt, is dat het op de weg drukker wordt. Door de toenemende verkeersdichtheid daalt het tempo en hoort iedereen afstand te houden. Ergens let iemand niet op. Hij komt te dicht in de buurt van zijn voorligger en moet plotseling afremmen. Zijn achterliggers moeten hetzelfde te doen. Omdat elke volgende achterligger telkens iets later reageert en dus nog harder moet remmen, is er uiteindelijk een die stilstaat. Steeds meer auto’s moeten daarvoor stoppen. Als een schokgolf plant de file zich naar achteren voort.”

Het onstaan van een spookfile. A: De rode bestelwagen moet remmen, omdat hij te dicht op zijn voorligger zit. Achter hem komt het verkeer tot stilstand. B: Door de toestroming van achteropkomend verkeer wordt de file langer. De schokgolf verplaatst zich naar achteren. De rode bestelwagen is inmiddels zonder oponthoud verdwenen. C: Pas als er minder auto’s toestromen dan wegrijden, lost de file op. bron: Raymond van der Mey Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Hoe later een auto ‘opbotst’ tegen de file, des te langer de rij wachtenden vóór hem is, vervolgen Kerner en Konhäuser. Voor elk volgend voertuig in de rij neemt dus de wachttijd toe. Pas als het aantal auto’s dat kan doorrijden groter wordt dan het aantal dat van achteren toestroomt, lost de file na verloop van tijd weer op. De schokgolf heeft zich dan inmiddels kilometers naar achteren verplaatst. Daar kan dus niemand weten dat het kwam doordat één auto ging afremmen. En wat het meest ergerlijke is? Dat die allereerste, afremmende auto misschien maar een paar seconden vaart heeft geminderd. Zonder enig oponthoud is hij daarna doorgereden. De veroorzaker van zo’n ellenlange file is dus al lang gevlogen!

Dr. Konhäuser is werktuigbouwkundig ingenieur. Dat hij verkeerstechnische oplossingen zoekt voor het fileprobleem is dus niet verwonderlijk. Dr. Kerner is echter hoogleraar in de theoretische natuurkunde. Wat moet een theoretisch natuurkundige in de verkeersproblematiek?

Kerner: "Filevorming is ook een wis- als natuurkundig probleem. Het verkeer kun je vergelijken met een voortstromende vloeistof. Net als bij een vloeistof meet je stroomdichtheid – in dit geval het aantal voertuigen per strekkende kilometer – en debiet – hier dus het aantal voertuigen dat per tijdseenheid passeert.

Uit het verband tussen die twee kun je afleiden wat de maximale capaciteit van een weg is, en wanneer de kritisch dichtheid wordt overschreden. In het laatste geval ontstaat een file. En eenmaal in de file begint de ‘wiskunde van de ergernis’. Hoeveel tijd iemand in een file verblijft, wordt beschreven door de zogenoemde wachtrijtheorie."

Voor de gemiddelde autorijder is dat natuurlijk schrale troost. Wat heb je aan wis- en natuurkundige beschouwingen als je staat ingeklemd tegen de vangrails en dus geen kant meer opkunt? Kerner: "Dit: in het kader van een Europees onderzoek naar filevorming hebben we bij Stuttgart stukken snelweg van sensors in het asfalt en ook andere meetapparatuur voorzien. Daarmee bekeken we hoe de files ontstonden, zodat we konden zoeken naar praktische oplossingen.

“Eén oplossing is bijvoorbeeld toeritdosering. Door het aantal auto’s dat een snelweg oprijdt gecontroleerd te laten toestromen, voorkom je dat de hoofdverkeersstroom overbelast raakt. Ook zien de gebruikers van de snelweg geen lange stroom auto’s invoegen. Die gunnen ze toch geen ruimte. De meesten geven snel extra gas om de tussenruimte met hun voorligger te verkleinen – als ze de invoegers maar vóór zijn. Verderop, ver voorbij de oprit, nemen ze dan weer gas terug om op veiliger afstand tot hun voorligger te komen. Achterop komende verkeer moet daarvoor remmen. Daar zie je dus ook spookfiles ontstaan: kilometers voorbij de eigenlijke flessehals!

Een invoegstrook kan files voor en na het punt van invoegen veroorzaken.

“Een andere oplossing is snelheidsregulering. Als signaleringsborden over de weg een lagere snelheid aangeven, is dat bedoeld om files te voorkomen. Als iedereen zich daaraan houdt, kan de verkeersdichtheid bijtijds worden teruggebracht tot onder de kritische waarde.”

Toeritdosering en snelheidsregulering worden ook in Nederland toegepast. Rijkswaterstaat, die onze wegen beheert, zit natuurlijk niet stil als het gaat om files in ons land te beperken. Met de opening van de Wijkertunnel in 1996, behoren de beruchte files voor de Velsertunnel tot het verleden. Het experiment met de carpoolstrook bij Diemen, tussen de A1 en de A6, werd daarentegen in 1994 beëindigd. Die strook wordt nu als extra rijstrook voor alle verkeer gebruikt. Doelgroepenstroken dragen beter bij aan de doorstroming van het verkeer. De vrachtwagenstrook op de Van Brienenoordbrug, geopend in 1993, voldoet volgens Rijkswaterstaat goed.

Toch blijft het fileprobleem groeien. In 1994 bracht autorijdend Nederland maar liefst zestig miljoen uur langzaamrijdend of zelfs stilstaand door. Dat was 20 procent meer dan in 1993. De economische schade bedroeg vorig jaar 1,4 miljard gulden. Dat is een stijging van 16 procent ten opzichte van 1993. Volgens het Ministerie van Verkeer en Waterstaat worden onze files voor 70 procent veroorzaakt doordat het verkeersaanbod de capaciteit van de wegen overtreft. Wegwerkzaamheden en ongevallen zorgen voor een veel kleiner deel van het oponthoud.

Uitbreiding van het wegennet is paradoxaal genoeg geen oplossing voor het fileprobleem.

Kan filevorming niet worden bestreden door ons wegennet uit te breiden? Joel Cohen, hoogleraar aan de Newyorkse Rockefeller-universiteit, maant Amerikaanse wegenbouwers al jarenlang tot voorzichtigheid: “Niet zomaar nieuwe wegen, zeg ik altijd. Doe het niet! Want voordat je het weet loop je tegen de lamp door de Braess-paradox. Daarbij veroorzaakt het afsnijden van de weg nog langere reistijden!”

Braess-paradox? Langere reistijd door het afsnijden van de weg? Wie probeert niet een andere route te nemen als hij een opstopping voor zich ziet opdoemen? “Precies,” zegt professor Cohen: “Iedereen probeert dat te doen. Daardoor loopt zo’n sluiproute uiteindelijk dicht. Het resultaat kan zijn dat je er nog langer over doet om op de plaats van bestemming aan te komen.”

De paradox waarop Cohen doelt, werd in 1968 ontdekt door de Duitse besliskundige Dietrich Braess. Hij beschreef hoe extra capaciteit in een elektronisch netwerk kan zorgen voor extra opstoppingen. De paradox heeft echter niet alleen betrekking op elektronisch gegevensstromen, maar ook op mechanische vervoerssystemen, vloeistofstromen en dus ook verkeersstromen.

Cohen: "De verklaring voor die schijnbare tegenspraak is, dat wat goed is voor het individu, niet goed hoeft te zijn voor een groep. Kijk maar naar deze routes die Jan Forens kan rijden (zie illustraties) Hij kan kiezen uit twee wegen. De een bestaat uit een tweebaansweg met flessehals die overgaat in een snellere driebaansweg. De ander begint als driebaansweg en eindigt in een nauwer tweebaansweggetje.

Meer betekent niet altijd sneller…

Een extra weg kan ook extra oponthoud betekenen. Automobilist Jan Forens heeft bijvoorbeeld de keuze uit twee routes. De rijtijd is afhankelijk van het aantal auto’s F dat over de wegen rijdt. Over de weg met rijtijd F+50 doet één auto 1 + 50 = 51 minuten. Over een weg met rijdtijd 10F doet één auto dus 10 × 1= 10 minuten. In situatie A doet Jan Forens er in zijn eentje 61 minuten over. Het maakt daarbij niet uit welke route hij kiest.In situatie B wordt een tussenverbinding tot stand gebracht. Neemt Jan Forens die nieuwe route, dan is hij na (10 × 1) + (1 + 10) + (10 × 1) = 31 minuten op zijn plaats van bestemming.Hij wint dus maar liefst 30 minuten! Maar hoe vergaat het hem als er méér voertuigen op de weg zijn?Situatie C geeft de oude situatie weer. Zes auto’s gaan op pad. Drie kiezen de ene; drie de andere route. In beide gevallen doet elke auto er (10 × 3) + (3 + 50) = 83 minuten over. Situatie D geeft de nieuwe situatie weer voor zes auto’s. Vier auto’s daarvan nemen de route met het stoplicht. Daarna splitsen zij zich in tweeën. De auto’s over de nieuwe tussenverbinding doen er (10 × 4) + (2 × 10) + (10 × 4) = 92 minuten over. Dat is dus langer dan toen die tussenverbinding er helemaal niet was! bron: Raymond van der Mey Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

“In beide gevallen zijn de reistijden afhankelijk van het aantal auto’s. Als Jan Forens in zijn eentje rijdt, doet hij er altijd 61 minuten over. Dan wordt er een extra snelweg aangelegd tussen het ene en het andere tweebaansweggetje. In zijn ééntje kan Jan Forens nu in 31 minuten naar zijn werk. Maar zes auto’s? Kijk maar naar de tekeningen. Zonder extra snelweg is hun reistijd 83 minuten. Mét extra snelweg wordt dat 92 minuten. Voor de verkeersstroom als geheel was het dus beter geweest als die extra weg niet was aangelegd!”

Ook prof.dr.ir. P.H.L. Bovy, hoogleraar verkeerskunde aan de faculteit Civiele Techniek van de Technische Universiteit Delft, ziet wienig heil in het aanleggen van extra wegen. “Files worden gezien als een teken van slechte planning door een tekortschietende overheid,” sprak hij tijdens zijn intreerede in december 1993. "Het zou uitermate duur, ruimteverslindend en milieuverspillend zijn om de capaciteit van het wegennet zo groot te maken dat ook op momenten waarop het verkeersaanbod maximaal is, geen opstopping plaatsvindt. Daarom zullen we we een keuze moeten maken. Autoverkeer met het duurder maken van autobezit en -gebruik terugdringen, of leren leven met files.

“Dat laatste is tegen de natuur van een ingenieur. Maar toch vrees ik dat we nooit van de files af zullen komen. De belangrijkste reden daarvoor is dat we opstoppingen moeten zien als een welvaartsverschijnsel. Het is een teken van activiteit, dat het ons goed gaat, zoals vroeger rokende schoorstenen. De vervoersvraag zal pas afnemen als de bevolking en de welvaart afnemen.”

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van Astronet.
© Astronet, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 maart 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.