アメリカの輸送システムを毒殺した壊れたアルゴリズム

過去70年間、アメリカの輸送システム設計者は、何を構築するかを決定する際に同じモデルを使用してきました。問題は、彼女はしばしば間違っているということです。

2011年11月、オハイオ川に架かるルイビルとサウスインディアナブリッジデザインオーガニゼーションは、数十年にわたる高速道路紛争を終わらせることになっていた595ページの文書を発表しました。このプロジェクトは、控えめに言っても、物議を醸すことが判明しました。



米国中の多くの都市うとしがビジネス地区に都市高速道路が必要かどうかを判断、ルイビルは復讐をもってそれらを建設することに着手しました。彼は悪名高い「スパゲッティデノウメント」を彼らに任せたかっただけではありません。ケネディハイウェイ64、65、71が結ばれている場所-彼はそれに基づいて構築したかった。プロジェクトを推進する政治同盟は、I-64を拡大して車線数を倍増させ、そのすぐ下流に新しい橋を建設しようとしました。これにより、川を渡る車線の数が6から12に倍増し、「たった」25億ドルになります。





ルイビルのスパゲッティジャンクション



しかし、この高価な提案に対する連邦政府の承認を得るために、プロジェクトの支持者は、ルイビルが拡張を必要としているという証拠を提供する必要がありました。彼らは、Travel Demand Modeling（TDM）と呼ばれる業界の法的な法的慣行を利用し、エンジニアリング会社を雇って、20年後、つまり2030年までにどのようなトラフィックが発生するかを予測しました。同社は、トリップ数が29％増加すると結論付けています。結果は明白でした。何もしなければ、交通渋滞は悪化するだけでした。その結果、プロジェクトは資金提供を受けて開始されました。



しかし、同じプロジェクトによって資金提供された2つのその後の研究は、非常に異なる結論に達しました。



2年後、エンジニアリング会社のCDM Smithは、プロジェクトが承認を得ようとしている間に実際にどのくらいの道路交通が変化したかを調べました。川を渡る交通量は2010年から2013年にかけて0.9％減少したことがわかりました。



潜在的な株主によって委託された別の研究は、答えよりも多くの質問を提起しました。結論は、2030年までに川を渡る旅行の数は132,000であり、SDEISで予測されたよりも15％少ないことを示しました[建設の環境への影響を評価するプロジェクト文書/約。翻訳。]。さらに悪いことに、合計で川を渡る12車線は、2007年のI-65橋だけの場合よりも1日あたり4,000台少ない車を運ぶことになります。これは、ルイビルがこれらの新しい橋を必要としているという議論に反論しました。



市の戦略家であり、オハイオ川の橋を頻繁に批判するアーロン・レンは、混乱全体を詳細に記録しました。 「このプロジェクトはおかしなことに思えるかもしれませんが、潜在的な株主向けの調査が発表された2013年に、彼は「思ったよりもさらにクレイジーであることを示す方法を常に見つけることができました」と書いています。



今日、プロジェクトは完了し、ルイビルの人々は、どちらの予測がより正確であるかを自分で確認できます。 2018年の建設後の調査では、2013年から2018年の間に河川の交差点が2％減少したことがわかりました。その結果、Voxらは、このプロジェクトを壮大なプロポーションの「空の楽しみ」と呼びました。



ルイビル高速道路プロジェクトは、移動要求モデルがマークを逃したのは初めてではありません。連邦予算を主張するインフラストラクチャプロジェクトを防御するためにそれらを使用することが法的に義務付けられていますが、都市主義者の最も汚い秘密の1つは、これらのモデルはせいぜいエラーが発生しやすく、最悪の場合根本的に欠陥があることです。



私は最近、トラフィックの2桁の増加に関するこれらの最初のかなりの予測が、プロジェクトを実際に実現した方法をRennesに尋ねました。



「それは非常に影響力があったと思います」とレンヌは言いました。 「大幅に増加するとのトラフィック予測がなければ、プロジェクトを実施する許可を得ていなかったと思います。トラフィックの増加がない場合、2つの橋の建設をどのように正当化できますか？」



TDMは異なります。それらは大都市を完全にカバーするか、州の境界線を越えて伸びるか、または郊外の高速道路の小さなセグメントに属することができます。それらは時間とともにますます複雑になります。しかし、それらはすべていわゆるに基づいています。 「4ステッププロセス」-ポイントAからポイントBに移動したい人々の意思決定プロセスの大まかな概算。その結果、モデルは、人々が特定のルートに沿って移動する回数を推定する数値を生成します。



この数を返すために、モデルは4つの段階を経ます。最初に、彼女は、予想されるスペースの使用パターン（たとえば、商業組織がある場所への旅行の数は、住宅の建物がある場所よりも多い）と社会経済的要因（たとえば、失業が少ない、より多くの旅行があります）。次に、モデルは、ほとんどの人がどこからどこに行くかを推定します。 3番目のステップは、彼らがそこに行く方法を理解することであり、4番目のステップは、移動時間に基づいてルートをプロットすることです。結果は、特定のエリアで行われるトリップの数と、特定の距離をカバーする時間です。次に、エンジニアとプランナーが新しい高速道路、道路、橋、またはその他の道路インフラストラクチャをモデルに追加し、何が違いを生むかを確認します。または、予想される人口や将来の雇用の伸びを考慮して、最初のステップで数値を変更します。多くの場合、これらの数値は、特定のプロジェクトを正当化するために政策立案者によって使用されます-それが高速道路の延長であろうと、新しい狭いゲージの鉄道であろうと。



上記のオハイオ橋プロジェクトが失敗した理由はたくさんありますが、25億ドルのプロジェクトを装飾する上でのTDMの役割はほとんど注目されていません。これの考えられる理由の1つは、この分野の専門家が他に何も期待していなかったことです。







もちろん、この分野のすべての専門家がそう思うわけではありません。民間のエンジニアは、これらのモデルは誤用されることがある便利なツールであると言って、これらのモデルを擁護する可能性が高くなります。ケンタッキー大学の土木工学の教授であり、20年以上にわたってこれらのモデルを扱ってきたグレッグ・エールハルト氏は、せいぜい「希望に満ちた思考の障害となる」と述べた。しかし、私が話をした他の専門家、特に都市主義者は、これらのモデルは、より多くの高速道路とより広い道路が混雑を減らすという長年の神話を支持すると信じています。



いずれにせよ、最大の問題はモデルがより良い結果を生み出すことができるかどうかではなく、なぜ私たちがモデルにそれほど依存しているのかということであることに誰もが同意します。焦点は、TDMや一般的なモデルに関する議論ではなく、都市の外観を決定するプロセスにあります。



批評家は、TDMは、交通の流れを最適化し、高速道路の建設を推進する時代遅れの計画プロセスの代表的な例であると述べています。彼らは、なぜ私たちが何かを構築しているのかについての考えを変える時が来たと言います。



「これは、旅行モデリングとその使用方法に関する根本的な問題です」と、非営利団体Transportation forAmericaのディレクターであるBethOsborne氏は述べています。 「このモデルは私たちに既成の答えを与えると思います。これは無責任です。何も私たちに答えを与えることはできません。私たちだけが答えを出すことができます。」



1953年、デトロイトの高速道路機関は、長期的な高速道路開発計画を策定するための最初のTDM調査を開始しました。TDMの学歴アイデアは武装解除するほど単純だったと言います。高速道路システムのような大規模なコミュニティプロジェクトを立ち上げるには、計画担当者は人々が将来どこで運転するかを大まかに想像する必要がありました。彼らは、高速道路が大きすぎる、小さすぎる、または間違った方向に進んでいることを知るためだけに、何十年もかけて高速道路を建設することに意味がないことに気づきました。



デトロイトメトロポリタン交通調査は、作業が呼び出されたときに、地元住民への39,000のインタビューと、トラック運転手とタクシー運転手への7,200のインタビューを実施しました（これは当時の典型であり、公共交通機関はまったく含まれていませんでした）。 IBM 407パンチカードコンピューターを使用してプロセスを部分的に自動化し、研究者は最近の傾向を推定し、将来の旅行パターンを予測して、研究が発表された1955年だけでなく、1980年にもデトロイトに役立つ高速道路のネットワークを作成しました。 -m。



それは輸送計画への革新的なアプローチであり、その日の技術と考え方を考えると、それは信じられないほど進歩しました。シカゴ、サンファン、ワシントンD.C.などの他の都市でも、すぐに採用されました。このアプローチが他の国に輸出されるようになるのはそう長くはかからず、それは世界中の輸送を計画するための一般的なツールになりました。



振り返ってみると、この概念にはいくつかの明らかな欠陥がありました。そもそも、モデルの基本的なアプローチは、最近起こったことは今後も続くと想定していました。デトロイトの人口が増えれば、それは増え続けるでしょう。燃料費が下がれば、それは下がり続けるでしょう。しかし、世界はそのようには機能しません。数十年で多くのことが変わる可能性があります。



たとえば、4段階モデル​​の最初のステップへの入力として、人口増加と土地利用パターンを取り上げます。これらは、TDMで最も重要な2つの変数です。特定の地域に住む人が多いほど、移動距離が長くなり、住んでいる場所と仕事場所によって移動ルートが決まるためです。そして、これらの要因の両方がデトロイトで根本的に変化しました。デトロイトは1950年代に突然かつ前例のない成長を遂げました。『都市危機の起源：戦後デトロイトの人種と不平等』の歴史家トーマス・セグルによれば、1950年にピーク時に人口は180万人に達した。「1970年までに、特に白人が郊外に逃亡したために、市内の住民のほぼ5分の1が去った。多くの企業も本社や生産を市外に移し、移動のパターンを根本的に変えた。1955年のプランナーはそうは思わない。 。



メモをモデル化するための典型的なアプローチの批評家のようなものを予測できたかもしれませんが、モデルは人々の実際の行動と一致していません。あなたがパサデナに住んでいて、カルバーシティの友人が仕事の6時にあなたを夕食に招待したとします。そこに行きますか？それとも、交通渋滞でロサンゼルス全体をドライブすると思ったら、彼は頭がおかしいと言いますか？おそらく、最後の-またはそのような招待は、平凡な品位に基づいて、最初はなかったでしょう-そして旅行は起こらなかっただろう。



しかし、トラフィック予測はそのようには機能しません。モデルでは、道路状況がどれほど悪化しても、今日の旅行は将来無限に繰り返されます。



専門家はこれを「固定旅行需要」と呼んでいますが、これは本質的にオキシモロンです。旅行需要はほとんど定義上固定されていないためです。私たちは行く前に、行くべきかどうかを常に決めます。そして、この決定を下す主な要因の1つは、この旅行にかかる時間です。 TDMは反対の仮定で機能します-人々がどこかに行きたいのなら、彼らは行きます。そして、彼らはそれが彼らにかかった時間を計算します。



そのため、皮肉なことに、このアプローチを「レミング需要理論」と呼ぶ都市主義者もいます。彼女は、交通渋滞に関係なく、人々は高速道路を這い続けると想定しています。



「問題は、間違った根本的な仮定ほど間違った測定ではありません」と、コネチカット大学のノーマン・ガリック教授は言いました。 「人々がどのように行動するか、システムをどのように使用するかについては考えていません。システムにこのような大きな変更を導入しているにもかかわらず、これは過去の状況であり、将来の状況です。」



固定旅行需要問題の裏側も同様に有害です。ロサンゼルスが、パサデナとカルバーシティを結ぶハイウェイ110と10の車線数をどういうわけか2倍にしたとしましょう。今、友達と夕食に行くことは、もはやそれほど悪い考えではないようです。他の何万人もの人々が同じように考えるでしょう。彼らもまた、これまでに行ったことのない旅行を始めます。長期的には、通勤速度が速くなるため、自宅で安い場所に移動する可能性があります。つまり、ハンドルを握る時間が長くなります。その結果、これらの新しいレーンはすべていっぱいになり、トラフィックも同様に悪化します。



この現象は強制需要と呼ばれ、単なる思考実験ではありません。これは、都市が新しい高速道路を建設したり、古い高速道路を拡張したりしたときに、ほとんどすべての場合に起こったことです。



「米国の主要都市での高速道路の最近の経験は、混雑が永遠に続くことを示唆しています」とエコノミストのアンソニー・ダウンズは1962年の論文「ラッシュアワーでの高速道路交通渋滞の法則」に書いています。 「ご覧のとおり、郊外と私たちが建設するビジネス地区を結ぶ新しいスーパーロードがいくつあっても、車を運転する人々は朝と夕方のラッシュアワーにゆっくりと這うでしょう。」



専門家は何世代にもわたる強制的な需要について知っていますが、ラッシュアワーの混雑状況から抜け出すために失敗したSisyphusのような新しい高速道路を追加し続けています。この問題を解決しようとすることのばかげたことを完全に理解するには、テキサス州ケイティでの28億ドルの高速道路プロジェクトを見てください。これにより、仕事に出入りする時間が短縮されるはずでした。世界で最も広い23車線の高速道路。予想通り、そこでの交通渋滞は激化するだけで、移動時間は増加しました。







2011年の論文「交通渋滞の基本法」は、新しい車線が追加されると移動距離が比例して増加するため、「道路や公共交通機関の数を増やしても混雑が緩和される可能性は低い」と結論付けています。私たちが建設する高速道路や道路が多ければ多いほど、私たちはより多くの運転をします。逆もまた真です。シアトルのアラスカ高架橋の場合のように、高速道路が一時的に閉鎖されるというまれなケースでは、トラフィックはそれほど低下しません。そして、TDMはこれを完全に無視します。



「50〜60年前に開発された4段階のパラダイムは、計算に便利な式であり、行動要因を考慮していないことはよく知られています」と書いています。2013年の旅行プランナー兼コンサルタントのDavidT。Hartgenは、旅行者の意思決定プロセスを反映していません。



証拠は高速道路で見つけることができます。彼の中で画期的2007の研究と、これがされて- 14カ国5つの大陸の交通予測、オックスフォード大学の教授ベントFlivbjörgは将来のトラフィックに関する予測の半分が20％以上の間違っていることがわかったどこにでも起こって。 National Collaborative Highway Research Programによる2006年の調査によると、15の有料道路プロジェクトの実際の交通量は予測よりも平均35％少ないことがわかりました。別の研究によると、この誤差は平均42％でした。



プランナーのマイケルベイカーインターナショナルのゼネラルプロジェクトマネージャーであるフレッドジョーンズは、次のように述べています。 「時には30％から50％のオーダーで。」



さらに悪いことに、誰もこれらの間違いから学ぶことはありません。 「この研究で研究された30年間、不正確さは変わっていません」とFlivbjorgは書いています。 「予測は時間の経過とともに改善されません。」



これらのモデルを使用している都市計画者または企業がそのような不正確さを悪いと考えているかどうかさえ明らかではありません。彼らは、不可能なことをし、将来を予測するように求められていると主張しています-当然、不正確さがあります。これは、Googleマップでルートを作成するようなものです。 20分の旅行について話している場合、マップはその期間を正確に予測することができます。これが8時間の旅行の場合、Googleでさえ将来を予測することはできず、5時間以内に到着すると、O.K。の出口でI-95に事故が発生するかどうかがわかるため、推定所要時間は単なる推測になります。南フロリダ大学のChanyungLee教授は、ほぼ同じシリーズから、政府の基準によって作成された20年の予測を述べています。



その結果、モデルを使用する都市計画担当者は、正確な数値の重要性を軽視し、時間の経過とともに変化する傾向についてより広く推測します。彼らは、理想的には、政策立案者は、さまざまな期待を得るために、人口、土地利用、雇用についてさまざまな予測でモデルを実行する必要があると述べています。そして、彼らはこれらの期待の範囲のどれがプロジェクトに適しているかを評価しなければなりません。



問題は、結果が公開されると、これらのニュアンスがすべて失われ、結果が政策立案者によって事実として認識されることです。コートライトが言ったように、「モデルは本質的に道路部門がやりたいことを売るためのツールです。」



しかし、これらすべての問題により、モデルはよりスマートになっています。特に過去10年間で、ますます多くの州が人間の行動をよりよく反映する動的な旅行モデルを使用しています。彼らは、自転車、ハイキング、公共交通機関などの代替輸送方法をよりよく考慮に入れています。以前のバージョンとは異なり、道路の1つのセクションの拡張が、他のセクションのボトルネックにつながる可能性があることをシミュレートできます。



それにもかかわらず、専門家は、これらのプロジェクトの基礎となる意思決定プロセス全体を変更しなければ、改善されたモデルでは何も達成できないと警告しています。通常、これらのモデルは実行されておらず、州の運輸部門が最適なプロジェクトを選択するまで結果は公開されません。



この分野の10人の専門家と話をした後、私には1つのことが明らかになりました。それは、既存の障害は技術的ではなく、社会的および政治的であるということです。結局のところ、ルイビルの橋梁プロジェクトは、株主の旅行要求を正確にモデル化しました。これは予測できます。問題は、モデルが間違っている理由ではなく、正しいモデルが何にも影響を与えない理由です。



ルイビルのプロジェクトを注意深く見守っていたレンヌに、大規模な輸送プロジェクトの建設をどのように設計するのが最善かを尋ねたところ、彼は確信が持てないと述べた。 「この過程で政治を取り除き、政治的決定を客観的な基準にまで減らすべきだという考えがあります。私たちの議論の多くは、人々にとって何が良いかについての私たちの信念における価値体系の競争から生じていると思います。」



ここでも、ルイビルプロジェクトが良い例です。 SDEISを編集したエンジニアは、首都圏の人口は2030年までに15％増加すると予測しました。予測は堅実に見えます-レンヌは、これらの郡の人口は2007年から2020年にかけて7.85％増加したと述べました。ただし、SDEISは、この増加のほとんどすべてが都市の郊外と郊外で発生すると予測しています。この仮定と、雇用の42％の増加が予測されるため、SDEISは、現在のインフラストラクチャの混雑で無駄になる移動時間の52％の増加と、161％の時間の増加を報告しました。これらの評価は、2つの橋の建設プロジェクトを受け入れるために重要になりました。



しかし、これらの傾向は人間の存在の不変の法則ではありません。 「これは古典的な自己実現の予言です技術的な客観性を装った」とコートライト氏は語った。 「人口増加予測は、家庭と企業の無限の分散化を意味します。」



これらの理由から、TDMの批評家は、インフラストラクチャを変更する実装されたプロジェクトは人々の行動も変更するため、予測の正確さ、つまり予測の欠如は実質的に重要ではないと言います。問題は、人間の行動に関するモデルの予測が正確であるかどうかではなく、どのような人間の行動を達成したいかです。



「高速道路モデルが正確であるかどうかはあまり気にしません」と、高速道路計画でそのようなモデルを批判することが多い、Center for AmericanProgressのインフラストラクチャポリシーディレクターであるKevinDegood氏は述べています。不合格。 "



したがって、彼は、計画段階で目標を修正し、推定輸送速度、交通量、混雑から離れて、生活の質に関連する他の問題に移行する必要があると考えています。例：高品質の公共交通機関から4分の1マイル以内にいる世帯の割合はどれくらいですか。個人的な移動手段なしで通勤したり、都市公園の近くに住んだりできる割合はどれくらいですか？



輸送プロジェクトは、社会的価値の基盤そのものに取り組んでいます。人々が郊外から繁華街に簡単に行くことができるように、郊外が絡み合った高速道路を通り抜けて欲しいですか？それとも、空気がきれいで、通りが静かで、仕事やビジネスに近い、歩行者に優しい街のエリアが必要ですか？そうすれば、人々は車を購入する必要がなくなります。



これらの質問への回答に応じて、州は非常に異なる方法でインフラストラクチャにお金を費やします。最初のケースでは、ルイビルのようなプロジェクトがさらにたくさんあります。第二に、注意は道路から公共交通機関と密度法の変更に移ります。



レンヌの言葉は、アメリカのほとんどの都市で、これらの問題に関する住民の意見が分かれているという事実によって確認されています。おそらく、このモデルの最大の利点は、この議論を科学的確実性のベールの背後に隠すことです。明確で具体的な数値について。「居住者の観点から、これらの数字はブラックボックスから来ています」と彼は言いました。「これらの数字がどのように得られるのかわからないので、批判することはできません。」



言い換えれば、モデルは人々をギャグします。それは真実ではないかもしれませんが、輸送政策の世界にはこれ以上価値のある品質はありません。