Кіріспе

Велосипедшілердің негізгі тобы

Жол велосипед жарысында пелотон (француз тілінен, бастапқыда "взвод" деген мағынаны білдіреді) – бұл велосипедшілердің негізгі тобы немесе шоғыры. Тобмен жүретін велосипедшілер басқа велосипедшілерге жақын (әсіресе артынан) жүру арқылы (желге қарсы келуді азайту арқылы) энергияны үнемдейді. Бұл кедергінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі; жақсы қалыптасқан топтың ортасында жүргенде, кедергі 5–10%-ға дейін азаюы мүмкін. Осы әлеуетті энергияны үнемдеуді пайдалану, жарыс тактикасында велосипедшілер мен командалар арасындағы күрделі ынтымақтастық және бәсекелестік әрекеттесулерге алып келеді. Бұл термин сондай-ақ кәсіби велосипедшілер қауымдастығын жалпы түрде атау үшін де қолданылады.

Анықтама

Формальды түрде, пелотон – "екі немесе одан көп велосипедшінің бір-біріне жеткілікті жақын арада жүруі, олардың екі негізгі позицияның бірінде орналасуы: 1) велосипедшілердің артындағы ауа қысымы төмен аймақтарда, яғни «желден қорғану» арқылы, немесе 2) ауа қысымы ең жоғары болатын позицияларда. Велосипедшілер желден қорғаныш аймақтарында алдыңғы позициядағыларға қарағанда аз күш жұмсайды". Пелотон сондай-ақ "өзара энергия үнемдеу арқылы байланысқан велосипедшілер тобы, мұнда велосипедшілер ауа кедергісі төмен аймақтарда біріншілерін ұстап жүреді" деп анықталған. Пелотон – күрделі жүйе, яғни велосипедшілердің қарапайым өзара әрекеттесу ережелерінен ұжымдық мінез-құлық пайда болады. Пелотон біртілдік бірлік ретінде қозғалады, онда әрбір жүргізуші көршілес және алдағы жүргізушілердің қозғалысына жауап ретінде позициясын өзгертеді. Алдыңғы қатардағы жүргізушілер желдің кедергісіне толыққанды ұшырайды, сондықтан олар желден қорғаныш позициясындағыларға қарағанда көбірек шаршайды. Алдыңғы қатарда біраз уақыт болғаннан кейін, көшбасшылар пелотонда кері қарай жылжып, қалпына келтіру үшін желден қорғаныш позициясына жетеді. Осылайша, пелотон үздіксіз түрде өзгеріп отырады, өйткені жүргізушілер артқы жағынан алдыңғы жиекке дейін итеріліп, содан кейін артқа қарай жылжиды. Құс үйірлері сияқты, желден қорғану немесе ұқсас энергияны үнемдеу механизмдерін қамтитын пелотонға ұқсас мінез-құлық түрлі биологиялық жүйелерде анықталды. Пелотонның пішіні немесе құрылымы бірнеше факторға байланысты өзгереді. Жоғары жылдамдықтардағы жазық жердегі жоғары қуат шығыны, күшті қарсы жел немесе көлбеу (төбелер) құрылымды таратуға немесе созуға бейім, көбінесе бір қатарға айналады. Велосипедшілердің қуат шығыны төмен болғандағы баяу жылдамдық немесе қолайлы арқадан соққан жел тығыз құрылымдарға әкеледі, онда жүргізушілер қатарласып, көбінесе жолды бір шетінен екінші шетіне дейін толтырады. Егер екі немесе одан көп топтың жүргізушілері пелотонда бақылау үшін бәсекелессе, әрқайсысы басқа командаларды шаршату үшін бірнеше қатар құруы мүмкін. Шаршау – кез келген жарыстың нәтижесіне шешуші фактор. Велосипедшілердің шеткі көру қабілеті пелотонның қалыптасуының маңызды факторы болып табылады. Осылайша, бұл құрылымдар мінез-құлықтың екі негізгі фазасын қамтиды: тығыз, төмен жылдамдықтағы және бір қатар, жоғары жылдамдықтағы құрылымдар. Тренчард және авторлар анықтаған фазалық мінез-құлық принциптері инженерлік мәселелерді оңтайландыру үшін қолданылды. Сол сияқты, пелотон құрылымдарындағы осы шектік мәндер пелотонның ынтымақтастық мінез-құлқы мен еркін жүру мінез-құлқы арасындағы өтулерді анықтайды. Пелотондағы ынтымақтастық және еркін жүру ойын теориясы және әлеуметтік дилемма ретінде зерттелді, сондай-ақ экономикалық теорияның аспектілерімен салыстырылды. Негізгі пелотон мінез-құлықтары роботтармен модельделді, ал пелотон мінез-құлқының принциптері ұжымдық роботтардың болашақ мінез-құлқына қатысты қарастырылды.

Олдс үлгісі

Оллдстың талдауы пелотоннан бөлініп шыққан топтар мен оларды қуушы топтарды қамтыды. Ол, бөлініп шыққан топтың финиш сызығына қуушы топтардан бұрын жете алу мүмкіндігін анықтайтын факторларды анықтады. Ол келесі маңызды факторларды анықтады: жарыста қалған қашықтық, бөлініп шыққан топтың жылдамдығы, бөлініп шыққан және қуушы топтардағы жүргізушілердің саны, жүргізушілердің бір-біріне қаншалықты жақын орналасуы, жолдың тіктеп-жазықтығы мен бетінің бұдырлығы, сондай-ақ қарсы және көлденең желдер («талап» факторлары деп аталады). Жүргізушілердің физиологиялық көрсеткіштерін, соның ішінде метаболизмдік қуат өндірісі мен шаршауға дейін уақытты («жеткізу» факторлары) енгізу арқылы Оллдс әр топтың орташа қуатын және шаршауға дейінгі салыстырмалы уақытын анықтау үшін итеративті алгоритм ұсынады, осылайша қуушы топтар бөлініп шыққан топты жете ала ма, жоқ па, соны анықтайды. Оллдстың негізгі тұжырымдары: топтың орташа жылдамдығы топ мөлшеріне байланысты бес немесе алты жүргізушіге дейін жылдам өседі, содан кейін шамамен 20 велосипедшіге дейін өсу жалғасады, бірақ бұл өсім баяулайды; дөңгелектер арасындағы қашықтық жүргізушілердің бір-бірінен жақын орналасуының арқасында топтың жылдамдығын анықтайтын маңызды фактор болып табылады; орташа жылдамдық қалған қашықтыққа байланысты төмендейді; бөлініп шыққан топтың қажетті алдын ала уақыты бөлініп шыққан топтағы жүргізушілердің саны шамамен 10-ға дейін өскенде тез төмендейді, бірақ бөлініп шыққан топтағы жүргізушілердің саны қуушы топтағы жүргізушілердің санына жақындағанда бұл көрсеткіш тегістеледі. Сол сияқты, Оллдс қуушы топтың мөлшері бөлініп шыққан топтың мөлшерінен кем болса және қуушылар арасындағы дөңгелектер арасындағы қашықтық 3 метрден артық болса, қуушы топ басқа факторлар топтар арасында өзгермейтін жағдайда, жетекші топты ешқашан жете алмайды деп атап өтті.

Hoenigman және басқалардың моделі

Агенттерге негізделген компьютерлік модельдер кез келген сандағы тәуелсіз "агенттерге" белгіленген қасиеттерімен бағдарламаланған мінез-құлық ережелеріне сәйкес өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. Осылайша, олардың қасиеттерін зерттеуге және нақты жүйелермен салыстыруға болатын симуляцияланған жаһандық мінез-құлық пайда болады. Hoenigman және авторлар велосипедші агенттері үшін пелотон велосипедшілері арасында әртүрлі диапазон бойынша жеке максималды қуат шығыстарын, сондай-ақ жеке және командалық ынтымақтастық қасиеттерін тағайындады. Агенттер ең қымбат алдыңғы позицияны бөліседі немесе пелотон ішіндегі төмен шығынды дарақтау позициясын іздеу арқылы қасақана бас тартады, екеуі де белгілі бір ықтималдыққа сәйкес. Hoenigman және авторлар дарақтамайтын және дарақтау позициялары үшін әдебиеттен қуат теңдеулерін, жалғыз жүргенде дарақтамайтын велосипедшінің максималды қуатының пайызы ретіндегі шамамен анаэробтық шегін және шамадан тыс жұмыс істеу уақытын енгізді. Авторлар сонымен қатар "жарылыс" күйін енгізді, онда қашып бара жатқан жүргізушілер жылдамдығын жоғары шекке дейін арттырады, мақсаты – қашып кету немесе алдыңғы топты қуып жете алу. Авторлар 10 велосипедшіден тұратын 15 командадан құралған симуляциялық жазық жол жарысында аталған параметрлерді өзгертіп тәжірибелер жүргізді. Ынтымақтастық көрсететін (ең қымбат алдыңғы позицияны алуға дайын) велосипедшілер 5 минут бойы алдыңғы қатарда болады, содан кейін топтың соңына ауысады. Қасақана бас тартатындар тек бір минут ғана алдыңғы қатарда болады. Жарыс аяқталуға жақындағанда стратегиялар өзгереді, әр агент өзінің қалған энергиясына байланысты шығысын 100% максималды қуат деңгейіне дейін біртіндеп арттырады. Модельдің нәтижелері көрсеткендей, әлсіз велосипедшілер үшін қасақана бас тарту тиімді, ал күшті велосипедшілер үшін ынтымақтастық жақсы стратегия болып табылады. Нәтижелер нақты әлемдегі бәсекелі велоспортпен салыстырғанда шынайы болып табылады және жүйелік (осы жағдайда, пелотон) мінез-құлықтың негізгі принциптерін дәл анықтау мен талдауды жеңілдететін осы типтегі агенттік модельдің тиімділігін көрсетеді.

Эрик Ратамероның симуляциясы

2013 жылғы агенттік негіздегі пелотон симуляциясында Эрик Ратамеро Виленскидің агенттік негіздегі үйіру моделін қолданды, ол үш негізгі динамикалық параметрді қамтиды: бағыттану, бөліну және бірігу. Виленскидің моделі Крейг Рейнольдстың үйіру моделінен туындаған, ол жылдамдыққа үйлесу, соқтығысудан аулақ болу және үйірді орталықтау деп сипаттаған бірдей параметрлерді қамтиды. Ратамеро содан кейін Саяманың біріктіру және бөлу күштерінің алгоритмін қолданып, агенттердің үдеуін олардың белгілі бір көру өрісі ішіндегі арақашықтығына пропорционалды түрде реттеді. Содан кейін Ратамеро велосипедшілердің энергетикалық параметрлерін енгізді, велосипедшілердің энергия жұмсалуы үшін Олдс теңдеулерінің элементтерін қабылдады, ал Хоенигманнан велосипедшілердің өнімділік нәтижелерін алды. Ратамеро одан кейін Хоенигманнан алынған лактат шегін симуляциялау үшін шекті энергетикалық шаманы енгізді, осы деңгейден жоғары энергия жұмсайтын велосипедші агенттері шаршап, симуляцияланған пелотон ішінде артқа қарай жылжиды. Осылайша велосипедші агенттері өздерінің позицияларына және аэродинамикалық позицияларға жақындығына байланысты энергияларын әртүрлі жұмсайды. Ратамероның моделі велосипедшілердің жақсы ұйымдастырылған қатарларға қатысып, энергияны тиімді жұмсауға бейім екендігін көрсетеді, тіпті олар пелотон ішіндегі тұрақты позициялық түзетулер жасайтын кейбір велосипедшілерге қарағанда алдыңғы қатарда көбірек уақыт өткізсе де. Ратамероның моделі Тренчард пелотон мінез-құлқының бір фазасы деп сипаттаған өзін-өзі ұйымдастыратын конвекция тәрізді мінез-құлықты көрсетеді.

Стратегия

Алдыңғы қатардағы саяхатшылар ең үлкен ауа кедергісіне тап болса, ал алдыңғы қатардағылар маңызды артықшылықтарға ие. Алдыңғы жақта болу, айдоошының бәсекелестердің шабуылдарын және позицияның өзгеруін азайтылған күшпен көруіне және оларға ден қоюына мүмкіндік береді. Пелотон ішінде кейде бос орындар пайда болады, ал алдыңғы жаққа жақын болу, мысалы, апаттан кейін пелотоннан қалып қою қаупін азайтады. Алдыңғы қатардағы жүргізушілер апатқа байланысты кешігуге аз бейім. Пелотонның арт жағына түсу қаупі, апатқа ұшырағанда артады. Сонымен қатар, велосипедшілер аккордеон әсерінен зардап шегеді, онда жылдамдық өзгеруі пелотонның арт жағына тарағанда күшейеді. Артта келе жатқандар соқтығыстардан сақтану үшін ертерек тежеуі керек. Тіпті бір сәткөлік дөңгелектерге тиіп кету апатқа әкеледі, ол тізбектес реакция ретінде бүкіл алаңға таралады, себебі тығыз жиналған саяхатшылар құлағандар мен велосипедтерді соғудан аулақ бола алмайды. Апаттан кейін бүкіл пелотон тоқтатылуы мүмкін. Алдыңғы жаққа жақын болу, сондай-ақ, күшті көлденең жел кезінде маңызды. Көлденең желдер барлығына шаршауды арттырады, егер саяхатшылар эшелон деп аталатын жылжымалы топтарды құрмаса, онда олар жолдың желге қарсы жағындағы жетекші саяхатшымен бірге жолдың көлденең бұрышындағы жарыс трассасының үлгісінде "пацелин" құру үшін ынтымақтасады. Пацелинге, мысалы, эшелонға қатысушылар қысқа аралықта бірінен соң бірі орнын ауыстырады, сондықтан ешбір саяхатшы алдыңғы жиекте барынша жел кедергісіне ұзақ уақыт бойы шамадан тыс шаршамайды. Эшелонның мөлшері жолдың енімен шектеледі. Үлкен пелотон тар жолда күшті көлденең желге ұшыраса, пелотон бірнеше кіші эшелонға бөлінуден аулақ бола алмайды. Алдындағы желдің жағдайына бейім командалар, алға жылжуға жеткілікті күшті, эшелондық айдауда тәжірибелі болса, осы жағдайларда маңызды уақытты ұтып алуы мүмкін. Жарыста жеңіске жету үшін, әсіресе өткір бұрылыстарға жақындағанда, тежеуді қажет ететін кезде, пелотонның алдыңғы жағында қалу өте маңызды. Өткір бұрылудан кейін жылдамдықты қайта қалпына келтіру (әсіресе желге қарсы) пелотонның бөлінуіне әкеледі. Бөліну орын алса, егер алдыңғы жақтағылардың еркі мен ұжымдық күші артқы жақтағылардан артық болса, топтар арасындағы алшақтық жарыстың соңына дейін сақталады (немесе артады), себебі алдыңғы топқа жетуге тырысатын бір ғана саяхатшыға қосымша ауа кедергісі, қорғалған пелотон ішінде қалғандарға қарағанда, шамадан тыс шаршау жазасын береді. Бұл әсіресе тегіс жолдарда жоғары жылдамдықта жүргенде орын алады. Команда пелотонның алдына шықса, жарыстың қарқынын басқаруға мүмкіндік алады. Командалар тактикасына байланысты жылдам немесе баяу қарқынды ұнатады. Брейкке қашуды бастау үшін пелотонның алдында немесе жанында болу өте маңызды. Бірнеше мықты саяхатшылар жарыстың басында үлкен артықшылық алу үшін негізгі пелотоннан бөлініп қашуға тырысады, осылайша пелотон финиш сызығына дейін жете алмайды. Брейктер саяхатшылар күшті болғанда, әсіресе егер үзілісте қауіпті саяхатшы болмаса (жалпы жарыста жеңіске жетуге үміткер), және егер олар барлығы бір команда ретінде жұмыс істесе, сәтті болуы мүмкін. Жарыстың басында жүрген және пелотоннан сәтті бөлініп шыққан саяхатшылар Tête de la Course (француз тілінде "жарыстың басы" дегенді білдіреді) деп аталады. Пелотон қауіпті саяхатшы бар үзіліске алға қадам басуға рұқсат етпейді. Жеңіске спринтерін қосуға тырысатын күшті командалар пелотонның алдына келіп, қатал қарқынды таңдайды, бәсекелестерге шаршауды жүктейді, ал оқшауланған саяхатшылар (жеке-жеке желге көп уақыт жұмсау керек) бірінен соң бірін шаршап, әдетте ұсталады. Әдетте сәтті брейктер финиш алдында бұзылады, онда жеңіс мүмкіндіктеріне қатысты саяхатшылардың есептеулері ыңғайсыз одақты бұзады, ал пелотон тез жетеді. Тактикалық факторлар да маңызды. Командалық тактика, әдетте, мүшелерін пелотон ішінде топтастыруды қамтиды, осылайша олардың пелотонға әсер ету мүмкіндігін арттыруға болады. Мысалы, егер команда мүшесі қазіргі уақытта негізгі пелотонның алдындағы үзіліс тобында болса, қалған команда мүшелері үзіліс тобының саяхатшысының сәтті болу мүмкіндігін арттыру үшін пелотонды үдетуге тырыспайды. Сирек жағдайларда, олар пелотонның алдына шығып, маңызды сәтте пелотонның қарқынын тексеруге тырысады. Бұл тактика тар жолдарда, өткір бұрылыстарда, команда бір жағынан екінші жағына дейін жолды толтыра алатын жағдайларда сәтті болуға жақын. Жарыс финиші тегіс жолда болса, финиш сызығына бірнеше километр қалғанда, күшті командалар қатарға тұрады, ал негізгі спринтерлері арт жақта болады. Әр команданың жетекші саяхатшысы өзінің шыдай алатын лимитіне жеткенше ең жоғары қарқынмен алға жылжып, содан кейін жаққа шегініп, келесі команда мүшесіне оның лимитіне дейін жылжуға мүмкіндік береді. Команданың спринтері ауа кедергісінен шаршауды азайту үшін соңғы жүз метрге дейін арт жақта жылдамдықпен жүреді, содан кейін спринтер жетекші саяхатшысынан шығып, финиш сызығына ең жоғары жылдамдықпен жүгіреді.