高度集成连续网络化的新型智能城市公交系统
常规技术
该技术运用系统集成的方法,将滑块运动连续化、网络化;并借助现代数字控制技术,使其规律化、智能化;再运用矢量相同时、空间位置相对静止的原理,解决了在连续运行中,让乘客安全进出路网和中途换乘难题;克服了传统公交的提前候车、途中陪停陪等和间断发运三大技术短板
撬道 智能滑动路网 现代数字控制技术 系统集成
北京交通大学长三角研究院
技术编号:T2017040071
成熟度:正在研发
来源地:中国
合作方式:技术入股
合作价格:面议
专利:
交付形式:整体方案
所属领域:机械

一、技术背景

在经济高速发展同时,中国城市也在急剧膨胀,人口和机动载具都在急剧增长,尤其是大城市,增长的速度更快。它们给城市交通带来了巨大压力,城市交通乱象纷呈,碎片化的倾向十分突出。主要有以下问题:

  • 多数道路人车混用,险象环生;

  • 道路的流畅性基本丧失,除了平交路口的红灯等待,还有斑马线的缓行避让,另外道路两侧的众多接口不时地有行人或车辆窜出,正常的交通被人为地打断了,行驶呈现一顿一行或堵塞难行状态;

  • 立交桥虽然可以实现车辆的流畅交会,但数量偏少、不成体系,难以满足实际需要,且兜的圈子大浪费里程;

  • 即使是在机动车辆专用的道路上,也会因为车型繁杂、加速、制动性能不一等原因不断地发生行车事故。

首先,从整体上分析传统的公交系统,无论是地铁、轻轨还是路面巴士在运行方式上,都存在着三个原生的、无法克服的技术缺陷:

  1. 所有需要乘车的人都必须提前去站点候车,随到随乘的情况仅属偶然巧遇,不但时间浪费严重,不适应现代生产生活节奏要求,而且长时间的等待,会使人产生焦虑情绪,乘客在站点越集越多,造成乘车瞬间的高度拥挤,并人为地拉长停靠时间。

  2. 所有乘具都是单辆或单列的间断发运,丢失了运载的连续性,无法做到川流不息和源源不断,致使乘具的设计效率和运能纸面化。

  3. 现行的逐站停靠的运行方式,强迫暂不下车的乘客作陪等,乘坐路程越长、经过的站点越多、陪等的次数也越多、效率损失就越大。在短板效应的作用下,这三个原生的技术缺陷使城市公交载具原先的设计运能和效率都受到极大钳制,难以满足现代人群的高密度、快节奏的交通消费需求。

其次,分别考察传统公交的三类乘具,其个性弱点也很突出:

  1. 路面巴士存在平交红灯等待、道路拥堵难行、突发性车人交通事故多等麻烦,效率低下。继续增加投放密度,不但收效甚微,还会进一步加剧道路的拥堵。

  2. 地铁的容量比较大,而且是载具的专用道路,没有行人和其它车辆干扰。但其钟摆往复式的运行模式,使线路无法形成交错互通的循环网络,站点覆盖率低、乘用前后普遍需要多次转乘驳接,便捷性不强,而每多一次转乘驳接就给市区交通再增加一份压力。其次,受逐水而居驱使,许多大中城市都紧邻江河湖泊,地下水位较高,并不符合地铁建造的地质要求。勉力为之,原本不菲的成本还要向上巨增,并会对沿线高层建筑的安全构成威胁。

  3. 在交通高峰时段拥挤非常突出。纽约的地铁线路是全世界城市中最多的,但它的拥挤程度也是举世闻名的;日本东京的地铁在交通高峰时段,专门雇人向车厢里推塞乘客;莫斯科的地铁修建的象皇宫一样豪华,但莫斯科市的堵车却是位居世界前列,人们为了避免拥挤还是选择了自驾出行。地上轻轨则在造价、运能、效率和便捷性方面都存在与地铁相类似的问题。

二、技术原理

运用系统集成的方法,将滑块运动连续化、网络化;并借助现代数字控制技术,使其规律化、智能化;再运用矢量相同时、空间位置相对静止的原理,解决了在连续运行中,让乘客安全进出路网和中途换乘难题;克服了传统公交的提前候车、途中陪停陪等和间断发运三大技术短板,给未来城市的陆上公共交通提供了全新的运载理念,和高效率、大运能、智能化、网络化并绿色运行的技术模式和可行方法。

本设计主要提出了智能滑动路网的概念,该滑动运载装置主要由两大部分组成:一是专用的特殊承载面——撬道,二是架在撬道上并沿着撬道向前滑行的专用载具——滑撬。

1. 撬道

撬道是在工程路面的长度方向的中心轴线上,纵向间隔排列的多个槽轮,槽轮轴通过轴承座固定在工程路面上。前述的滑撬的底板中心轴线上设置了与槽轮互相配合的受驱导向轨条,滑橇底面两侧与橇道两侧的支撑面之间设置了辅助支撑和滑行的滚珠。传动机构驱动槽轮原地旋转,槽轮通过与受驱导向轨条的摩擦,推动滑橇向前滑行。槽轮凹槽两侧的飞沿护挡住受驱导向轨条的两侧,管控滑橇的滑行方向。保证滑橇按规定的线路运行。滑撬是专用的载客厢体,内有座椅、扶手、拦杆等,但不配置滑行驱动力和操控机构(见图1)。

图1 滑行驱动力和操控机构

由于撬道上布满了滚轮,行人和其他载具都无法在上面行走或运行,必须是专用的。从节约土地和充分利用城市现有资源考虑,撬道最好依路而建,高架在市区主要道路两侧便车道的的上方,高度在5米以上。如果在撬道的两侧构筑采光护墙,并在其上方设置防雨顶盖,撬道便成了并非圆形广义管道。当电机驱动槽轮轮转动时,载着乘客的滑撬便开始在撬道上移滑,最简单的 管道载客滑动就实现了(撬道的护墙和顶盖并非必建,在没有霜雪、气温较高的南方城市可以省略)。

2. 滑撬

以上的运载装置只是解决了滑撬在管道中的滑行问题,要真正实现城市的滑动载客公交运输,还需配套作者发明的技术方法:首先橇道要首尾衔接、纵横错层、闭合循环、构成局域(参见图2)。这样滑撬在管道内就可以毫无障碍地无限循环运行,达到连续性要求。这样的管道网络以下简称滑动路网。滑动路网规划建设的越合理,市民的出行就越方便。其次,要解决乘客如何免候车上下问题。沿橇道的一侧间隔分布了若干免候车站台,站台的左端是下客区,其右端是上客区。上下客区都设置了连续蠕动且与滑橇滑行同向的自动步行输送带,上下客区之间由一段固定静止路面连接,该路面中央位置设置了乘客分流墙。(参见图3

图2 滑动路网布局示意图

图3 免候车系统、站台示意图

具体运行方法如下:当滑橇快要接近站台时开始减速,由于此时路网上的滑橇总是前面的先减到更低的速度,滑橇之间的距离便开始逐步缩小,进入站台后各个滑橇之间就会相互紧靠地贴在一起,并以与自动步行输送带相同的速度蠕动,滑橇首先进入的下客区,需要下车的乘客经厢门踏上并站立在自动步行输送带上,由输送带将她们送至固定静止路面面前,再踏上固定静止路面,经由乘客分流墙引导,走出站区。需要上车的乘客则由乘客分流墙引导,踏上站台右端上客区的自动步行输送带,在缓慢移动的过程中,跨进同速蠕动的滑橇厢体内,完成上客过程。依据多个相同矢量相互空间位置静止不变的原理,虽然乘客是在运动中完成的上下车行为,但滑橇与自动步行输送带之间是相对静止的空间,整个上下车过程非常平稳、安全。且有乘客分流墙引导乘客有序行走,也不会发生拥挤混乱。当滑橇滑行出了站台区域后便开始提速,由于前面的滑橇总是先提高到更快的速度,此时滑橇之间就又逐步拉开了距离。直至达到预定的速度后,便以此速度恒速滑行,此时各个滑橇之间的间隔相同并固定不变。当滑橇快要接近下一个站台时,又开始减速,又出现间隔逐步缩小的情况。如此不断反复循环。在这种运行模式下,只要橇道和滑橇保持运行状态,站台的一侧总会有多个紧密排列并缓慢蠕动的滑橇,人们可以像在大型商场乘用自动扶梯一样随到随上,并随上随走。也就实现了免候车!整个由橇道、滑橇组成的滑动路网的代步交通也就高度集成化、连续化、网络化、智能化。

上述的运行模式还可以进一步升级:如果整个社会的生产力高度发达,且社会福利也高度富有充盈,在上述运行模式的基础上,在原有橇道的另一侧,即远离站台的一侧再布置一条恒速橇道,上面满布滑橇并按预定的速度全速滑行,恒速滑行的滑橇上的乘客可以在另外一侧的原有橇道的恒速路段中,利用相对静止空间的原理,与原有的橇道上的乘客换乘。乘客上了滑橇后,最多只需要在路网的某个站台换站一次,调整前行方向,就可以实现市内交通的直达和次直达,消除传统公交中的陪停陪等。

上述的运行模式对滑橇在路网中的时点速度和时点位置要求非常严格,路网上有成百上千的滑橇,它们的速度时快时慢,有时又是恒速滑行。但是每一个滑橇都必须在规定的时间、以规定的速度、出现在规定的位置上,不能有任何差错,轮式滚动运载由司驾人员自主操控的载具根本无法做到。而滑动运载中的滑橇本身不配置滑行驱动力和操控装置,它的滑行完全由橇道上的定位槽轮的转动控制,槽轮的转动又是由计算机通过相关软件进行调控,根本不需要专职的司驾人员,整个路网的滑动运行没有任何发散行为,高度精准。

三、应用影响

智能滑动路网载客交通技术的运用,是对传统城市公交老旧技术的更新换代和效能的全面提升,但它并不排斥传统公交的现行运载手段,它们完全可以、也确实需要长期并存。第一 ,由于历史原因,多数大中城市道路布局的经纬网格化程度并不高,而路网是依道高架而建,服务覆盖必然会留下一些顾及不到的边角和区块,必须依赖路面巴士去填平补齐。另外路网夜间运行很不经济,同时它也需要用夜晚时间进行清扫和检修维护,同样需要路面巴士去填补服务。第二,城市总是在不停地延展扩大,外围区域交通和城乡联系也离不开路面巴士。第三,当今世界的大都市的代步服务多数处于供不应求状态,滑动路网与传统公交手段并存以后,新一代城市公共交通将扩充为空中、地面和地下同时载客运输的立体网络,运能将变得空前巨大,供不应求的状况将被彻底扭转,市民的出行也将变得十分便利和顺畅。

智能滑动路网还可以推进实现城市的避免雨雪式的点到点交通。现代城市的市民之所以喜欢自己驾车代步出行,一个很重要的原因就是可以实现点到点的交通,并且避免雨雪淋湿衣服和身体的烦扰。智能滑动路网的各个站点如果能与城市共享自行车集中取放点进行紧密衔接,乘客下了路网就可以直接取车骑行前往目的地,城市和近郊范围内的点到点的交通就很顺利地实现了。由于路网是沿主要道路的便车道高架而建,路网的底面实际上就成了便车道的防雨雪顶棚,在便车道骑车的人再也不必担心会被雨雪淋湿。

就像自来水技术的普及运用促使城市高楼大厦快速林立,促使现代厨、卫、浴和洗衣机迅速普及寻常百姓家庭一样,智能滑动路网的出现,也会给我们生活的城市带来许多意想不到改变和进步。 首先是可以节省大量代步出行的候车时间和在途时间,让人们将更多的时间和精力用于学习、工作和休闲娱乐。其次,城市主要道路的交通管理将变得相对简单,只要在适当的位置安装好监控探头,再也不需要在高峰时段加派许多人员去交通现场服务了。同时,各类交通事故也会大幅度减少。第三,城市的市容街貌也将出现较大改变:绵延数十公里的廊桥式的路网将是城市的靓丽风景线。第四、众多的市政管道和相关线缆可以高挂在撬道基础路面的下方,通过路网干线和它的上下客站区,与道路两侧的用户连接,不再延用沿道路挖土掩埋的传统方法,避免了今后建设中反复破路驳接维修和经常被各类施工行为挖断挖破的情况。路灯的设置也可以从筑基立杆改为从路网两侧向外伸挂。第五,滑动路网的建设也将对城市的规划提出相应的要求,市区主次干道的经纬网格化布局将成为今后城市规划设计的主流趋势。为方便路网运载与自主交通的驳接,外围周边地区的立体多功能停车场布局也将成为规划的必备内容。城市居民的点到点且避免雨雪的代步交通很快就能成为现实。除了上述这些,城市生活还将会发生许多我们预想不到的有益变化。


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