Прогресс

Расстояние между транспортными средствами в транспортной системе, измеренное во времени или пространстве

Интервал — это расстояние или продолжительность между транспортными средствами в транзитной системе, измеренные в пространстве или времени. Минимальный интервал — это наименьшее такое расстояние или время, достижимое системой без снижения скорости транспортных средств. Точное определение варьируется в зависимости от области применения, но чаще всего он измеряется как расстояние от кончика (передней части) одного транспортного средства до кончика следующего за ним. Он может быть выражен как расстояние между транспортными средствами или как время, которое потребуется для того, чтобы замыкающее транспортное средство преодолело это расстояние. «Более короткий» интервал означает более тесное расстояние между транспортными средствами. Самолеты работают с интервалом, измеряемым часами или днями, грузовые поезда и пригородные железнодорожные системы могут иметь интервал, измеряемый частями часа, метро и легкорельсовые системы работают с интервалом порядка 90 секунд до 20 минут, а транспортные средства на автостраде могут иметь интервал между собой всего в 2 секунды.

Интервал — это ключевой фактор при расчете общей пропускной способности маршрута любой транзитной системы. Система, требующая больших интервалов, имеет больше пустого пространства, чем пропускной способности пассажиров, что снижает общее количество пассажиров или количество груза, перевозимых на заданной длине линии (например, железной дороги или шоссе). В этом случае пропускную способность необходимо повысить за счет использования более крупных транспортных средств. С другой стороны, система с короткими интервалами, например автомобили на автостраде, может предложить относительно большую пропускную способность, даже если транспортные средства перевозят мало пассажиров.

Термин чаще всего применяется к железнодорожному и автобусному транспорту , где для перемещения большого количества людей в системах общественного транспорта и скоростных автобусных перевозок часто требуются низкие интервалы . Низкий интервал требует большей инфраструктуры, что делает достижение низких интервалов дорогим. Современным крупным городам требуются пассажирские железнодорожные системы с огромной пропускной способностью, а низкие интервалы позволяют удовлетворить спрос пассажиров во всех городах, кроме самых загруженных. Новые системы сигнализации и управления движущимися блоками значительно сократили интервалы в современных системах по сравнению с теми же линиями всего несколько лет назад. В принципе, автоматизированные персональные системы скоростного транспорта и автомобильные колонны могут сократить интервалы до долей секунды.

Описание

Различные меры

Существует множество различных способов измерения и выражения одного и того же понятия — расстояния между транспортными средствами. Различия во многом обусловлены историческим развитием в разных странах или областях.

Термин появился на железной дороге, где расстояние между поездами было очень большим по сравнению с длиной самого поезда. Измерение интервала от головы одного поезда до головы следующего было простым и соответствовало расписанию движения поездов, но ограничение интервала от начала до конца не всегда обеспечивало безопасность. В случае метрополитена длина поездов одинаково коротка, а интервал, разрешенный для остановки, намного длиннее, поэтому интервал от начала до конца может использоваться с небольшим коэффициентом безопасности. В случаях, когда размер транспортного средства варьируется и может быть больше, чем его тормозной путь или интервал, как в грузовых поездах и на шоссе, измерения от начала до конца более распространены.

Единицы измерения также различаются. Наиболее распространенной терминологией является использование времени прохождения от одного транспортного средства к другому, что близко отражает способ измерения интервалов в прошлом. Таймер запускается, когда один поезд проходит точку, а затем измеряет время до прохождения следующего, давая время от начала до конца. Эта же мера может быть выражена в единицах транспортных средств в час, что используется, например, в Московском метрополитене . ^[1] Измерения расстояния довольно распространены в не-поездных приложениях, таких как транспортные средства на дороге, но измерения времени распространены и здесь.

Примеры железнодорожных перевозок

Пример движения на железнодорожной системе с несколькими блок-участками. Поезд B может въезжать только на участок с зеленым или желтым «аспектом» (светом) и должен снизить скорость при проезде желтого сигнала до точки, где он может остановиться в пределах видимости.

Движение поездов в большинстве железнодорожных систем строго контролируется железнодорожными сигнальными системами. На многих железных дорогах машинистам даются инструкции о скоростях и маршрутах по железнодорожной сети. Поезда могут разгоняться и замедляться только относительно медленно, поэтому для остановки с любой скорости, кроме низкой, требуется несколько сотен метров или даже больше. Расстояние пути, необходимое для остановки, часто намного больше, чем дальность обзора машиниста. Если путь впереди загорожен, например, поезд стоит на остановке, то поезд позади него, вероятно, увидит это слишком поздно, чтобы избежать столкновения.

Системы сигнализации служат для предоставления машинистам информации о состоянии пути впереди, чтобы можно было избежать столкновения. Побочным эффектом этой важной функции безопасности является то, что интервал любой железнодорожной системы эффективно определяется структурой системы сигнализации, в частности, интервалом между сигналами и объемом информации, которая может быть предоставлена ​​в сигнале. Интервалы железнодорожной системы могут быть рассчитаны с помощью системы сигнализации. На практике существует множество различных методов разделения поездов, некоторые из которых являются ручными, например, работа по распоряжению поездом или системы, включающие телеграф, а другие полностью полагаются на инфраструктуру сигнализации для регулирования движения поездов. Ручные системы рабочих поездов распространены в районах с небольшим количеством движений поездов, и интервалы чаще обсуждаются в контексте неручных систем.

Для автоматической блок-сигнализации (ABS) интервал измеряется в минутах и ​​рассчитывается с момента прохождения поезда до момента, когда сигнальная система возвращается в состояние полного освобождения (продолжение). Обычно он не измеряется от начала до конца. Система ABS делит путь на блок-участки, на которые может заходить только один поезд за раз. Обычно поезда размещаются на расстоянии двух-трех блок-участков друг от друга, в зависимости от того, как спроектирована сигнальная система, и поэтому длина блок-участка часто определяет интервал.

Визуальный контакт как метод избежания столкновений (например, во время маневровых работ ) применяется только на низких скоростях, например, 40 км/ч. Ключевым фактором безопасности движения поездов является расстояние между поездами не менее этого расстояния, критерий «остановки кирпичной стеной». ^{[2] [3]} Чтобы вовремя подать сигнал поездам, чтобы они остановились, железные дороги разместили рабочих на путях, которые засекали время прохождения поезда, а затем подавали сигнал любым следующим поездам, если определенное истекшее время не прошло. Вот почему интервалы движения поездов обычно измеряются как время от конца до конца, потому что часы сбрасывались, когда локомотив проезжал мимо рабочего.

С изобретением систем дистанционной сигнализации рабочие были заменены сигнальными вышками в определенных местах вдоль пути. Это разбило путь на ряд блок-секций между вышками. Поездам не разрешалось въезжать на участок, пока сигнал не показывал, что он свободен. Это имело побочный эффект в виде ограничения максимальной скорости поездов до скорости, при которой они могли остановиться на расстоянии одного блок-сектора. Это было важным соображением для Advanced Passenger Train в Соединенном Королевстве , где длина блок-секций ограничивала скорость и требовала разработки новой тормозной системы. ^[4]

Не существует идеального размера блок-секции для подхода с блок-контролем. Более длинные секции, использующие как можно меньше сигналов, выгодны, поскольку сигналы дороги и являются точками отказа, и они позволяют развивать более высокие скорости, поскольку у поездов больше места для остановки. С другой стороны, они также увеличивают интервал и, таким образом, снижают общую пропускную способность линии. Эти потребности должны быть сбалансированы в каждом конкретном случае. ^[5]

Другие примеры

В случае автомобильного движения ключевым фактором при оценке эффективности торможения является время реакции пользователя. ^[6] В отличие от случая с поездом, тормозной путь обычно намного короче расстояния обнаружения. Это означает, что водитель будет подгонять свою скорость под скорость впереди идущего транспортного средства, прежде чем он достигнет его, устраняя эффект «кирпичной стены».

Широко используемые цифры говорят о том, что автомобилю, движущемуся со скоростью 60 миль в час, потребуется около 225 футов, чтобы остановиться, расстояние, которое он преодолеет чуть менее чем за 6 секунд. Тем не менее, поездки по шоссе часто происходят с большой безопасностью с интервалом от носа до хвоста около 2 секунд. Это связано с тем, что время реакции водителя составляет около 1,5 секунд, поэтому 2 секунды обеспечивают небольшое перекрытие, которое компенсирует разницу в эффективности торможения двух автомобилей.

Различные системы персонального скоростного транспорта в 1970-х годах значительно сократили интервалы по сравнению с более ранними железнодорожными системами. Под управлением компьютера время реакции может быть сокращено до долей секунды. Должны ли традиционные правила интервала применяться к технологии PRT и автомобильных поездов, является спорным вопросом. В случае системы Cabinentaxi, разработанной в Германии , интервалы были установлены на уровне 1,9 секунды, поскольку разработчики были вынуждены придерживаться критерия кирпичной стены. В экспериментах они продемонстрировали интервалы порядка половины секунды. ^[7]

В 2017 году в Великобритании 66% легковых и легких коммерческих автомобилей, а также 60% мотоциклов превысили рекомендуемый двухсекундный интервал между собой и другими транспортными средствами. ^[8]

Системы с низкой проходимостью

Расстояние между вагонами выбирается по различным критериям безопасности, но основная концепция остается прежней — оставлять достаточно времени для безопасной остановки транспортного средства позади транспортного средства перед ним. Однако критерий «безопасной остановки» имеет неочевидное решение: если транспортное средство следует сразу за тем, которое впереди, транспортное средство впереди просто не может остановиться достаточно быстро, чтобы повредить транспортное средство позади него. Примером может служить обычный поезд, в котором вагоны удерживаются вместе и имеют всего несколько миллиметров «люфта» в сцепках. Даже когда локомотив применяет экстренное торможение, вагоны за ним не получают никаких повреждений, потому что они быстро закрывают зазор в сцепках, прежде чем разница в скорости может увеличиться.

Было проведено много экспериментов с автоматизированными системами вождения, которые следуют этой логике и значительно сокращают интервалы до десятых или сотых долей секунды, чтобы повысить безопасность. Сегодня современные железнодорожные сигнальные системы CBTC способны значительно сокращать интервалы между поездами в эксплуатации. Используя автоматизированные системы круиз-контроля «автомобиль-следующий» , транспортные средства могут быть сформированы в колонны (или стаи), которые приблизительно соответствуют вместимости обычных поездов. Эти системы были впервые использованы в рамках исследований персонального скоростного транспорта, но позже стали использовать обычные автомобили с системами, подобными автопилоту.

Интервал движения поездов на линии 14 парижского метрополитена составляет всего 85 секунд ^[9], тогда как на некоторых линиях московского метрополитена интервал движения в часы пик составляет 90 секунд ^{[10] .}

Интервал и пропускная способность маршрута

Пропускная способность маршрута определяется тремя цифрами: числом пассажиров (или весом груза) на транспортное средство, максимальной безопасной скоростью транспортных средств и числом транспортных средств в единицу времени . Поскольку интервал учитывается в двух из трех входных данных, он является основным фактором при расчете пропускной способности. ^[11] Интервал, в свою очередь, определяется эффективностью торможения или каким-либо внешним фактором, основанным на ней, например, размерами блоков. Следуя методам Андерсона: ^[12]

Минимальный безопасный интервал

Минимальный безопасный интервал, измеренный от носа до хвоста, определяется эффективностью торможения:

${\displaystyle T_{min}=t_{r}+{\frac {kV}{2}}\left({\frac {1}{a_{f}}}-{\frac {1}{a_{l}}}\right)}$

где:

• ${\displaystyle T_{min}}$минимальный безопасный интервал, в секундах
• ${\displaystyle V}$это скорость транспортных средств
• ${\displaystyle t_{r}}$время реакции, максимальное время, необходимое следующему автомобилю для обнаружения неисправности у ведущего автомобиля и полного задействования экстренного торможения.
• ${\displaystyle a_{f}}$минимальное замедление торможения ведомого.
• ${\displaystyle a_{l}}$максимальное замедление торможения лидера. Для кирпичной стены соображений бесконечно и это соображение исключается. ${\displaystyle a_{l}}$
• ${\displaystyle k}$— произвольный коэффициент безопасности, больший или равный 1.

Интервал движения от носа до носа — это просто интервал движения от носа до хвоста плюс длина транспортного средства, выраженная во времени:

${\displaystyle T_{tot}={\frac {L}{V}}+t_{r}+{\frac {kV}{2}}\left({\frac {1}{a_{f}}}-{\frac {1}{a_{l}}}\right)}$

где:

• ${\displaystyle T_{tot}}$время для транспортного средства и его движения для прохождения точки
• ${\displaystyle L}$длина транспортного средства

Емкость

Пропускная способность одной полосы движения транспортных средств — это просто обратная величина интервала движения от начала до конца. Чаще всего это выражается в количестве транспортных средств в час:

${\displaystyle n_{veh}={\frac {3600}{T_{min}}}}$

где:

• ${\displaystyle n_{veh}}$количество транспортных средств в час
• ${\displaystyle T_{min}}$минимальный безопасный интервал, в секундах

Пропускная способность полосы движения представляет собой простое произведение пропускной способности транспортного средства и пассажировместимости транспортных средств:

${\displaystyle n_{pas}=P{\frac {3600}{T_{min}}}}$

где:

• ${\displaystyle n_{pas}}$количество пассажиров в час
• ${\displaystyle P}$максимальная пассажировместимость одного транспортного средства
• ${\displaystyle T_{min}}$минимальный безопасный интервал, в секундах

Примеры

Рассмотрим следующие примеры:

1) движение по скоростной автомагистрали, на полосу: скорость 100 км/ч (~28 м/с), 4 пассажира на транспортное средство, длина транспортного средства 4 метра, торможение 2,5 м/с^2 (1/4 g ), время реакции 2 секунды, остановка у кирпичной стены, 1,5; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {4}{28}}+2+{\frac {1.5\times 28}{2}}\left({\frac {1}{2.5}}\right)}$

${\displaystyle n_{pas}={P}\times {\frac {3600}{T_{tot}}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 10,5 секунд; = 7200 пассажиров в час, если предполагается 4 человека в автомобиле и интервал 2 секунды, или 342 пассажира в час, если предполагается 1 человек в автомобиле и интервал 10,5 секунд. ${\displaystyle n_{pas}}$

Интервал, используемый в реальности, намного меньше 10,5 секунд, поскольку принцип кирпичной стены не применяется на автомагистралях. В реальности можно предположить 1,5 человека на машину и 2 секунды интервала, что дает 1800 автомобилей или 2700 пассажиров на полосу и час.

Для сравнения, округ Марин, Калифорния (недалеко от Сан-Франциско ) утверждает, что пиковый поток на трехполосном шоссе 101 составляет около 7200 автомобилей в час. ^[13] Это примерно такое же количество пассажиров на полосу.

Несмотря на эти формулы, общеизвестно, что сокращение расстояния между автомобилями увеличивает риск столкновения в условиях стандартного легкового автомобиля и часто называется « движением впритык» .

2) система метрополитена, на линию: скорость 40 км/ч (~11 м/с), 1000 пассажиров, длина транспортного средства 100 метров, торможение 0,5 м/с^2, время реакции 2 секунды, остановка у кирпичной стены, 1,5; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {100}{11}}+2+{\frac {1.5\times 11}{2}}\left({\frac {1}{0.5}}\right)}$

${\displaystyle n_{pas}={1000}\times {\frac {3600}{T_{tot}}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 28 секунд; = 130 000 пассажиров в час ${\displaystyle n_{pas}}$

Обратите внимание, что большинство систем сигнализации, используемых в метро, ​​устанавливают искусственное ограничение на интервал, которое не зависит от эффективности торможения. Также время, необходимое для остановок на станциях, ограничивает интервал. Используя типичное значение в 2 минуты (120 секунд):

${\displaystyle n_{pas}={1000}\times {\frac {3600}{120}}}$

${\displaystyle n_{pas}}$= 30 000 пассажиров в час

Поскольку интервал движения метро ограничивается соображениями сигнализации, а не производительностью транспортного средства, сокращение интервала движения за счет улучшения сигнализации напрямую влияет на пропускную способность пассажиров. По этой причине система лондонского метро потратила значительную сумму денег на модернизацию сети SSR, ^{[14] линий} Jubilee и Central с новой сигнализацией CBTC , чтобы сократить интервал движения с 3 минут до 1, готовясь к Олимпиаде 2012 года . ^[15]

3) автоматизированная система персонального скоростного транспорта , скорость 30 км/ч (~8 м/с), 3 пассажира, длина транспортного средства 3 метра, торможение 2,5 м/с^2 (1/4 g ), время реакции 0,01 секунды, отказ тормозов у ​​ведущего транспортного средства при замедлении 1 м/с, но не более 2,5 м/с, если ведущее транспортное средство сломается. из 1,1; ${\displaystyle k}$

${\displaystyle T_{tot}={\frac {3}{8}}+0.01+{\frac {1.1\times 8}{2}}\left({\frac {1}{2.5}}-{\frac {1}{2.5}}\right)}$

${\displaystyle n_{pas}={3}\times {\frac {3600}{0.385}}}$

${\displaystyle T_{tot}}$= 3 секунды ; = 28 000 пассажиров в час ${\displaystyle n_{pas}}$

Это число похоже на те, что предлагает система Cabinentaxi , хотя они предсказали, что фактическое использование будет намного ниже. ^[16] Хотя PRT имеют меньше пассажирских мест и скоростей, их более короткие интервалы значительно увеличивают пассажировместимость. Однако эти системы часто ограничены соображениями кирпичной стены по юридическим причинам, что ограничивает их производительность до 2 секунд, как у автомобиля. В этом случае:

${\displaystyle n_{pas}={3}\times {\frac {3600}{2}}}$

${\displaystyle n_{pas}}$= 5400 пассажиров в час

Интервалы и пассажиропоток

Интервалы оказывают огромное влияние на уровень пассажиропотока выше определенного критического времени ожидания. Согласно Бойлу, влияние изменений в интервале прямо пропорционально изменениям в пассажиропотоке с помощью простого коэффициента пересчета 1,5. То есть, если интервал сокращается с 12 до 10 минут, среднее время ожидания пассажира уменьшится на 1 минуту, общее время поездки — на ту же минуту, поэтому увеличение пассажиропотока составит порядка 1 x 1,5 + 1 или около 2,5%. ^[17] Также см. Ceder для подробного обсуждения. ^[18]

Ссылки

Примечания

1. Обычно метрополитен указывает максимальный интервал движения в 142 поезда в час, но на его английской странице, архивированной 21 августа 2009 года на Wayback Machine, используются более привычные единицы измерения.
2. Паркинсон и Фишер, стр. 17
3. Ссылки на различные источники по теме «Остановки с кирпичной стеной» при планировании общественного транспорта см. в статье Ричарда Гроннинга «Остановки с кирпичной стеной и PRT», июнь 2009 г.
4. Леонард Хью Уильямс, «Усовершенствованный пассажирский поезд: невыполненное обещание», Ян Аллан, 1985, ISBN  0-7110-1474-4
5. Паркинсон и Фишер, стр. 18–19
6. Ван Винсум, В.; Брауэр, В. (1997). «Время опережения при следовании за автомобилем и эксплуатационные характеристики при неожиданном торможении». Perceptual and Motor Skills . 84 (3 дополнение): 1247–1257. doi :10.2466/pms.1997.84.3c.1247. PMID  9229443. S2CID  6944186.
7. Карнеги, Приложение 1
8. "Статистика соблюдения скоростного режима транспортных средств, Великобритания: 2017" (PDF) . gov.uk . Получено 14 сентября 2023 г. .
9. «Линия 14 парижского метрополитена расширена, превратив ее в самую длинную, быструю и эффективную линию». 23 декабря 2020 г.
10. «Московское метро выигрывает от модернизации».
11. «Инструментарий анализа дорожного движения», Министерство транзита США, FHWA-HRT-04-040
12. Андерсон, стр. 47–48.
13. «Как ломается автострада», Общественные работы округа Марин
14. Bombardier поставит крупное сигнальное оборудование для лондонского метро.[1] Пресс-релиз, Bombardier Transportation Media Center, 2011. Доступно в июне 2011 г.
15. railway-technology.com, «Модернизация транспорта на Олимпиаде в Лондоне»
16. «Сообщения об исследованиях, направленных на улучшение транспортных условий в городах, поселках и других застроенных районах», Forschung Stadtverkehr , выпуск 25 (1979)
17. Бойл, стр. 13
18. Седер, стр. 537–542

Библиография

• Джон Эдвард Андерсон, «Теория транзитных систем», Lexington Books, 1978
• Джон Эдвард Андерсон, «Пропускная способность системы персонального скоростного транспорта», 13 мая 1997 г.
• Дэниел Бойл, «Прогнозирование пассажиропотока на фиксированных маршрутах и ​​методы планирования обслуживания», Синтез практики транзита , том 66 (2006), Исследовательский совет по транспорту, ISBN 0-309-09772-X 
• Джон Карнеги, Алан Вурхиз и Пол Хоффман, «Жизнеспособность персонального скоростного транспорта в Нью-Джерси», февраль 2007 г.
• Авишай Седер, «Планирование и эксплуатация общественного транспорта: теория, моделирование и практика», Butterworth-Heinemann, 2007, ISBN 0-7506-6166-6 
• Том Паркинсон и Ян Фишер, «Пропускная способность железнодорожных перевозок», Исследовательский совет по транспорту, 1996, ISBN 0-309-05718-3